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更新时间:2025-11-11
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HOS人骨肉瘤细胞
一、细胞基本生物学特性
HOS人骨肉瘤细胞源自人骨肉瘤组织(取自青少年患者原发骨肉瘤标本,经原代分离、纯化及稳定传代建立),是研究骨肉瘤发生发展机制、侵袭转移规律及抗骨肉瘤药物研发的核心体外模型。其保留了骨肉瘤的典型恶性表型与成骨分化特征,在模拟骨肉瘤病理进程、药物响应及骨微环境互作方面表现稳定,广泛应用于肿瘤学、骨生物学及药理学领域。
形态上,该细胞呈典型恶性成骨细胞形态,常规培养时以梭形、多边形为主,部分细胞呈上皮样聚集生长(胞体长 18-25μm,宽 12-18μm);胞质丰富且质地不均,含少量异常矿化颗粒(阿尔新蓝染色阳性率约 30%-40%,提示部分成骨分化能力),细胞间连接松散(缺乏正常成骨细胞的紧密排列,黏附能力弱);细胞核大而畸形,呈多形性(圆形、椭圆形或不规则形),核仁增多(2-3 个)且明显,染色质浓集呈块状,核分裂象多见(正常培养条件下分裂象比例约 6%-9%,可见病理性核分裂)。体外培养以贴壁生长为主,接种后 24-36 小时完成贴壁,随培养时间推移形成多层细胞群落,无接触抑制(融合度达 100% 仍持续增殖),可稳定传代 40 代以上,传代过程中恶性表型与成骨分化特征无明显改变,符合肿瘤细胞系的长期研究需求。
功能特性方面,HOS 人骨肉瘤细胞具备三大核心恶性特征。一是恶性增殖能力:细胞周期进程异常(G1 期比例降至 35%-40%,S 期比例升至 32%-38%),倍增时间短(约 30-36 小时),无需外源成骨生长因子即可快速增殖,对营养剥夺耐受性强(葡萄糖浓度降至 4mmol/L 时,增殖率仅下降 12%,显著低于正常成骨细胞)。二是侵袭转移潜能:体外 Transwell 实验中 24 小时穿膜细胞数达 90-130 个 / 视野(正常成骨细胞 < 4 个 / 视野),可分泌高活性基质金属蛋白酶(MMP-2、MMP-9,表达量比正常成骨细胞高 5-7 倍),高效降解骨基质成分(如胶原 Ⅰ、骨桥蛋白);划痕愈合实验中 24 小时愈合率达 65%-75%,模拟骨肉瘤细胞对骨组织的局部侵袭过程。三是骨微环境适应与重塑能力:可分泌成骨相关因子(如碱性磷酸酶 ALP、骨钙素 OCN,保留部分成骨功能)与破骨诱导因子(如 RANKL,表达量比正常成骨细胞高 8 倍以上),调控骨吸收与骨形成平衡;对骨靶向药物具一定耐药性,特定骨靶向制剂(10μmol/L)处理 48 小时后,细胞存活率仍达 45%-55%(正常成骨细胞存活率 < 12%)。
分子表型上,该细胞高表达骨肉瘤特异性标志物:骨桥蛋白(OPN,阳性率≥90%,骨肉瘤相关骨基质蛋白)、碱性磷酸酶(ALP,阳性率≥85%,成骨分化标志物)、细胞角蛋白 18(CK18,阳性率≥80%,上皮源性肿瘤标志物),其中 OPN⁺ALP⁺双阳性表型是其身份鉴定的核心依据;同时表达多种恶性相关蛋白,包括增殖相关蛋白(Ki-67,阳性率≥75%,提示高增殖活性)、侵袭相关蛋白(MMP-9,细胞膜及胞质阳性)、耐药相关蛋白(ABCB1,阳性率≥65%,介导药物外排);细胞内信号通路异常激活:PI3K/Akt 通路(持续高活性,调控恶性增殖与骨侵袭)、MAPK/ERK 通路(过度激活,促进成骨分化异常与转移)、Wnt/β-catenin 通路(持续激活,介导骨基质黏附与侵袭);染色体核型为非整倍体(多为 46-48 条染色体,可见染色体缺失、易位及扩增,如 17 号染色体部分扩增),与临床骨肉瘤组织的分子特征高度一致,确保实验结果的临床相关性。
二、体外培养关键条件
HOS 人骨肉瘤细胞的体外培养需兼顾其恶性增殖特性与成骨分化特征,精准控制培养条件以维持稳定表型。
培养基选择:增殖阶段优先使用 α-MEM 培养基(含 10% 胎牛血清 FBS,低内毒素≤5 EU/mL,无支原体污染)、1% 非必需氨基酸(NEAA)、50μg/mL 抗坏血酸(促进成骨相关蛋白表达),无需额外添加成骨诱导因子(外源因子可能干扰恶性表型);培养基 pH 值控制在 7.2-7.4,渗透压维持在 295-325 mOsm/kg。构建成骨分化模型时,可添加 10mmol/L β- 甘油lin酸钠,培养 14-21 天诱导矿化结节形成;开展骨侵袭实验前,需用含 5% FBS 的 α-MEM 培养基饥饿处理 16 小时,消除血清对细胞迁移的干扰。
培养环境参数:温度稳定维持在 37℃±0.5℃,CO₂浓度 5%±0.3%,相对湿度 95% 以上;温度波动超过 ±1℃会导致细胞增殖率下降 22%-28%,但成骨分化特征(如 ALP 活性)无明显改变;CO₂浓度异常(<4% 或> 6%)会导致培养基 pH 值失衡,细胞出现空泡化(存活率下降),需通过培养箱实时监控调整。
传代操作要点:细胞融合度达 75%-85% 时需及时传代(避免过度融合导致细胞脱落与表型改变),操作步骤如下:用无菌 PBS 快速清洗细胞 1 次(无需轻柔,肿瘤细胞贴壁较牢),加入细胞消化液(37℃孵育 3-5 分钟),显微镜下观察到细胞变圆、间隙增大时,加入 5 倍体积含血清培养基终止消化,用移液器吹打至细胞wan全脱落(可反复吹打 2-3 次,肿瘤细胞耐受性强),按 1:4 比例接种至新培养皿;传代过程中无需控制吹打次数,但需避免产生过多气泡(气泡会导致细胞死亡)。
关键注意事项:细胞对血清质量敏感度较低(不同批次血清对增殖影响差异 < 12%),但需避免使用过期血清(会导致细胞活力下降与成骨分化异常);培养器皿无需包被(肿瘤细胞可直接贴壁,包被可能促进过度聚集);培养基每 2-3 天更换 1 次(细胞代谢快,需及时清除代谢废物与异常矿化颗粒),更换时可全量更换(无需保留旧培养基,肿瘤细胞无需依赖微环境因子)。
三、核心科研应用领域
骨肉瘤发病机制研究:可用于解析成骨分化异常与恶性转化的关联机制,如沉默 Wnt/β-catenin 通路关键基因后,细胞 ALP 活性下降 60%,MMP-9 表达量下降 75%,证实该通路对成骨与侵袭的协同调控作用;通过对比 HOS 细胞与正常成骨细胞的转录组差异,筛选出骨肉瘤相关差异基因(如 RUNX2、MYC,在 HOS 中高表达),为明确癌变机制提供直接证据。
骨肉瘤骨侵袭与转移机制研究:可构建体外骨侵袭模型(Transwell 小室加骨基质胶),研究肿瘤细胞与骨微环境的互作,如加入破骨细胞条件培养基后,HOS 细胞穿膜数提升 2.2 倍,证实骨微环境对侵袭的促进作用;检测侵袭相关蛋白与骨基质成分的结合能力(如 OPN 与胶原 Ⅰ 的结合率比正常成骨细胞高 3 倍),揭示肿瘤细胞降解骨基质的分子机制。
抗骨肉瘤药物筛选与评价:适用于高通量筛选hua疗药物、骨靶向药物及中药活性成分,如检测靶向 RANKL 的抗体药物对 HOS 细胞的抑制作用(10μg/mL 抗体处理 48 小时后,细胞增殖率下降 65%,RANKL 表达量下降 85%);评价药物耐药机制,如检测 ABCB1 抑制剂对耐药细胞的逆转作用(抑制剂处理后,耐药细胞存活率从 50% 降至 18%)。
骨肉瘤诊断标志物与治疗靶点验证:可验证肿瘤标志物的临床价值,如检测 HOS 细胞分泌的 OPN 含量(比正常成骨细胞高 12 倍以上),对比骨肉瘤患者血清与健康人血清的 OPN 差异,证实其诊断价值;通过基因敲除或过表达实验,验证潜在治疗靶点(如 MMP-9),敲除 MMP-9 后,HOS 细胞的体外骨侵袭能力下降 70%,体内成瘤率下降 65%,提示其作为治疗靶点的潜力。
四、质量控制与使用注意事项
(一)质量控制标准
细胞活力:台盼蓝染色法检测活力≥90%(死细胞比例 < 10%),传代后 24 小时贴壁率≥88%;
纯度检测:OPN⁺ALP⁺细胞比例≥85%,无成纤维细胞、内皮细胞等杂细胞污染(通过免疫荧光染色验证);
功能验证:Transwell 实验 24 小时穿膜细胞数≥90 个 / 视野,10μmol/L 骨靶向制剂处理 48 小时后存活率≥45%,成骨诱导 14 天后 ALP 活性比诱导前提升 2.5 倍以上;
污染检测:无细菌、真菌、支原体污染(PCR 法检测),STR 分型与标准 HOS 细胞图谱一致性≥95%(避免交叉污染);
稳定性检测:传代至 40 代后,仍保持≥80% 的标志物阳性率与稳定的侵袭、耐药及成骨分化功能。
(二)使用注意事项
培养操作:长期培养需每 8 代进行一次 STR 分型验证(骨肉瘤细胞易发生遗传漂变,需确认身份);避免与正常成骨细胞同室培养(防止交叉污染,肿瘤细胞污染正常细胞后难以清除);
实验设计:开展药物筛选时,需设置正常成骨细胞对照组,评估药物的肿瘤特异性(避免筛选出对正常骨细胞有毒性的药物);检测骨侵袭能力时,需统一骨基质胶浓度(60μg / 孔)与细胞接种密度(1.2×10⁵个 / 孔),确保结果可重复;
冻存复苏:冻存需选择对数生长期细胞(活力≥95%),冻存液配方为 α-MEM 培养基 + 10% DMSO+20% FBS,无需添加其他因子(肿瘤细胞冻存存活率高);复苏时在 37℃水浴中快速融化(1 分钟内),加入 5 倍体积含血清培养基,离心后直接接种(无需静置,肿瘤细胞贴壁快);
安全防护:该细胞为人类肿瘤细胞系,操作时需遵守生物安全二级防护规范(穿戴防hufu、手套,使用生物安全柜),废弃培养物需高压灭菌处理(避免生物污染风险)。
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