細胞培養基的概念、分類及基本成分

細胞培養基是人工模擬細胞在體內生長的營養環境，并提供細胞營養和促進細胞生長增殖的基礎物質。細胞培養基是細胞培養的基礎，它為動物細胞的健康快速成長提供營養物質。所以，只要用到細胞進行生物技術產品的生產制造，就勢必少不了細胞培養基。培養液或培養基，英文都是medium。當它是粉劑時，傾向性地稱為培養基，而將粉劑配成液體后，多稱為培養液。培養液中常需補加血清、抗生素等成分。
培養基主要有：天然細胞培養基、合成細胞培養基和無血清細胞培養基等。

天然細胞培養基是人們早期采用的細胞培養基，直接取自于動物組織提取液或體液，如血漿凝塊、血清、淋巴液、胚胎浸出液等。營養價值高，但成分復雜，差異大、不穩定，來源也受限制。水解乳蛋白和膠原是兩種較好的天然培養基，富含氨基酸。血清是天然培養基中最有效和最常用的培養基，但其組成成分復雜，其中一些成分與功能不明確。血清的來源有胎牛血清、小牛或成牛血清、馬血清、雞血清、羊血清及人血清，最廣泛應用的為胎牛血清和小牛血清。

合成細胞培養基是用化學成分明確的試劑配制的培養基，組分穩定，主要包括糖類、必需氨基酸、維生素、無機鹽類等。1950年，Morgan成功研制出具有確定化學成分的細胞培養液，即M199培養基，可用于培養多種種屬來源的細胞。1951年，Harry Eagle研發了動物細胞體外生長的人工合成培養基，即最低必需培養基(MEM培養基)，是目前使用最廣泛的合成細胞培養基之一。合成細胞培養基發展至今已有幾十種，除了沿用半個世紀的基礎合成細胞培養基之外，近年來還出現了營養成分更加豐富的低血清細胞培養基。

在細胞培養中，需要根據細胞種類和培養條件的不同選擇合適的合成細胞培養基。目前，在動物細胞培養中最常用基礎細胞培養基有BME、MEM、DMEM、RPMI-1640、Ham F12、M199 等。由于天然培養基的一些營養成分不能被合成細胞培養基完全代替，因此一般需在合成細胞培養基中添加5％～10％的胎牛血清。胎牛血清的加入對細胞培養非常有效，但胎牛血清的成分復雜，這對培養產物的分離、純化和檢測會帶來一定的不便，為減少胎牛血清的影響，開發了營養成分更加豐富的低血清細胞培養基，可以將胎牛血清的使用量降低到1～3％。

無血清細胞培養基（serum free medium， SFM）是指在使用中無需添加血清的細胞培養基，且其組成成分不含有任何動物組分。按照其組分分類，還可以分為無動物組分無血清細胞培養基和化學限定無血清細胞培養基，前者組分中可能含有某些植物來源成分，而后者完全由化學成分明確的組分組成。
其中，無動物組分無血清細胞培養基是目前在生物制藥行業中應用最廣泛的，它提高了細胞培養的質量，避免了使用血清帶來的麻煩。目前，已有多種無血清培養基上市，如雜交瘤細胞無血清培養基、CHO細胞無血清培養基、Vero細胞無血清培養基和NS0 細胞無血清培養基等。無血清培養基通常添加生長附加成分，如激素與生長因子、低分子營養成分和轉鐵蛋白等促細胞生長的附加成分，一般包括胰島素、孕酮、硒酸鈉、腐胺、轉鐵蛋白等。
 
細胞培養基的主要成分是氨基酸、維生素、碳水化合物、無機鹽和其它一些輔助物質。人工合成培養基使用時還需添加一定量的血清使細胞生長和繁殖。

氨基酸：組成蛋白質的基本單位。不同的細胞對氨基酸的需求各異，但幾種必需氨基酸細胞自身不能合成，必須依靠培養液提供，如組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、半胱氨酸、酪氨酸等。其余非必需氨基酸，細胞可以自己合成，或通過轉氨作用由其他物質轉化而來。絕大部分細胞對谷氨酰胺有較高的要求，因為谷氨酰胺是作為能源及碳源物質同時被細胞利用，是細胞合成核酸和蛋白質必需的氨基酸，在缺少谷氨酰胺時，細胞生長不良而死亡，所以各種培養液中都含有較多的谷氨酰胺。細胞所能利用的氨基酸是L型同分異構體，D型氨基酸不能被利用。

維生素：維持細胞生長的一種生物活性物質，對細胞代謝有重大作用。它們在細胞中大多形成酶的輔基或輔酶，沒有它們，酶便沒有活性，代謝活動將無法進行。維生素分為水溶和脂溶兩大類，培養液中直接采用ATP和輔酶A。

葡萄糖：大部分培養基都以葡萄糖作為能量來源之一。

無機鹽：維持培養基滲透壓平衡，參與細胞的代謝活動。主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 等。Na+是細胞外液中最主要的陽離子，對維持滲透壓的恒定有決定性的作用。K+主要分布在細胞內液，細胞內K+對于激活某些酶是必需的，并在調節細胞內環境的酸堿平衡上也有極重要意義。Ca2+在細胞外液中的作用是將組織內部細胞之間相互粘著，在細胞內參與許多重要的細胞生理活動，如傳導、參與肌肉細胞收縮等。在懸浮培養時，為了減少細胞的聚集和附著，要減少Ca2+的濃度。Mg2+是構成細胞間質的重要成分，對于細胞間相互穩定結合有很重要的意義。磷的化合物對細胞物質代謝和生理功能調控有重要作用。

其他成分：表皮生長因子、胰島素、多肽、核苷、嘌呤等。可幫助細胞的克隆化培養及維持某些特殊細胞系的生長。
 
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