細胞培養基（cell culture medium）是人工模擬動物細胞的體內生長環境，維持體外細胞存活和增殖的營養物質基礎，其主要功能是為細胞提供適宜的pH和滲透壓，以及細胞本身不能合成的各種營養物質。本文將對細胞培養基的種類、成分及理化性質，以及相關問題等方面進行介紹。
1. 細胞培養基的種類
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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。
幾種常用的BSS配方（g/L）
1.2 天然細胞培養基
天然培養基指來自動物體液或利用組織分離提取的一類培養基，如血漿、血清、淋巴液、雞胚浸出液等。其優點是營養成分豐富，培養效果良好，但缺點是成分復雜，來源受限且制作過程復雜、批間差異大。目前廣泛使用的天然培養基是血清，另外各種組織提取液、促進細胞貼壁的膠原類物質在培養某些特殊細胞也是*。
水解乳蛋白是乳白蛋白經蛋白酶和肽酶水解的產物，含豐富的多肽、氨基酸和碳水化合物。一般配制成0.5 %溶液（采用平衡鹽溶液溶解）與合成培養基（如MEM細胞培養基）以1:1的比例混合使用。
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 %。
由于水解乳蛋白和血清成份復雜，批間差異大及存在病毒等外源污染風險，對下游生物制品的分離純化和安全性都存在較大的影響，在生物制藥行業的使用也越來越少。因此，基于對血漿成份的分析，合成細胞培養基應運而生。
1.3 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。
常用合成培養基的特性及應用的范圍
與天然培養基相比，有些天然的未知成分尚無法用已知的化學成分所替代，因此，細胞培養中使用合成培養基時必須加入一定量的天然培養基成分，以克服合成培養基的不足。-普遍的做法是添加5 ~ 10 %的血清，這樣才能維持細胞活力，促進細胞增殖。針對不同的動物細胞，現已開發了多種商業化、個性化的低血清細胞培養基配方，營養成份更加豐富，血清使用量可降低至1～3 %，由此可減少了血清等動物來源成份對生物制品安全性的影響。
1.4 無血清細胞培養基（serum free medium，SFM）
經歷了天然培養基、合成培養基后，無血清培養基和無血清培養成為當今細胞培養領域的一大趨勢。采用無血清培養可降低生產成本，簡化分離純化步驟，避免病毒污染造成的危害。無血清培養基，一般是在合成培養基的基礎上，加入成份完全明確的或部分明確的血清替代成份，達到既能滿足動物細胞培養的要求，又能有效克服使用血清所帶來問題的目的。
無血清培養基中通常需要添加一些額外的組分，才能幫助細胞貼壁生長，包括以下幾大類物質：
1）促貼壁物質：一般為細胞外基質，如纖連蛋白、層粘連蛋白等。它們還是重要的分裂素以及維持正常細胞功能的分化因子，對許多細胞的繁殖和分化，起著重要作用。纖連蛋白主要促進來自中胚層細胞的貼壁與分化，這些細胞包括成纖維細胞、肉瘤細胞、粒細胞、腎上皮細胞、腎上腺皮質細胞、CHO細胞、成肌細胞等。
2）促生長因子及激素：針對不同細胞添加不同的生長因子。激素也是刺激細胞生長、維持細胞功能的重要物質，有些激素是許多細胞*的，如胰島素。
3）酶抑制劑：培養貼壁生長的細胞，需要用胰酶消化傳代，在無血清培養基中需含酶抑制劑，以終止酶的消化作用，達到保護細胞的目的。-常用的是大豆胰酶抑制劑。
4）結合蛋白和轉運蛋白：常見如轉鐵蛋白和牛血清白蛋白。牛血清白蛋白的添加量比較大，可增加培養基的粘度，保護細胞免受機械損傷。許多旋轉式培養的無血清培養基都含有牛血清白蛋白。
5）微量元素：硒是-常見的。
1.5 無蛋白無血清細胞培養基與化學組份限定無血清細胞培養基
1）無蛋白無血清細胞培養基（protein free midium, PFM）
這類培養基完全不含有動物來源蛋白，但仍有部份添加物是植物蛋白的小水解片段或合成多肽片段，以及類固醇激素和脂類前體等，以替代動物激素、生長因子的作用。其特點是完全沒有蛋白或蛋白含量極低，有利于生物制品的分離純化。
2）化學組份限定無血清細胞培養基（Chemically defined media, CDM）
此類培養基是目前-安全、-為理想的無血清細胞培養基，所有成份的濃度都完全明確，即使其所添加的少量蛋白，也是可經過純化處理，成份明確、濃度確定的蛋白。這類培養基較為理想地減少了生產的可變性，提高了生產工藝的重復性，并有效降低了純化成本。
1.6 個性化細胞培養基
嚴格意義上來說，個性化細胞培養基不在細胞培養基的傳統分類之列，其具體是指一類根據細胞特性、細胞培養工藝特點、使用者需求習慣而量身定制的細胞培養基，主要目的是提高細胞產率、產品質量、產品安全性和降低血清的使用等。個性化細胞培養基可能是無血清培養基，也可能是低血清培養基，終是為滿足某一種或某一類生物制品的生產需求。
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