培養基的類型

動物細胞的培養可以使用純天然的培養基或人工/合成的培養基混合一些天然產物。

天然培養基

天然培養基僅由天然生成的生物液體組成。天然培養基非常有用和方便，適用于多種不同的動物細胞培養。但是，由于缺乏對這些天然培養基確切成分的認識，使用天然培養基的主要缺點是可重復性差。

人工培養基

通過人為地加入一些營養物質（有機的和無機的）、維生素、鹽、O2和CO2氣體、血清蛋白、碳水化合物、輔因子，制備成人工或合成的培養基  。不同的人工培養基被分別設計用于下面的某個用途：

1）及時生存（平衡的鹽溶液，有特定的pH和滲透壓）

2）長時間生存（平衡鹽溶液輔以各種配方的有機化合物和/或血清）

3）不確定生長

4）特定功能。

培養基種類

用于細胞培養的各種各樣的人工培養基可以進一步分為以下四種類型：

1）含血清的培養基：胎牛血清是動物細胞培養基最常見的補充成分。它用來作為一種成本相對較低的補充成分，提供動物細胞培養最佳的培養基。這些補充劑能夠為不穩定或不溶于水的營養物質提供載體或螯合劑，提供激素和生長因子，蛋白酶抑制劑，并結合并中和有毒部分。

2）無血清培養基：培養基中含有血清存在有很多缺點，可能會成為免疫學研究中潛在的嚴重誤解的原因 。為了克服使用血清的這些缺點，一些無血清培養基中已經開發出來了 。這些培養基通常是專門配制的，用以單一類型細胞的培養，包含確定量的純化的生長因子、脂蛋白和其它蛋白質，而這些物質本來是由血清提供的 。這些培養基也被稱為“確定的培養基”，因為這些培養基中的物質是精確可知的。

3）確定化學成分的培養基：這些培養基包含無污染的超純無機和有機成分，也可能含有純蛋白質添加劑，如生長因子 。這些成分通過基因工程細菌或酵母生產，添加維生素、膽固醇、特定氨基酸和脂肪酸 。

4）無蛋白質培養基：無蛋白質培養基不含有任何蛋白質，僅包含用于細胞培養所必需的非蛋白成分。相比血清培養基，無蛋白培養基促進較好的細胞生長和蛋白表達，并有利于下游的表達產物純化 。

培養基的組成

培養基中混合有氨基酸、葡萄糖、鹽、維生素和其他營養物質，供應商可提供粉末或液體 。不同的細胞系對這些組分的要求有所不同，這些差別部分是由于大量的培養基配方 。每一成分擁有一個特定的功能，如下所述：

緩沖系統

pH值調節對維持最佳培養條件是至關重要的，通常可用以下兩個緩沖系統中的一個達到這一目的：

天然緩沖系統

天然的緩沖系統中的氣態CO2與培養基中的CO3/HCO3含量維持平衡。使用天然緩沖系統進行培養需要在5％至10％CO2環境下進行，通常由CO2培養箱維持。天然的緩沖系統一般成本低、無毒 。

HEPES

化學緩沖液利用兩性離子做緩沖。HEPES在pH值范圍7.2-7.4內具有優異的緩沖能力，并且不需要受控的氣體環境  。HEPES是相對昂貴的，并且在高濃度時對于某些類型的細胞是有毒的。HEPES受到熒光照射的光敏效應誘導后大大提高了對培養基的敏感性 。

酚紅

大多數市售的培養基含有酚紅作為pH指示劑，它能夠持續監測pH值  。在細胞的生長過程中，由細胞釋放代謝物造成的pH值改變會導致培養基的顏色變化。在低pH值時，酚紅使培養基變成黃，而在較高的pH值水平時，使培養基變成紫色。介質在pH值7.4應該是亮紅色，最適合細胞培養工作。但是，使用酚紅也有一定的缺點，如下所述：

酚紅可以模仿一些類固醇激素，特別是雌激素的作用。因此，在用到雌激素敏感的細胞，如乳腺組織做研究的時候，最好是使用不含酚紅的培養基。

一些無血清的配方中存在酚紅會干擾鈉-鉀平衡。這種效應可以通過在培養基中加入血清或牛垂體激素中和。

酚紅會干擾流式細胞分析時候的檢測。

無機鹽

培養基中的無機鹽有助于保持細胞的滲透平衡，通過提供鈉、鉀和鈣離子調節膜電位.

氨基酸

由于氨基酸是蛋白質的組成部分，它們是所有已知細胞培養基的必需成分。培養基中必須包含必需氨基酸，因為細胞不能自身合成。這些是細胞增殖必需的，其濃度決定了可達到的最大細胞密度。L-谷氨酰胺，作為一種必需氨基酸，在細胞培養是及其重要的。L-谷氨酰胺提供NAD，NADPH和核苷酸合成的氮元素，并作為新陳代謝的二次能量來源。L-谷氨酰胺是一種不穩定的氨基酸，隨著時間的推移，會轉換成細胞不能利用的形態，因此應該在使用前添加到培養基中 。添加比原有培養基配方更多的L-谷氨酰胺的時候要特別小心，因為它的降解會導致氨的生成，氨會對某些細胞系有害。哺乳動物細胞培養基中的L-谷氨酰胺濃度可以從Medium 199中的0.68 mM到Dulbecco’s Modified Eagles的4 mM。無脊椎動物的細胞培養基可包含高達12.32 mM的L-谷氨酰胺。有些補充成分，如glutamax更穩定，可在長時間培養生長緩慢的細胞時替代谷氨酰胺。

非必需氨基酸也可加入到培養基中，以替代那些在生長過程中已被耗盡的成分。培養基中補充非必需氨基酸能夠刺激生長，延長細胞的生存。

糖類

糖類形式的碳水化合物是能量的主要來源。大多數培養基包含葡萄糖和半乳糖，而有一些含有麥芽糖和果糖。

蛋白質和多肽

最常用的蛋白質和肽是白蛋白、轉鐵蛋白和纖連蛋白，在無血清培養基中特別重要。血清是一種蛋白質豐富的來源，包括白蛋白、轉鐵蛋白、抑肽酶、胎球蛋白和纖維連接蛋白。白蛋白是血液中的主要蛋白，結合水，無機鹽，游離脂肪酸，激素和維生素，并將這些成分在組織和細胞間傳輸。白蛋白的結合能力使它成為從細胞培養基中去除有毒物質有效途徑。

抑肽酶是細胞培養系統中的保護劑，在中性和酸性pH值環境下穩定，耐高溫，耐蛋白水解酶降解。它對一些絲氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶）有抑制能力。胎球蛋白是一種糖蛋白，胎兒和新生兒的血清中的濃度比成人血清中高。它也是一種絲氨酸蛋白酶抑制劑。纖維連接蛋白是細胞附著的關鍵組分。轉鐵蛋白是一種鐵轉運蛋白，能夠為細胞膜提供鐵離子。

脂肪酸和脂質

同樣，它們在無血清培養基中是特別重要的，因為它們通常存在于血清中。

 維生素

許多維生素是細胞生長和增殖必不可少的。細胞不能合成足夠數量的維生素，因此，是組織培養中重要的補充成分。血清同樣是細胞培養中維生素的主要來源，但是，培養基中也包含不同的豐富維生素，適用于某一特定細胞系的培養。維生素B群是生長刺激最常見的添加維生素。

微量元素

無血清培養基中通常會補充微量元素，來代替那些血清中的常見成分。微量元素，如銅、鋅、硒和三羧酸循環的中間產物，都是適當的細胞生長所必需的化學成分。這些微量營養元素是許多生物過程必需的，例如酶功能的維持。

培養基補充成分

某些細胞系推薦使用的完整生長培養基還需要額外的成分，它們在基礎培養基和血清中不存在。這些成分和補充物質，有助于維持細胞增殖和細胞的正常代謝 。雖然一些補充成分如激素，生長因子和信號物質是某些細胞系正常生長所需的，但最好還是要采取以下一些預防措施：

由于添加補充成分會改變完整生長培養基的滲透壓，這會對細胞生長產生不利影響，因此最好在添加補充成分后重新檢測一下滲透壓。對于大多數細胞系，最佳的滲透壓應該介于260 mOSM/kg到320 mOSM/kg之間。

添加補充成分后培養基的保質期會發生變化。含蛋白質補充物的完整培養基降解速度往往比基本培養基快。

抗生素

雖然不是細胞生長必需的，抗生素通常還是會用來控制細菌和真菌污染物生長 。常規細胞培養不建議使用抗生素，因為抗生素可以掩蓋由支原體和耐藥細菌造成的污染 。此外，抗生素還會干擾敏感細胞的代謝。

培養基中的血清

血清是白蛋白、生長因子和生長抑制劑的復雜混合體 。血清是細胞培養基中最重要的組分之一，作為氨基酸、蛋白質、維生素（特別是脂溶性維生素，如A，D，E，和K）、碳水化合物、脂質、激素、生長因子、礦物質和微量元素的來源。通常會在培養基中使用胎兒和小牛來源的血清來支持細胞生長 [29] 。胎兒血清含有豐富的生長因子，適當細胞克隆和難以培養的細胞的生長 [30] 。胎兒血清被用于接觸抑制研究，因為它較低的生長促進特性。正常的生長培養基往往包含2-10％的胎兒血清。培養基中補充血清具有以下作用 [31] ：

1）血清未細胞提供了基本的營養成分（在溶液中和結合到蛋白質上的）。

2）血清為生長促進和特定細胞功能提供多種生長因子和激素。

3）它提供了多種結合蛋白質，如白蛋白、轉鐵蛋白，可以攜帶其他成分進入細胞。例如：白蛋白可攜帶脂類、維生素、激素等進入細胞。

4）它還可提供蛋白質，如纖連蛋白，促進細胞附著到基質上。它提供擴散因子幫助細胞在分裂前擴散。

5）它還提供蛋白酶抑制劑，保護細胞免受降解。

6）它還提供礦物質，如Na+，K+，Zn2 +，Fe2 +等。

7）它增加培養基的粘性，因此保護細胞在懸浮培養攪拌過程中免受機械損傷。

8)它還可以作為一種緩沖液。

聲明：本文章來源的稿件均為轉載，僅用于分享，如涉及版權等問題，請盡快聯系我們，我們第一時間更正，謝謝！