细胞活力(Cell viability)检测是通过总细胞中活细胞的百分比,直观反映细胞群体的存活状态,排除因衰老、损伤、环境胁迫等因素死亡的细胞后,剩余具有生理活性细胞的占比,是对细胞群体存活能力的量化描述。
作为判断体外培养细胞是否能正常生长的关键指标,其核心作用是评估外界干预对细胞的影响:比如检测药物处理后细胞是否因毒性死亡、放射性/紫外线照射是否损伤细胞活力、培养温度/营养等条件变化是否影响细胞存活,最终为实验(如药物筛选、毒性测试、细胞培养优化)提供细胞是否能正常生长的判断依据。
本文将系统梳理当前主流的细胞活力检测方法,从原理到适用场景进行总结,为不同研究需求提供技术选择参考。
细胞代谢活性检测
MTT法
MTT(3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐,噻唑蓝)是生物实验中常用的细胞活性检测试剂,利用活细胞特有代谢功能实现对细胞存活状态的判断。
检测原理为活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒 (Formazan)并沉积在细胞中,而死细胞无此功能。二甲基亚砜(DMSO)能溶解细胞中的甲瓒,用酶联免疫检测仪在一定波长处测定其光吸收值,可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内,MTT结晶形成的量与细胞数成正比。该方法已广泛用于一些生物活性因子的活性检测、大规模的抗肿瘤药物筛选、细胞毒性试验以及肿瘤放射敏感性测定等。
应用场景:
①药物/化合物的细胞毒性筛选:传统的高通量化疗药物或天然产物活性评估;
②细胞增殖曲线绘制:在不同培养时间或不同刺激条件下监测细胞生长速率;
③配合显微镜观察:在需要同步记录形态学变化的实验中,先做MTT再进行固定染色。
CCK-8法
Cell Counting Kit-8(简称CCK-8)是一种广泛应用于细胞生物学研究中的试剂,主要用于简便而准确地检测细胞增殖和活力。
CCK-8试剂中的WST-8在电子载体1-甲氧基-5-甲基吩嗪鎓(1-Methoxy PMS)的作用下,被细胞线粒体中的脱氢酶还原为水溶性的黄色甲瓒产物。这一还原反应与活细胞的数量和活力直接相关,生成的甲瓒物数量越多,表示活细胞数量越多,细胞活力越强。因此,通过测定甲瓒物的吸光度(OD值),可以间接反映细胞的增殖和活力情况。
CCK-8原理示意图
增强型CCK-8的优势:
①3?5倍更高的灵敏度,能够在2000?个细胞/孔(增殖实验)甚至更低的细胞数下获得可靠信号;
②线性范围显著扩大,可覆盖5?×?103?–?5?×?10??细胞甚至更宽,适用于高密度或稀疏细胞的检测;
③只需0.5?3?h即可完成显色,大幅缩短实验周期;
④背景更低、信噪比更佳,尤其在低细胞数或短孵育时间下仍能得到清晰信号;
⑤对细胞密度变化更宽容,尤其适合低密度细胞、慢增殖细胞或需要快速读数的高通量筛选;
⑥由于配方优化和更高灵敏度,在需要缩短实验周期或提升检测下限的场景下性价比更佳
CCK-8检测HeLa细胞活性
应用场景:
①高通量药物筛选:96/384孔板一次加试剂,适合大规模化合物库的细胞毒性评估;
②细胞增殖/抑制曲线:在不同浓度的生长因子、激素或基因编辑后比较细胞增殖速率;
③与荧光/流式联用:在同一孔中先做CCK?8读取活性,再用荧光染料(如Hoechst)计数核数,实现双模式定量。
ATP生物发光法
ATP腺嘌呤核苷三磷酸(简称三磷酸腺苷)参与生物体内多种酶促反应,是活细胞新陈代谢的一个指标,其含量直接反应了细胞的数量及细胞状态:实验过程中向细胞培养基加入Luminescent试剂,测量发光值,在光信号和体系中,发光值与ATP量成正比,而ATP又和活细胞数正相关,因此可通过检测ATP含量得细胞活力。Luminescent发光活细胞检测系统的检测试剂具有最高灵敏度和较长的信号持续时间,此系统已经广泛地应用在生命科学研究领域中。
检测原理是在有氧环境下,荧光素在荧光素酶和Mg2+的催化作用下与ATP发生反应,生成荧光素-AMP复合体并释放出焦磷酸(PPi)。随后,荧光素-AMP复合体在O2的作用下进一步生成氧化荧光素,同时释放出CO2和H2O。在这个过程中,激发态的氧化荧光素返回到基态时会发出光子,光子的数量与ATP含量成正比,因此可以通过测量光强度来定量ATP的含量。同时,试剂为均质发光法检测,无需去除培养基或洗涤细胞等复杂操作。
应用场景:
①极低细胞数的高灵敏检测:单孔可检测10-15细胞,适用于稀疏原代细胞、干细胞或单细胞克隆实验;
②快速终点读数:裂解?发光一步完成,信号在5?h仍保持稳定,适合高通量平台;
③药物机制研究:通过同步测定ATP与线粒体质量(如SDH?A蛋白)来区分代谢抑制与细胞死亡。
膜损伤检测
细胞膜是细胞维持内环境稳定的关键结构,当细胞死亡后,细胞膜通透性增加,原本无法进入细胞的染料(如碘化丙啶)可进入并染色,而存活细胞因细胞膜完整可排斥染料。这类方法操作简单、成本低,是最基础的活力检测手段。
通过同时检测细胞内酯酶活性和质膜完整性,提供一种判断细胞活力的荧光染色方法。钙黄绿素-AM (Calcein-AM) 和碘化丙啶 (PI):Calcein-AM可透过活细胞膜,通过活细胞内的酯酶作用由几乎无荧光的Calcein-AM脱去AM基团生成具有强烈荧光信号的绿色荧光物质Calcein,因此活细胞可被检测到绿色荧光。另一方面PI不能透过活细胞的细胞膜,但当细胞膜受损时PI可进入到死细胞内并与核酸结合,产生明亮的红色荧光,因此死细胞会被检测到红色荧光。用荧光显微镜或流式细胞仪或荧光酶标仪检测;适用于大多数的真核哺乳动物细胞的细胞活力检测。
优点:
应用场景:
①细胞死亡模式区分:快速判断药物或基因干预导致的凋亡、坏死或亚死(通过形态学结合PI阳性比例);
②高通量细胞毒性筛选:在96/384孔板上使用荧光读数仪一次性获取活/死比例,适合配合自动化液体处理;
③共聚焦成像:在三维类器官、细胞球或组织切片中,利用双染实现活细胞分布与死亡区块的空间可视化。
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数字货号 |
产品名称 |
概要 |
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PR01065 |
Enhanced Cell Counting Kit-8 |
增强型 |
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PR01066 |
Luminescent Cell Viability Assay Kit (ATP) |
Luminescent ATP |
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PR01073 |
Live-Dead Viability/Cytotoxicity Assay Kits for Bacteria Cells |
NucGreen/EthD系列 |
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PR01075 |
Live-Dead Viability/Cytotoxicity Plus Assay Kits for Animal Cells |
Calcein AM/EthD系列 |
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PR01076 |
Live-Dead Viability/Cytotoxicity Assay Kits for Animal Cells |
Calcein AM/PI |
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