細(xì)胞培養(yǎng)基（cell culture medium）是人工模擬動(dòng)物細(xì)胞的體內(nèi)生長(zhǎng)環(huán)境，維持體外細(xì)胞存活和增殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)基礎(chǔ)，其主要功能是為細(xì)胞提供適宜的pH和滲透壓，以及細(xì)胞本身不能合成的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。本文將對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)基的種類、成分及理化性質(zhì)，以及相關(guān)問(wèn)題等方面進(jìn)行介紹。
1. 細(xì)胞培養(yǎng)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(wú)機(jī)鹽、葡萄糖組成，它的作用是維持細(xì)胞滲透壓平衡，保持pH穩(wěn)定及提供簡(jiǎn)單的營(yíng)養(yǎng)。其主要用于細(xì)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(gè)主要區(qū)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?yàn)镃a2+、Mg2+是細(xì)胞膜的重要組成成份，參與細(xì)胞粘附等功能，使用不含Ca2+、Mg2+的BSS可避免細(xì)胞結(jié)團(tuán)。此外，Hanks液和Earle液是常用的BSS基礎(chǔ)溶液，前者緩沖能力較弱，適合于密閉培養(yǎng)；后者緩沖能力較強(qiáng)，適合于5% CO2的培養(yǎng)條件。
幾種常用的BSS配方（g/L）
1.2 天然細(xì)胞培養(yǎng)基
天然培養(yǎng)基指來(lái)自動(dòng)物體液或利用組織分離提取的一類培養(yǎng)基，如血漿、血清、淋巴液、雞胚浸出液等。其優(yōu)點(diǎn)是營(yíng)養(yǎng)成分豐富，培養(yǎng)效果良好，但缺點(diǎn)是成分復(fù)雜，來(lái)源受限且制作過(guò)程復(fù)雜、批間差異大。目前廣泛使用的天然培養(yǎng)基是血清，另外各種組織提取液、促進(jìn)細(xì)胞貼壁的膠原類物質(zhì)在培養(yǎng)某些特殊細(xì)胞也是*。
水解乳蛋白是乳白蛋白經(jīng)蛋白酶和肽酶水解的產(chǎn)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(yǎng)基（如MEM細(xì)胞培養(yǎng)基）以1:1的比例混合使用。
目前用于細(xì)胞培養(yǎng)的血清主要是牛血清，培養(yǎng)某些特殊細(xì)胞也用人血清、馬血清等。牛血清對(duì)絕大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞都是適合的，但并不排除在培養(yǎng)某種細(xì)胞時(shí)使用其他動(dòng)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(zhǎng)因子、激素、無(wú)機(jī)物等，這些物質(zhì)對(duì)促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)或抑制生長(zhǎng)活性是達(dá)到生理平衡的。此外，血清含一些對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性的物質(zhì)，如多胺氧化酶，能與來(lái)自高度繁殖細(xì)胞的多胺反應(yīng)（如精胺、亞精胺）形成有細(xì)胞毒性作用的聚精胺。補(bǔ)體、抗體、細(xì)菌毒素等都會(huì)影響細(xì)胞生長(zhǎng)，甚至造成細(xì)胞死亡。目前，血清多作為一種添加成分與合成培養(yǎng)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(fù)雜，批間差異大及存在病毒等外源污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)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(yè)的使用也越來(lái)越少。因此，基于對(duì)血漿成份的分析，合成細(xì)胞培養(yǎng)基應(yīng)運(yùn)而生。
1.3 合成細(xì)胞培養(yǎng)基
合成培養(yǎng)基是根據(jù)天然培養(yǎng)基的成分，用化學(xué)物質(zhì)模擬合成、人工設(shè)計(jì)、配制的培養(yǎng)基。早開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)培養(yǎng)基（minimal essential medium, MEM），其本質(zhì)為含有鹽、氨基酸、維生素和其他必需營(yíng)養(yǎng)物的pH緩沖的等滲混合物。在此基礎(chǔ)上，DMEM、IMDM 、HAM F12、PRMI1640等各種合成細(xì)胞培養(yǎng)基被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)。常用合成培養(yǎng)基的配方此處不詳細(xì)介紹。
常用合成培養(yǎng)基的特性及應(yīng)用的范圍
與天然培養(yǎng)基相比，有些天然的未知成分尚無(wú)法用已知的化學(xué)成分所替代，因此，細(xì)胞培養(yǎng)中使用合成培養(yǎng)基時(shí)必須加入一定量的天然培養(yǎng)基成分，以克服合成培養(yǎng)基的不足。-普遍的做法是添加5 ~ 10 %的血清，這樣才能維持細(xì)胞活力，促進(jìn)細(xì)胞增殖。針對(duì)不同的動(dòng)物細(xì)胞，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了多種商業(yè)化、個(gè)性化的低血清細(xì)胞培養(yǎng)基配方，營(yíng)養(yǎng)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(dòng)物來(lái)源成份對(duì)生物制品安全性的影響。
1.4 無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)基（serum free medium，SFM）
經(jīng)歷了天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基后，無(wú)血清培養(yǎng)基和無(wú)血清培養(yǎng)成為當(dāng)今細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的一大趨勢(shì)。采用無(wú)血清培養(yǎng)可降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化分離純化步驟，避免病毒污染造成的危害。無(wú)血清培養(yǎng)基，一般是在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上，加入成份完全明確的或部分明確的血清替代成份，達(dá)到既能滿足動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的要求，又能有效克服使用血清所帶來(lái)問(wèn)題的目的。
無(wú)血清培養(yǎng)基中通常需要添加一些額外的組分，才能幫助細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)，包括以下幾大類物質(zhì)：
1）促貼壁物質(zhì)：一般為細(xì)胞外基質(zhì)，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(xì)胞功能的分化因子，對(duì)許多細(xì)胞的繁殖和分化，起著重要作用。纖連蛋白主要促進(jìn)來(lái)自中胚層細(xì)胞的貼壁與分化，這些細(xì)胞包括成纖維細(xì)胞、肉瘤細(xì)胞、粒細(xì)胞、腎上皮細(xì)胞、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞、CHO細(xì)胞、成肌細(xì)胞等。
2）促生長(zhǎng)因子及激素：針對(duì)不同細(xì)胞添加不同的生長(zhǎng)因子。激素也是刺激細(xì)胞生長(zhǎng)、維持細(xì)胞功能的重要物質(zhì)，有些激素是許多細(xì)胞*的，如胰島素。
3）酶抑制劑：培養(yǎng)貼壁生長(zhǎng)的細(xì)胞，需要用胰酶消化傳代，在無(wú)血清培養(yǎng)基中需含酶抑制劑，以終止酶的消化作用，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的目的。-常用的是大豆胰酶抑制劑。
4）結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：常見(jiàn)如轉(zhuǎn)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(yǎng)基的粘度，保護(hù)細(xì)胞免受機(jī)械損傷。許多旋轉(zhuǎn)式培養(yǎng)的無(wú)血清培養(yǎng)基都含有牛血清白蛋白。
5）微量元素：硒是-常見(jiàn)的。
1.5 無(wú)蛋白無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)基與化學(xué)組份限定無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)基
1）無(wú)蛋白無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)基（protein free midium, PFM）
這類培養(yǎng)基完全不含有動(dòng)物來(lái)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(dòng)物激素、生長(zhǎng)因子的作用。其特點(diǎn)是完全沒(méi)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(xué)組份限定無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)基（Chemically defined media, CDM）
此類培養(yǎng)基是目前-安全、-為理想的無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)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(jīng)過(guò)純化處理，成份明確、濃度確定的蛋白。這類培養(yǎng)基較為理想地減少了生產(chǎn)的可變性，提高了生產(chǎn)工藝的重復(fù)性，并有效降低了純化成本。
1.6 個(gè)性化細(xì)胞培養(yǎng)基
嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，個(gè)性化細(xì)胞培養(yǎng)基不在細(xì)胞培養(yǎng)基的傳統(tǒng)分類之列，其具體是指一類根據(jù)細(xì)胞特性、細(xì)胞培養(yǎng)工藝特點(diǎn)、使用者需求習(xí)慣而量身定制的細(xì)胞培養(yǎng)基，主要目的是提高細(xì)胞產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品安全性和降低血清的使用等。個(gè)性化細(xì)胞培養(yǎng)基可能是無(wú)血清培養(yǎng)基，也可能是低血清培養(yǎng)基，終是為滿足某一種或某一類生物制品的生產(chǎn)需求。
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