實驗原理

細胞克隆形成實驗是用來檢測細胞增殖能力、侵襲性、對殺傷因素敏感性等項目的重要技術方法。

當單個細胞在體外增殖6代以上，其后代所組成的細胞群體，成為集落或克隆。其中細胞克隆形成率即細胞接種存活率，表示接種細胞后貼壁的細胞成活并形成克隆的數量。

貼壁后的細胞不一定每個都能增殖和形成克隆，而形成克隆的細胞必為貼壁和有增殖活力的細胞。

克隆形成率反映細胞群體依賴性和增殖能力兩個重要性狀。

克隆形成的目的

1）通過對細胞處理后在細胞培養(yǎng)板上的克隆形成能力來提示處理后細胞的增殖能力。

2）評價不同殺傷因素(藥物、基因等)對腫瘤細胞增殖能力或群體依賴性的敏感性;

3）評價細胞在體內成瘤性，癌細胞不一定都可以在體內成瘤，但若體外克隆能力越強，即表明體內成瘤性越強，算是一種模擬體內成瘤的體外實驗。

克隆形成的分類

克隆形成依據采用的培養(yǎng)介質的不同，分為平板克隆和軟瓊脂克隆兩類。

1. 平板克隆形成（Colony formation）：細胞培養(yǎng)在培養(yǎng)基中，應用于貼壁的細胞。

2. 軟瓊脂克隆形成（soft agar colony formation）：細胞被瓊脂糖掛起來，主要應用于懸浮的腫瘤細胞和轉化細胞系。

下面我們就具體看一下這2種實驗技術的具體操作。

01平板克隆實驗過程

所需材料

• 基礎培養(yǎng)基（根據細胞選擇適用種類）

• 胎牛血清

• 胰蛋白酶

• PBS

• 青霉素-鏈霉素溶液（100X）

• 多聚甲醛固定

• 結晶紫染液

• Giemsa染液

實驗步驟

一、6孔板

1.將處于對數生長期的細胞胰酶消化后，全部培養(yǎng)基（基礎培養(yǎng)基+10%胎牛血清）重懸成細胞懸液，并計數；

2.細胞接種：于6孔板培養(yǎng)板中各實驗組接種400-1,000個細胞/孔（根據細胞生長情況確定，一般為700個細胞/孔）;

3.繼續(xù)培養(yǎng)到14天或絕大多數單個克隆中細胞數大于50為止，中途每隔3天進行換液并觀察細胞狀態(tài)；

4.克隆完成后，在顯微鏡下對細胞進行拍照，然后PBS洗滌1次，每孔加入1 mL 4%多聚甲醛固定30-60 min，PBS洗滌1次；

注意事項

1.每隔3天進行換液，在換液時，緩慢加入培養(yǎng)基，避免吹起細胞。

2.染色完成后，務必將染液清洗干凈，不要在孔中有殘留。

二、平皿

1. 取對數生長期的各組細胞，分別用0.25%胰蛋白酶消化并吹打成單個細胞，并把細胞懸浮在全部培養(yǎng)基（基礎培養(yǎng)基+10%胎牛血清）中備用。

2. 將細胞懸液作梯度倍數稀釋，每組5個平行樣。每組細胞每皿分別接種100個細胞于含10ml 37℃預溫培養(yǎng)液的皿中，并輕輕轉動，使細胞分散均勻。

3. 置37℃、5% CO2及飽和濕度的細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2～3周。

4. 當培養(yǎng)皿中出現肉眼可見的克隆時，終止培養(yǎng)。棄去上清液，用PBS小心浸洗2次。

5. 加純甲醇或1:3醋酸/甲醇5ml，固定15分鐘。

6. 去固定液，加適量Giemsa應用染色液染10～30分鐘

7. 用流水緩慢洗去染色液，空氣干燥。

8. 將平皿倒置并疊加一張帶網格的透明膠片，用肉眼直接計數克隆，或在顯微鏡（低倍鏡）計數大于10個細胞的克隆數。最后計算克隆形成率。

克隆形成率=（克隆數/接種細胞數）×100%

DU145細胞克隆形成的圖片（相機左，顯微鏡右）

注意事項

平板克隆形成實驗方法簡單，適用于貼壁生長的細胞。適宜底物為玻璃的、塑料瓶皿。

實驗成功的關鍵是細胞懸液的制備和接種密度。細胞一定要分散得好，不能有細胞團，接種密度不能過大。

數據分析

顯微鏡下觀察陽性克隆，即每個克隆>50個細胞，相機拍照，數克隆數（大小約在0.3-1.0 mm）計算克隆形成率，并統(tǒng)計克隆大小。

例：如研究某個基因對細胞增殖的影響，敲低前列腺癌細胞株PC3的TCTN1基因，顯微鏡下拍照（Scale bar=250 μm）和相機拍照，克隆的大小和數量均受到抑制。

02軟瓊脂克隆形成

軟瓊脂克隆形成又名非錨定依賴性生長實驗Anchorage-independent assay，利用軟瓊脂為培養(yǎng)介質，使細胞在懸浮狀態(tài)下生長。

某些惡性腫瘤細胞，不僅在貼壁狀態(tài)下能增殖，在懸浮狀態(tài)下也能增殖，進而通過軟瓊脂中形成克隆的能力反映了惡性程度，可用于細胞分化的基礎研究和臨床腫瘤治療的療效檢驗等方面。

1. 具體過程：如下圖所示   

1. .配制1.2% 和0.7%瓊脂，高壓滅菌后，維持在42℃中使其不會凝固；

2. 將1.2% 瓊脂與2×培養(yǎng)基混合，鋪入6孔板作為下層膠，每孔1.5ml，37°C孵育30 min使之凝固；

3. 將制備好的單細胞懸液與0.7%瓊脂充分混勻，加入6孔板作為上層膠，每孔1.5ml。待其凝固后，再在上面加入培養(yǎng)基，每3天更換一次；

4. 根據細胞的生長速度培養(yǎng)2~3周后顯微鏡下觀察克隆大小，與平板克隆一樣，每個克隆>50個細胞，顯微鏡拍照。若拍整個孔，每孔加入200μl氯化硝基四氮唑藍（NBT）染色，37°C過夜，拍照。

2. 數據分析：顯微鏡或相機拍照，計算克隆形成率

例：通過軟瓊脂克隆形成實驗檢測ME2蛋白對神經膠質瘤細胞生長的影響。在神經膠質瘤細胞GBM8401中將ME2蛋白敲低，形成的克隆數減少。

注意事項

1.上層軟瓊脂使細胞分散成單個，下層軟瓊脂作為支撐防止細胞貼附生長。最后鋪上一層培養(yǎng)基是為了防止膠干燥，并給細胞補充營養(yǎng)，如果做藥物處理，則在培養(yǎng)基中加入藥物。

2.上層膠細胞數目根據不同的細胞類型而定。一般以5000個細胞/孔作為起始濃度，根據需要調整。

3.瓊脂放入水浴鍋中維持在42℃左右。溫度過低瓊脂凝固，在做基底時瓊脂凝固過快會導致不均一，溫度過高則會將細胞燙死。此外，實驗過程中速度要快，防止局部結塊。

結語

2種細胞克隆方式，如何選擇？

根據實驗對象和目的選擇，平板克隆檢測貼壁腫瘤細胞的增殖能力和致瘤性，軟瓊脂克隆形成實驗除了檢測貼壁細胞，還能檢測懸浮腫瘤細胞和轉化細胞系，具有平板克隆不可取代的優(yōu)勢。若只是簡單評價貼壁細胞的增殖能力和群體依賴性，則選擇平板克隆即可。

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