一、在細胞生物學方面的應用
通過細胞培養，可使離體組織細胞在體外能以單細胞和細胞群體的形式進行生長繁殖，這不僅有利于在比較簡單的容易觀察的條件下研究細胞的形態結構和生理功能，而且可以采用特殊的培養方法和觀察手段研究不同細胞特有的功能和生命現象，如細胞轉化、誘導分化、細胞融合雜交，細胞對不同病毒、不同藥物和不同理化因素的敏感性，不同細胞在不同環境中所表現出的不同功能，如細胞因子分泌、吞噬和殺傷效應，這些生命現象和特有的功能均屬于細胞的生物學特性，通過對不同細胞生物學特性的研究，我們又可以利用細胞的生物學特性來為醫學服務，如利用細胞融合雜交技術，可以制備單克隆抗體來對臨床疾病進行特異性診斷和治療；利用細胞對病毒的敏感性，用于生產病毒疫苗和病毒抗原及抗體，既可用于疾病的預防，又可用于疾病的診治；利用細胞的誘導分化可使癌細胞向正常細胞逆轉，為癌癥的徹底根治帶來了希望；利用細胞的誘生和促誘生效應，可大量生產細胞因子藥物和生化試劑等；利用細胞凋亡又可指導臨床對腫瘤的化療；利用細胞染色體及分區帶特性，不僅可采用羊水細胞和絨毛細胞的培養及染色體分析，可進行早期的性別和遺傳疾病診斷，有應用價值，而且又可為遺傳疾病的診斷提供了亞細胞水平的診斷技術；通過分子生物學技術的開展，又可從蛋白分子水平和基因表達調控的核酸分子水平來研究細胞的生物特性，將有利于揭示生命現象的機理和遺傳本質。
21世紀是生命科學時代，不僅對細胞的生命現象和生命起源的理論將有重大突破，而且利用細胞特性所衍生的各種生物技術特別是生物高技術的應用，將會獲得更大的發展，生物工程的產業化將會對社會的發展和經濟騰飛產生巨大的社會和經濟效益，這一切均離不開細胞培養技術和細胞工程的推動。由此可見細胞培養技術和細胞工程在細胞生物學研究領域將會發揮很重要的作用。
二、在細胞胚胎學方面的應用
利用細胞培養，組織塊或器官培養技術，可在體外誘導胚胎生長和組織器官的分化，將有力地揭示胚胎發育和組織分化的秘密，為人工受精及卵的體外分裂、分化的條件和胎體發育的誘導分化等的研究提供了便利的研究手段。
早在1907年Harison采用組織培養法闡明了早期的蛙胚外胚層細胞發育成神經原細胞，接著分化成神經纖維，從而解決了神經組織的發生問題，有人曾用組織培養法從一個胚胎里除去鼻原基，則前腦可以在受傷處上方誘導預定生鼻的表皮，形成新的鼻原基。又如將耳原基的外層除去，原預定在耳的外胚層部分可被誘導新生出耳基板，如果將耳區的神經管壁移植到頰前部的外皮下，也可誘導一個小耳發生。
兔卵細胞在體外受精后，可在體外進行分裂，培養發育后，可移至假孕兔的輸卵管內，也可發育成小動物，在這種試驗成功后，使試管嬰兒也相繼獲得了成功，使組織培養在胚胎學上的研究大大推進了一步。如今隨著生物高技術的發展，人們又可將目的基因采用單細胞顯微注射技術導入已受精的卵細胞中（胚卵），然后將胚卵接種入假孕的雌性動物子宮內，形成胚胎，出生后可產生表達外源性基因的轉基因動物。如利用轉基因動物對轉移的外源性基因的表達特性，有的在乳汁中可合成某些藥物，為制藥業提供了新工藝；有的用生長因子基因轉移，可產生巨魚、巨鼠、巨豬；有的表現出只長瘦肉不長脂肪，如瘦肉型豬，甚至還可節約喂養的飼料，大大降低飼養成本，降低生長周期，這都可以通過轉基因動物來實現。
在細胞分化方面，我們可以采用體外細胞的培養，不僅可研究造血干細胞的分化和骨髓基質細胞的分化，而且還可體外研究對癌細胞的誘導分化。通過我們在前面介紹的骨髓單個核細胞的分離培養技術，我們通過加入不同的細胞因子以促使定向分化形成CFU-G、CFU-E、CFU-GM等，而且可定向擴增和擴大培養，為臨床的骨髓移值和細胞移植治療血液病、腫瘤等疾病創造了條件，骨髓基質細胞的體外分化，也可在不同誘導條件下發揮促進造血干細胞生長繁殖及向軟骨分化和產生成骨效應的功能，這又可為臨床研究和治療軟骨缺損，骨延遲愈合（骨不愈），發揮治療潛能。通過對癌細胞的誘導分化以降低或根除腫瘤細胞的惡性化特性，為臨床癌癥的根治帶來了曙光，此外對免疫細胞的分化過程，可在體外開展不同微環境對細胞在分化過程中的膜受體及CD抗原表達，分泌的因子以及信號傳導通路的研究和免疫細胞在不同發育階段特定功能的研究，這對免疫學的發展也將會發揮推動作用。
由此可見，細胞培養技術和細胞工程不僅對研究細胞和組織的分化，而且對胚胎的發育創造新品種、制造新產品都有很高的應用價值。
三、在藥物學和藥理學方面的應用
(一)在藥物學方面的研究
利用細胞培養技術可以制藥，并可開發出技術含量高的新藥。如①利用病毒的弱毒株或細胞培養傳代后產生的減毒適應病毒株，接種相應的敏感細胞后，可制備病毒疫苗。利用細胞的大量培養技術可生產病毒及病毒抗原，抗原提純后又可免疫動物產生抗體（抗病毒血清）或制備單克隆抗體，這在病毒病的預防、診斷、治療中都是很有特效的，已被廣泛應用；②利用細胞合成代謝產物可制備細胞因子，用于疾病的特殊治療；③利用細胞的殺腫瘤特性可用于細胞移植治療腫瘤，如LAK細胞、TIL細胞等；④利用轉基因技術可通過細胞培養和擴增，開展基因制藥和基因治療的研究等。
(二)在藥理學方面的研究
用細胞培養方法研究藥物的藥理效應，觀察不同藥物對離體細胞的作用，可為臨床實際使用時提供參考依據，也可為藥物的藥效作用提供實驗依據。
采用細胞培養法，不僅可檢查細胞株對藥物的敏感性，而且還可開展體內和體外敏感性比較，同時也可在體外觀察細胞對不同藥物所引起的形態結構和生理功能的變化，如銨鹽和腺苷均可使細胞漿內形成空泡。膿綠素可增加細胞對氧的吸收，抑制細胞核分裂，一定劑量的復方丹參能阻礙細胞貼壁，具有抑制培養的人食管癌細胞對基質附著力的作用，故有“活血化瘀”的療效。有一些藥物是核分裂的毒物，其中有吖啶黃、秋水仙素、腎上腺素等，吖啶黃可使細胞在核分裂時形成染色體“橋”。使兩個細胞不能完全分開，秋水仙素可以抑制細胞紡錘體的活動。是染色體制片中控制細胞分裂中期染色體圖象的有效藥物，腎上腺素可以引起細胞核的分裂異常。松胞菌素B（CB）可誘發多核細胞，使細胞核易于從細胞內脫離出來等，可用于細胞脫核研究。
利用細胞培養進行抗癌藥物的研究，不僅可以研究藥物對癌細胞的直接作用，如細胞死亡、破裂的細胞毒作用和細胞進入程序性死亡（即凋亡），而且可以研究藥物的間接作用，如某些藥物如補氣、補益類中藥如人參、黃芪等抗癌作用可能是通過促進免疫反應，如對免疫促進和調節作用的細胞因子（干擾素、白細胞介素等），可通過體外對淋巴細胞的促誘生細胞因子效應來獲得證實，或通過對殺腫瘤的免疫細胞（NK、T、LAK、TCL等）的體外殺腫瘤的細胞毒效應來證明，中藥的微量細胞毒試驗（96孔板）可用來篩選人腫瘤細胞對中藥化療藥物的敏感性。
藥物的抗衰老研究，常采用二倍體細胞長期傳代法，觀察藥物對細胞延長傳代能力來表示藥物的抗衰老作用。
細胞培養還可用來檢測藥物的致畸、致突變效應。
不同的藥物對不同的細胞有不同的敏感性和藥效作用，可開展藥物敏感性選擇的篩選研究。有的藥物可以開展對細胞誘導分化的研究，可呈現向正常細胞轉化的細胞表型和生物學特性，應用前景廣闊。
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