胎牛血清的主要用途及在細胞培養研究中的應用全解析

在生命科學、生物醫藥和細胞治療等領域，細胞培養是一項不可或缺的基礎技術。而在絕大多數細胞培養體系中，有一種成分獨特、作用關鍵卻又充滿“玄學”的試劑——胎牛血清。它被譽為細胞體外生長的“生命之液”，本文將深入解析其技術內涵與應用實踐。

Absin優級胎牛血清（#abs972）

1）來源特殊性：胎牛尚未接觸外界環境，其血液中抗體、補體等免疫球蛋白含量極低，能最大限度地避免對體外培養的細胞（尤其是異源細胞）產生免疫排斥或毒性作用。
2）成分復雜性：FBS不是一個成分明確的化學試劑，而是一個含有超過1000種已知成分的極其復雜的混合物，主要包括：

• 生長因子：如IGF、FGF、EGF、PDGF等，它們是刺激細胞增殖、分裂的關鍵信號分子。
• 激素：如胰島素、生長激素等，調節細胞的代謝與生長狀態。
• 載體蛋白：如白蛋白，能結合并轉運脂肪酸、激素、維生素等疏水性分子；轉鐵蛋白，負責鐵的運輸。
• 粘附蛋白：如纖連蛋白、層粘連蛋白，為貼壁細胞提供附著和伸展的支架。
• 營養物質：氨基酸、葡萄糖、維生素、微量元素等，提供細胞代謝所需的基礎物質。
• 蛋白酶抑制劑：保護細胞免受蛋白酶的攻擊。

3）核心價值：FBS為細胞提供了一個高度模擬體內環境的、營養全面且含有促生長物質的生存空間，這是目前任何人工合成的無血清培養基都無法完全復制的。

• 提供細胞生長必需的營養物質：作為基礎培養基的補充，填補了合成培養基在營養成分上的不足。
• 提供細胞增殖所需的生長因子：啟動并維持細胞的生長和分裂周期。
• 提供細胞貼壁所需的鋪展因子：對于貼壁細胞，FBS中的粘附蛋白是它們能夠“粘”在培養皿上并正常生長的前提。
• 提供激素和結合蛋白：精細調控細胞的生理狀態和代謝活動。
• 起到緩沖和保護作用：血清中的蛋白質可以中和培養過程中產生的部分有毒物質，緩沖pH波動，并提供一定的抗機械損傷保護（如吹打、搖動）。

1）基礎細胞生物學研究

• 細胞系建立與維持：絕大多數永生化細胞系（如HEK293, HeLa, CHO等）和原代細胞（如間充質干細胞、成纖維細胞）的常規傳代培養，都需要在基礎培養基（如DMEM, RPMI-1640）中添加10%的FBS來維持其存活與生長。
• 細胞增殖與毒性檢測：在進行藥物篩選、化合物毒性評估時，需要細胞在FBS提供的健康環境下生長，以確保實驗結果的可靠性。例如MTT、CCK-8等實驗。
• 細胞遷移與侵襲實驗：在劃痕實驗或Transwell實驗中，FBS常被用作趨化劑，置于下室以誘導細胞發生遷移或侵襲。

2）生物制藥與疫苗生產

• 病毒疫苗生產：許多病毒（如流感病毒、狂犬病病毒）需要在細胞（如MDCK細胞、Vero細胞）中擴增。FBS為這些“細胞工廠”提供營養，是病毒大規模生產的關鍵原料。
• 重組蛋白生產：CHO細胞是生產重組蛋白類藥物（如單克隆抗體、凝血因子）的主力軍。在工藝開發的早期階段和某些特定生產環節，FBS仍是常用的培養基添加劑。

干細胞與細胞治療

• 間充質干細胞擴增：MSCs的體外大規模擴增離不開FBS的支持，為其提供快速增殖所需的生長因子。
• 誘導多能干細胞：雖然在iPSCs的維持階段多使用無飼養層或無血清培養體系，但在重編程初期或某些定向分化實驗中，仍可能用到含有FBS的培養基。

3）其他特定研究領域

• 冷凍保存：在細胞凍存液中添加高比例（如50%-90%）的FBS，是利用其高濃度蛋白質形成保護膜，減少冰晶對細胞的損傷，是標準的細胞保種方案。

1）質量等級：

• 特級胎牛血清：品質最高，內毒素含量極低（通常<10 EU/mL），血紅蛋白含量低，適用于最敏感的細胞，如干細胞、胚胎細胞。
• 標準胎牛血清：適用于大多數常規細胞系的培養。
• 透析型胎牛血清：去除了小分子物質（如激素、代謝廢物），常用于需要精確控制小分子成分的實驗，如同位素標記、激素研究。
• 熱滅活血清：56℃水浴30分鐘以滅活補體。常用于免疫學相關研究（如避免補體介導的細胞裂解）或培養某些特殊細胞系。但熱處理會破壞部分生長因子，非必要不建議使用。

2）批次測試：這是確保實驗可重復性的最關鍵步驟。在購買大批量血清前，務必向供應商申請幾個候選批次的樣品，用您自己的細胞進行細胞生長曲線測試、集落形成效率等評估，選擇能使您的細胞生長狀態最佳的那個批次，并盡可能一次性采購足夠長時間使用的量。
3）倫理與來源問題：FBS的采集過程涉及屠宰懷孕母牛，近年來引發了動物福利和倫理方面的關切。因此，在撰寫論文或申請項目時，需要明確聲明FBS的使用，并考慮其替代方案。

• 優勢：成分明確，批次間一致性好，避免了動物源病原體污染風險，簡化了下游純化工藝。
• 挑戰：需要針對特定細胞類型進行配方優化，成本可能較高，且并非所有細胞都能在無血清條件下良好生長。

然而，在當前階段，胎牛血清因其普適性和高效性，仍然是絕大多數實驗室不可或缺的基礎試劑。