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技術文獻

動物細胞培養基如何選擇？這里有答案
閱讀次數：1627 發布時間：2020/6/11 11:03:28

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按照細胞培養基的發展歷史，細胞培養基大致可分為平衡鹽溶液、天然細胞培養基、合成細胞培養基、無血清細胞培養基、限定化學成分細胞培養基等幾大種類。

1.1 平衡鹽溶液（balanced salt solution，BSS）

BSS主要是由無機鹽、葡萄糖組成，它的作用是維持細胞滲透壓平衡，保持pH穩定及提供簡單的營養。其主要用于細胞的漂洗、配制其他試劑等。幾種常用的BSS配方如下（表1-1）。

D-Hank＇s與Hank＇s的一個主要區別是前者不含有Ca²⁺和Mg²⁺，因此D-Hank＇s常用于配制胰酶溶液。因為Ca²⁺、Mg²⁺是細胞膜的重要組成成份，參與細胞粘附等功能，使用不含Ca²⁺、Mg²⁺的BSS可避免細胞結團。此外，Hanks液和Earle液是常用的BSS基礎溶液，前者緩沖能力較弱，適合于密閉培養；后者緩沖能力較強，適合于5% CO₂的培養條件。

表1-1 幾種常用的BSS配方（g/L）

名稱	PBS （無Ca²⁺、Mg²⁺）	PBS （含Ca²⁺、Mg²⁺）	Earle’s	Hank’s	D-Hank’s	Krebs-Ringer
NaCl	8.00	8.00	6.80	8.00	8.00	7.00
KCl	0.20	0.20	0.40	0.40	0.40	0.34
CaCl2	-	-	0.20	0.14	-
MgCl₂•6H₂O	-	0.10	-	-	-
MgSO4•7H₂O	-	-	0.2	0.2	-
Na₂HPO₄	1.15	1.15	-	0.048	0.048	0.10
Na₂HPO₄•2H₂O	-	-	0.14	-	-	0.207
KH₂PO₄	0.20	0.20	-	0.06	0.06
NaHCO₃	-	-	2.20	0.35	0.35	-
葡萄糖	-	-	1.00	1.00	-	1.80
酚紅	-	-	0.01	0.01	0.01	-

目前用于細胞培養的血清主要是牛血清，培養某些特殊細胞也用人血清、馬血清等。牛血清對絕大多數哺乳動物細胞都是適合的，但并不排除在培養某種細胞時使用其他動物血清更合適。血清中含有各種血漿蛋白、多肽、脂肪、碳水化合物、生長因子、激素、無機物等，這些物質對促進細胞生長或抑制生長活性是達到生理平衡的。此外，血清含一些對細胞產生毒性的物質，如多胺氧化酶，能與來自高度繁殖細胞的多胺反應（如精胺、亞精胺）形成有細胞毒性作用的聚精胺。補體、抗體、細菌毒素等都會影響細胞生長，甚至造成細胞死亡。目前，血清多作為一種添加成分與合成培養基混合使用，使用濃度一般為5~20 %，*常用是10 %。

1.2 合成細胞培養基

合成培養基是根據天然培養基的成分，用化學物質模擬合成、人工設計、配制的培養基。*早開發的基礎培養基（minimal essential medium, MEM），其本質為含有鹽、氨基酸、維生素和其他必需營養物的pH緩沖的等滲混合物。在此基礎上，DMEM、IMDM、HAM F12、PRMI1640等各種合成細胞培養基被不斷開發出來。常用合成培養基的配方此處不詳細介紹，其特性及應用的范圍見下表：

哺乳動物細胞培養基：

培養基名稱	特性及應用范圍
199細胞培養基	添加適量的血清后，可廣泛用于多種細胞培養，并用于病毒學、疫苗生產等
MEM細胞培養基	MEM（Minimal Essential Medium）培養基有含Earle＇s平衡鹽的類型，也有含Hanks＇平衡鹽的類型；有高壓滅菌型的，也有過濾除菌型的；還有含非必需氨基酸的類型。是基本、適用范圍廣的細胞培養基。
DMEM細胞培養基	DMEM（Dulbecco’s modified Minimal Essential Medium）是由Dulbecco在MEM培養基的基礎上改良獲得的，各成分份量加倍，分低糖（1000mg/L）、高糖（4500mg/L）兩種類型。細胞生長快。附著稍差的腫瘤細胞、克隆培養用高糖效果較好，常用于雜交瘤的骨髓瘤細胞和DNA轉染的轉化細胞培養。
IMDM細胞培養基	IMDM（Iscove’s modified DMEM ）是由Iscove在DMEM基礎上改良，增加了幾種氨基酸和胱氨酸量等。可用于雜交瘤細胞培養，以及無血清培養的基礎細胞培養基。
GMEM細胞培養基	Glasgow’s MEM培養基是MEM的改進型，用于支持BHK-21細胞的生長。原配方以BME為基礎，加入10%磷酸胰蛋白(月示)肉湯，氨基酸和維生素濃度加倍。
RPMI-1640細胞培養基	專門針對淋巴細胞培養設計，含有BSS、21種氨基酸、維生素等，廣泛適于多種正常細胞和腫瘤細胞的培養，也用做懸浮細胞培養。
HamF12細胞培養基	含微量元素，可在血清含量低時用，適用于克隆化培養。F12適用于CHO細胞，也是無血清細胞培養基中常用的基礎細胞培養基。
DMEM/F12細胞培養基	將DMEM和F12按照1:1比例混合，混合后營養成份豐富，血清使用量也減少，常作為開發無血清細胞培養基時的基礎細胞培養基。
McCoy＇s5A	McCoy＇s 5A Medium 主要為肉瘤細胞的培養所設計，可支持多種(如骨髓、皮膚、肺和脾臟等)原代細胞的生長，除適于一般的原代細胞培養外，主要用于作組織活檢培養、一些淋巴細胞培養以及一些難培養細胞的生長支持。例如Jensen大鼠肉瘤成纖維細胞、人淋巴細胞、HT-29、BHL-100等上皮細胞。
William＇s Medium E	適用于大鼠肝上皮細胞的長期細胞培養。
神經元基礎培養基	可為神經元生長提供基礎營養物質。

昆蟲細胞培養基：

培養基名稱	特性及應用范圍
Grace＇s昆蟲培養基	Grace昆蟲培養基（Grace＇s Insect Medium）*初設計為支持澳大利亞白星橙天蠶蛾 (Antherea eucalypti) 細胞的生長，是對Wyatt培養基的改良，以更接近 Antherea 血淋巴。Grace用這種培養基建立了個連續細胞系。適當補充添加劑后，該基本培養基已用于培養各種昆蟲細胞，包括多種鱗翅類以及一些雙翅類昆蟲。Grace昆蟲細胞培養基主要作為培養基基礎，用于培養Sf9 和Sf21細胞系，也用于其它鱗翅類昆蟲細胞系的生長和維持。 Grace＇s培養基(Grace’s Insect Cell Culture Medium) 是無血清培養基，使用時需要補充血清，從而為細胞提供必要的營養因子。添加5 -20%胎牛血清后，Grace昆蟲細胞培養基可以用于培養多種昆蟲細胞。
IPL-41 昆蟲培養基	IPL-41昆蟲培養基（IPL-41 Insect Medium）旨在用于大規模擴增草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）細胞系，也常用于通過桿狀病毒表達系統（BEVS）進行蛋白表達。 IPL-41培養基是對原始IPL配方的改良，由美國農業部昆蟲病理實驗室Weiss等人開發，用于大規模擴增草地貪夜蛾衍生細胞系。Weiss向基礎培養基中加入了胎牛血清和TPB培養基（Tryptose Phosphate Broth），成功地實現了IPL-21 AE (III)細胞系的大規模連續培養。該培養基主要用于培養和維護鱗翅類衍生細胞系和擴增這些細胞系的病毒。IPL-41培養基基礎也以用于無血清夜蛾細胞的桿狀病毒重組蛋白表達。
Shield＇s & Sang Insect	向Sheilds-Sang M3昆蟲培養基中添加10%胎牛血清后廣泛用于培養各種果蠅細胞系。Sheilds-Sang M3昆蟲培養基（Sheilds ａnd Sang M3 Insect medium）基于D22培養基。該培養基支持黑腹果蠅衍生細胞的生長。Sheilds和Sang將原配方中的氯化物除去，用谷氨酸鹽提供鈉和鉀離子，并用游離氨基酸替代乳白蛋白水解物。Bis-Tris作為緩沖劑放置pH變動。
Schneider＇s 果蠅培養基	很多昆蟲組織培養基的配方是模擬特定昆蟲體液的主要物理化學性質。針對相同物種的不同培養基成分的相似度可能比針對不同物種的培養基之間更低。有多種培養基用于果蠅細胞和組織的體外培養。應用*多的是Schneider 培養基、D-22 培養基。果蠅細胞用于研究各種生物化學過程，包括遺傳學、內分泌學、生理學和細胞生物學等方面，以及重組蛋白的表達。加入5-20% 胎牛血清后Schneider培養基能夠支持黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）原代細胞和建立的細胞系的快速生長。該培養基用于培養和維護果蠅胚胎衍生的細胞系以及其它雙翅目昆蟲細胞培養物

細胞培養基常用幾種重要的添加成分及使用過程中應注意的問題

酚紅在細胞培養基中用作pH值的指示劑。一般情況下，可以通過酚紅的指示作用判斷培養基的pH值，但低血清或是無血清細胞培養基中酚紅的含量與普通細胞培養基中的酚紅含量不同，不能通過肉眼觀察或通過經驗來判定pH值，建議使用pH計進行測定。酚紅通常對含血清的細胞培養基生產的生物制品質量并不會產生明顯影響，也可通過純化技術去除，但酚紅在無血清細胞培養基中可能帶來胞內鈉/鉀失衡，影響細胞生長。

碳酸氫鈉在細胞培養基中主要是作為緩沖系統，此外還具有調節滲透壓的作用。通常產品使用說明中的碳酸氫鈉推薦量是一個標準、安全量，是在科學的基礎上根據實踐經驗所得。但是由于不同的細胞系（株）不同，同一株細胞適應環境也可能不同（細胞耐受性不同等），且存在的地域性水質差異等，在實際生產過程中也可稍作改動，但使用者需做相應的檢測（理化及細胞生產試驗等）。

HEPES是一種非離子緩沖液，在pH 7.2 ～7.4范圍內具有較好的緩沖能力，在高濃度時對一些細胞可能有毒。HEPES緩沖液可與低水平的碳酸鈉（0.34 g /L）共用，以抵消因額外加入HEPES引起的滲透壓增加。其安全濃度范圍是10～25 mmol/L。

丙酮酸鈉可以作為細胞培養中的替代碳源，盡管細胞更傾向于以葡萄糖作為碳源，但是在沒有葡萄糖的條件下，細胞也可以代謝丙酮酸鈉。

谷氨酰胺在溶液中很不穩定，4 ℃下放置1周可分解50 %，使用中單獨配制，置-20 ℃冰箱中保存，使用前加入細胞培養液中。

賴氨酸（L-lysine）：分子量大于70,000的多聚賴氨酸可以用于促進細胞貼壁生長，也可以用于組織學(Histology)分析時的粘片劑。Poly-L-lysine和Poly-D-lysine都可以用于促進細胞的貼壁生長。Poly-L-lysine可以被某些細胞所消化并吸收，攝入過多的Poly-L-lysine會產生一定的細胞毒性。如果遇到Poly-L-lysine有細胞毒性的情況，可以考慮選用Poly-D-lysine，因為右旋的聚賴氨酸是不會被生物吸收利用的，所以毒性更低。

遠慕生物致力于生物技術和生命科學等行業領域，專注于植物生物學技術研究，以滿足全球不斷增長的食品，能源、醫藥日益增長的需求和發展。目前遠慕生物制造和提供的產品主要有動物細胞培養產品（包括細胞培養基、FBS、緩沖溶液、抗菌劑和其他試劑）和植物生物學產品（包括植物組織培養基、凝膠系列產品、植物生長調節劑、抗生素&抗菌劑、生化試劑以及植物組培容器和耗材）。

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