2개의 다른 종류의 세포를 인공적으로 융합시켜 잡종세포(雜種細胞)를 만드는 방법. 이 잡종세포는 1개 세포내에 2개의 핵을 갖게 되는데, 이를 2핵세포 또는 쌍핵세포라고 한다.

세포융합은 자연적 생물현상으로 생기는 경우와 시험관 내에서 인위적으로 유도되는 경우가 있다. 전자의 예로는 수정에 따르는 정자와 난자 사이에서 일어나는 것, 척추동물의 근세포 분화에서 근아(筋芽)세포 사이에 일어나는 것, 영장류 태반의 영양아층(營養芽層)에서 일어나는 것 등이 있으며, 후자의 예로는 사람세포와 생쥐세포, 생쥐세포와 닭세포, 종(種)이 서로 다른 식물세포 사이의 세포융합 등이 있다.

세포융합은 바이오테크놀러지의 핵심기술의 하나로서, 임상진단과 암치료에서 식물의 품종개량에 이르기까지 폭넓게 응용되고 있다. 본래 기초과학의 연구수단으로서 발전된 세포융합 기술은 최근 몇 년 동안 응용면에서 매우 쓸모가 있기 때문에 학계와 산업계에서도 관심을 쏟아 왔다.

1975년 영국의 밀스타인 등은 이 세포융합법을 면역학 분야에서 응용하여, 하이브리도머(hybridoma)라고 하는 잡종세포에 의한 모노클로널항체(抗體)를 만들었다. 이 항체는 의학분야에 획기적인 발전을 가져와 인터페론 등 물질정제에도 크게 기여할 것이다. 또, 폴리에틸렌그리콜이라는 계면활성제의 개발에 힘입어 육종에도 응용될 것이다.

인접한 세포들이 융합하여 격막이 소실된 결과 세포의 다핵화(多核化)가 일어나는 현상을 세포융합이라 하는데, 자연계에서는 생식세포의 수정, 또는 근원세포의 다핵 근육세포에로의 분화의 시기 등에서 볼 수 있다. 세포를 배양하는 과정에서 세포융합이 자연스럽게 일어나는 경우도 가끔 있다.

동물의 바이러스 가운데 숙주세포를 높은 빈도로 융합을 유발시키는 능력이 있는 것들이 알려져 있다. DNA형인 천연두 바이러스와 헤르페스 바이러스(Herpesvirus), 그리고 RNA형인 파라믹소바이러스(Paramyxovirus) 등이 유명하다.

후자에 속하는 센다이바이러스(Sendaivirus:HVI)가 가장 잘 알려져 있으며 감염력을 없앤 HVI의 세포융합 활성을 이용하여 이종세포 상호간을 융합시켜서 잡종세포를 인공적으로 만들 수 있게 되었다. 또, 화학물질에 의해서도 세포융합을 유도할 수가 있으며, 가령 리졸레시틴(lysolecithin)이나 폴리에틸렌글리콜 6000(polyethylen glycol 6000) 등이 알려져 있다.

이것들을 이용하면 동물세포나 식물세포의 세포벽을 제거한 원형질체(protoplast)의 융합도 가능하다. 동물인 경우 쥐와 생쥐, 햄스터와 생쥐, 생쥐와 사람의 세포 사이에 세포융합을 하여 잡종세포를 만드는 데 성공하였다. 문제는 이렇게 융합된 잡종세포가 과연 정상적인 세포로서 기능을 다 할 수 있는지 하는 점이다.

세포가 융합하면 융합된 세포의 핵도 합쳐져서 단일의 핵을 만들고, 두 종류의 세포가 가진 염색체를 가지고 있으며 계속 분열을 하여 집단을 만든다. 그러나 장기간 계속 배양하면 일부의 염색체가 소실되고, 따라서 총염색체의 수가 감소하게 된다.

그런데 서로 다른 종의 세포가 세포주기를 통해서 일어나는 일련의 화학반응의 신호가 다른 쪽의 세포에서도 해독(解讀)된다는 것이 밝혀졌다. 이와 관련해서 잡종세포에서는 기능적으로도 정상인 잡종효소가 합성된다.

예를 들면, 쌍방의 원래 세포와 같은 형의 효소(예:LDH)를 합성한다. 생물학적으로는 세포융합 방법을 통해 세포분화의 기작을 해명하는 데 도움이 된다. 생물공학적으로 가장 각광을 받는 세포융합의 응용은 바로 단일클론성 항체의 생산일 것이다. 즉, 림프잡종세포종(hybridoma)을 이용한다.

하이브리도마란 시험관 내에서 생존 증식이 되는 암세포와 생체로부터 추출한 어느 특정의 분화형질을 가진 대형세포와 융합시켜서 만든 잡종세포를 가리킨다. 이것의 대표적인 것은 림프구하이브리도마이며, 특히 골수종세포(myeloma cell)와 비장이나 림프절에 들어 있는 림프구 가운데 항체산생세포의 선구세포인 B세포를 융합한 잡종세포는 단일 클론항체를 만들며 연구와 임상에 널리 응용된다.

일반적으로 항체를 얻으려고 할 때에는 항원을 동물체에 주입하는 방법에 의하지만, 이때의 항체의 복합체가 만들어진다. 그러나 어느 1개의 항체산생세포는 1종류의 항체만을 만들게 되므로, 골수종세포와 항체산생세포와의 세포잡종으로 항체를 만들어 한 개 한 개의 잡종세포를 클론배양하면 1개의 클론 세포군은 단 한 가지 종류의 같은 항체를 만드는 세포들로만 된다. 이와 같이 해서 얻어지는 것이 단일클론항체이다.

이 항체는 생체, 또는 세포에 미량밖에 없는 물질을 검출하고 동정(同定)하며, 또 생체내에서의 소재를 알아보는 데 유용한 수단이 된다. 암을 비롯하여 간염 등 각종 질병의 진단·치료·독소의 중화 등에의 실용화도 이미 시작되고 있다.

세포융합에 의한 세포잡종의 이용은 식물체에까지 이르게 된다. 유성생식적으로는 교잡이 전혀 불가능한 이종속간에 세포융합의 방법에 의하여 잡종식물을 만들 수 있게 된 것이다. 식물의 세포잡종을 얻으려면 먼저 세포의 세포벽을 제거하여 원형질체인 프로토플라스트를 만들어야 한다.

원형질체는 세포막으로 싸여 있으며 동물세포와 같은 모양을 가진다. 세포를 고장액(高張液) 속에서 세포벽 분해효소로 처리함으로써 원형질체를 얻을 수 있다. 세포벽 분해효소로는, 세균에는 리소자임(lysozyme), 효모와 사상균에는 달팽이의 소화관액, 고등식물의 세포에는 셀룰라아제(cellulase:섬유소분해효소)가 쓰인다.

세포벽으로부터 빼낸 원형질체는 원래의 세포 모양에 관계없이 구형이며 저장액(低張液)에 옮기면 흡수에 의하여 팽창하여 파열한다. 그러나 적당한 삼투압을 유지하는 배양액에서는 세포로서의 여러 가지 활성을 유지하고, 또 고분자물질이나 입자의 흡수, 세포융합 등 보통의 세포에서는 볼 수 없는 현상을 보여준다.

서로 다른 종의 세포잡종은 두 가지 세포의 유전형질을 동시에 발현한다고 믿어지고 있기 때문에 토마토의 세포와 감자세포를 융합시키면 줄기 위에는 토마토가, 땅밑에는 감자가 달리는 이른바 포마토(pomato:potato와 tomato의 합성어)가 된다.