一、在细胞生物学方面的应用
通过细胞培养，可使离体组织细胞在体外能以单细胞和细胞群体的形式进行生长繁殖，这不仅有利于在比较简单的容易观察的条件下研究细胞的形态结构和生理功能，而且可以采用特殊的培养方法和观察手段研究不同细胞特有的功能和生命现象，如细胞转化、诱导分化、细胞融合杂交，细胞对不同病毒、不同药物和不同理化因素的敏感性，不同细胞在不同环境中所表现出的不同功能，如细胞因子分泌、吞噬和杀伤效应，这些生命现象和特有的功能均属于细胞的生物学特性，通过对不同细胞生物学特性的研究，我们又可以利用细胞的生物学特性来为医学服务，如利用细胞融合杂交技术，可以制备单克隆抗体来对临床疾病进行特异性诊断和治疗；利用细胞对病毒的敏感性，用于生产病毒疫苗和病毒抗原及抗体，既可用于疾病的预防，又可用于疾病的诊治；利用细胞的诱导分化可使癌细胞向正常细胞逆转，为癌症的彻底根治带来了希望；利用细胞的诱生和促诱生效应，可大量生产细胞因子药物和生化试剂等；利用细胞凋亡又可指导临床对肿瘤的化疗；利用细胞染色体及分区带特性，不仅可采用羊水细胞和绒毛细胞的培养及染色体分析，可进行早期的性别和遗传疾病诊断，有应用价值，而且又可为遗传疾病的诊断提供了亚细胞水平的诊断技术；通过分子生物学技术的开展，又可从蛋白分子水平和基因表达调控的核酸分子水平来研究细胞的生物特性，将有利于揭示生命现象的机理和遗传本质。
21世纪是生命科学时代，不仅对细胞的生命现象和生命起源的理论将有重大突破，而且利用细胞特性所衍生的各种生物技术特别是生物高技术的应用，将会获得更大的发展，生物工程的产业化将会对社会的发展和经济腾飞产生巨大的社会和经济效益，这一切均离不开细胞培养技术和细胞工程的推动。由此可见细胞培养技术和细胞工程在细胞生物学研究领域将会发挥很重要的作用。
二、在细胞胚胎学方面的应用
利用细胞培养，组织块或器官培养技术，可在体外诱导胚胎生长和组织器官的分化，将有力地揭示胚胎发育和组织分化的秘密，为人工受精及卵的体外分裂、分化的条件和胎体发育的诱导分化等的研究提供了便利的研究手段。
早在1907年Harison采用组织培养法阐明了早期的蛙胚外胚层细胞发育成神经原细胞，接着分化成神经纤维，从而解决了神经组织的发生问题，有人曾用组织培养法从一个胚胎里除去鼻原基，则前脑可以在受伤处上方诱导预定生鼻的表皮，形成新的鼻原基。又如将耳原基的外层除去，原预定在耳的外胚层部分可被诱导新生出耳基板，如果将耳区的神经管壁移植到颊前部的外皮下，也可诱导一个小耳发生。
兔卵细胞在体外受精后，可在体外进行分裂，培养发育后，可移至假孕兔的输卵管内，也可发育成小动物，在这种试验成功后，使试管婴儿也相继获得了成功，使组织培养在胚胎学上的研究大大推进了一步。如今随着生物高技术的发展，人们又可将目的基因采用单细胞显微注射技术导入已受精的卵细胞中（胚卵），然后将胚卵接种入假孕的雌性动物子宫内，形成胚胎，出生后可产生表达外源性基因的转基因动物。如利用转基因动物对转移的外源性基因的表达特性，有的在乳汁中可合成某些药物，为制药业提供了新工艺；有的用生长因子基因转移，可产生巨鱼、巨鼠、巨猪；有的表现出只长瘦肉不长脂肪，如瘦肉型猪，甚至还可节约喂养的饲料，大大降低饲养成本，降低生长周期，这都可以通过转基因动物来实现。
在细胞分化方面，我们可以采用体外细胞的培养，不仅可研究造血干细胞的分化和骨髓基质细胞的分化，而且还可体外研究对癌细胞的诱导分化。通过我们在前面介绍的骨髓单个核细胞的分离培养技术，我们通过加入不同的细胞因子以促使定向分化形成CFU-G、CFU-E、CFU-GM等，而且可定向扩增和扩大培养，为临床的骨髓移值和细胞移植治疗血液病、肿瘤等疾病创造了条件，骨髓基质细胞的体外分化，也可在不同诱导条件下发挥促进造血干细胞生长繁殖及向软骨分化和产生成骨效应的功能，这又可为临床研究和治疗软骨缺损，骨延迟愈合（骨不愈），发挥治疗潜能。通过对癌细胞的诱导分化以降低或根除肿瘤细胞的恶性化特性，为临床癌症的根治带来了曙光，此外对免疫细胞的分化过程，可在体外开展不同微环境对细胞在分化过程中的膜受体及CD抗原表达，分泌的因子以及信号传导通路的研究和免疫细胞在不同发育阶段特定功能的研究，这对免疫学的发展也将会发挥推动作用。
由此可见，细胞培养技术和细胞工程不仅对研究细胞和组织的分化，而且对胚胎的发育创造新品种、制造新产品都有很高的应用价值。
三、在药物学和药理学方面的应用
(一)在药物学方面的研究
利用细胞培养技术可以制药，并可开发出技术含量高的新药。如①利用病毒的弱毒株或细胞培养传代后产生的减毒适应病毒株，接种相应的敏感细胞后，可制备病毒疫苗。利用细胞的大量培养技术可生产病毒及病毒抗原，抗原提纯后又可免疫动物产生抗体（抗病毒血清）或制备单克隆抗体，这在病毒病的预防、诊断、治疗中都是很有特效的，已被广泛应用；②利用细胞合成代谢产物可制备细胞因子，用于疾病的特殊治疗；③利用细胞的杀肿瘤特性可用于细胞移植治疗肿瘤，如LAK细胞、TIL细胞等；④利用转基因技术可通过细胞培养和扩增，开展基因制药和基因治疗的研究等。
(二)在药理学方面的研究
用细胞培养方法研究药物的药理效应，观察不同药物对离体细胞的作用，可为临床实际使用时提供参考依据，也可为药物的药效作用提供实验依据。
采用细胞培养法，不仅可检查细胞株对药物的敏感性，而且还可开展体内和体外敏感性比较，同时也可在体外观察细胞对不同药物所引起的形态结构和生理功能的变化，如铵盐和腺苷均可使细胞浆内形成空泡。脓绿素可增加细胞对氧的吸收，抑制细胞核分裂，一定剂量的复方丹参能阻碍细胞贴壁，具有抑制培养的人食管癌细胞对基质附着力的作用，故有“活血化瘀”的疗效。有一些药物是核分裂的毒物，其中有吖啶黄、秋水仙素、肾上腺素等，吖啶黄可使细胞在核分裂时形成染色体“桥”。使两个细胞不能完全分开，秋水仙素可以抑制细胞纺锤体的活动。是染色体制片中控制细胞分裂中期染色体图象的有效药物，肾上腺素可以引起细胞核的分裂异常。松胞菌素B（CB）可诱发多核细胞，使细胞核易于从细胞内脱离出来等，可用于细胞脱核研究。
利用细胞培养进行抗癌药物的研究，不仅可以研究药物对癌细胞的直接作用，如细胞死亡、破裂的细胞毒作用和细胞进入程序性死亡（即凋亡），而且可以研究药物的间接作用，如某些药物如补气、补益类中药如人参、黄芪等抗癌作用可能是通过促进免疫反应，如对免疫促进和调节作用的细胞因子（干扰素、白细胞介素等），可通过体外对淋巴细胞的促诱生细胞因子效应来获得证实，或通过对杀肿瘤的免疫细胞（NK、T、LAK、TCL等）的体外杀肿瘤的细胞毒效应来证明，中药的微量细胞毒试验（96孔板）可用来筛选人肿瘤细胞对中药化疗药物的敏感性。
药物的抗衰老研究，常采用二倍体细胞长期传代法，观察药物对细胞延长传代能力来表示药物的抗衰老作用。
细胞培养还可用来检测药物的致畸、致突变效应。
不同的药物对不同的细胞有不同的敏感性和药效作用，可开展药物敏感性选择的筛选研究。有的药物可以开展对细胞诱导分化的研究，可呈现向正常细胞转化的细胞表型和生物学特性，应用前景广阔。
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