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lonza 無血清培養(yǎng)基 (點擊標(biāo)題進入）

康寧/Corning® 淋巴細(xì)胞無血清培養(yǎng)基 (點擊標(biāo)題進入）

康寧/Corning CellGro® 澳洲來源胎牛血清 (康寧) (點擊標(biāo)題進入）

Meenakshi Arora (arormx at UPMC dot EDU)

University of Pittsburgh Medical Center, United States

譯者

王秀英 (mary at labome dot com)

美國新澤西州普林斯頓合原研究有限責(zé)任公司 (Synatom Research)

DOI

http://dx.doi.org/10.13070/mm.cn.3.175

日期

更新 : 2014-11-21; 原始版 : 2013-03-05

引用

實驗材料和方法 2013;3:175

英文摘要

A comprehensive review of cell culture media and Labome survey results on cell culture media from 720 formal publications.

簡介

細(xì)胞培養(yǎng)現(xiàn)在已成為應(yīng)用于生命科學(xué)的主要技術(shù)之一，它是從動物或植物移取的細(xì)胞、組織或器官并將它們在有利于生長的人工環(huán)境中培養(yǎng)的統(tǒng)稱。細(xì)胞最適生長的基本環(huán)境要求是：控制的溫度，良好的細(xì)胞附著基質(zhì)和適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)液和培養(yǎng)箱，能夠保持正確的pH值和滲透壓。在動物細(xì)胞培養(yǎng)中最重要和最關(guān)鍵的一步是選擇適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)液用于體外培養(yǎng)。生長培養(yǎng)基或培養(yǎng)基是液體或凝膠狀態(tài)的，設(shè)計用于支持微生物、細(xì)胞或小的植株生長。培養(yǎng)基是控制最佳的細(xì)胞生長最重要和最復(fù)雜的因素。細(xì)胞培養(yǎng)基通常包括適當(dāng)?shù)募?xì)胞能量來源和調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的化合物。一個典型的培養(yǎng)基還需要補充氨基酸，維生素，無機鹽，葡萄糖，和血清，以提供生長因子，激素，和附著因子。除了營養(yǎng)外，培養(yǎng)基也有助于保持培養(yǎng)體系中的pH值和滲透壓平衡。

細(xì)胞培養(yǎng)基的類型

動物細(xì)胞的培養(yǎng)可以使用純天然的培養(yǎng)基或人工/合成的培養(yǎng)基混合一些天然產(chǎn)物。

天然培養(yǎng)基

天然培養(yǎng)基僅由天然生成的生物液體組成。天然培養(yǎng)基非常有用和方便，適用于多種不同的動物細(xì)胞培養(yǎng)。但是，由于缺乏對這些天然培養(yǎng)基確切成分的認(rèn)識，使用天然培養(yǎng)基的主要缺點是可重復(fù)性差。

人工培養(yǎng)基

通過人為地加入一些營養(yǎng)物質(zhì)（有機的和無機的）、維生素、鹽、O2和CO2氣體、血清蛋白、碳水化合物、輔因子，制備成人工或合成的培養(yǎng)基 [1] 。不同的人工培養(yǎng)基被分別設(shè)計用于下面的某個用途：

· 及時生存（平衡的鹽溶液，有特定的pH和滲透壓）

· 長時間生存（平衡鹽溶液輔以各種配方的有機化合物和/或血清）

· 不確定生長

· 特定功能。

培養(yǎng)基種類.

用于細(xì)胞培養(yǎng)的各種各樣的人工培養(yǎng)基可以進一步分為以下四種類型：

含血清的培養(yǎng)基：胎牛血清是動物細(xì)胞培養(yǎng)基最常見的補充成分。它用來作為一種成本相對較低的補充成分，提供動物細(xì)胞培養(yǎng)最佳的培養(yǎng)基。這些補充劑能夠為不穩(wěn)定或不溶于水的營養(yǎng)物質(zhì)提供載體或螯合劑，提供激素和生長因子，蛋白酶抑制劑，并結(jié)合并中和有毒部分。

無血清培養(yǎng)基：培養(yǎng)基中含有血清存在有很多缺點，可能會成為免疫學(xué)研究中潛在的嚴(yán)重誤解的原因 [2] [3] 。為了克服使用血清的這些缺點，一些無血清培養(yǎng)基中已經(jīng)開發(fā)出來了 [4] [5] 。這些培養(yǎng)基通常是專門配制的，用以單一類型細(xì)胞的培養(yǎng)，包含確定量的純化的生長因子、脂蛋白和其它蛋白質(zhì)，而這些物質(zhì)本來是由血清提供的 [6] 。這些培養(yǎng)基也被稱為“確定的培養(yǎng)基”，因為這些培養(yǎng)基中的物質(zhì)是精確可知的。

確定化學(xué)成分的培養(yǎng)基：這些培養(yǎng)基包含無污染的超純無機和有機成分，也可能含有純蛋白質(zhì)添加劑，如生長因子 [7] 。這些成分通過基因工程細(xì)菌或酵母生產(chǎn)，添加維生素、膽固醇、特定氨基酸和脂肪酸 [8] 。

無蛋白質(zhì)培養(yǎng)基：無蛋白質(zhì)培養(yǎng)基

含有任何蛋白質(zhì)，僅包含用于細(xì)胞培養(yǎng)所必需的非蛋白成分。相比血清培養(yǎng)基，無蛋白培養(yǎng)基促進較好的細(xì)胞生長和蛋白表達(dá)，并有利于下游的表達(dá)產(chǎn)物純化 [9] [10] [11] 。MEM，RPMI-1640等配方不含蛋白質(zhì)，需要時可補充蛋白質(zhì)。不同類型的天然和人工培養(yǎng)基在表一中介紹。

	培養(yǎng)基類型	例子	用途
天然培養(yǎng)基	生物液體樣品	血漿、血清、淋巴液、人胎盤臍帶血清、羊水
	組織提取物	肝，脾，腫瘤，白細(xì)胞和骨髓提取物，提取的牛胚胎和雞胚
	Clots	凝血劑或血漿凝塊
人工培養(yǎng)基	平衡的鹽溶液	PBS, DPBS, HBSS, EBSS	構(gòu)成復(fù)合培養(yǎng)基的基質(zhì)
	基礎(chǔ)培養(yǎng)基	MEM DMEM	初級和二倍體培養(yǎng)
	復(fù)合培養(yǎng)基	RPMI-1640, IMDM	支持多種哺乳動物細(xì)胞

表一：天然的和人工合成的培養(yǎng)基種類。

培養(yǎng)基的基本組成

培養(yǎng)基中混合有氨基酸、葡萄糖、鹽、維生素和其他營養(yǎng)物質(zhì)，供應(yīng)商可提供粉末或液體 [12] [13] 。不同的細(xì)胞系對這些組分的要求有所不同，這些差別部分是由于大量的培養(yǎng)基配方 [14] 。每一成分擁有一個特定的功能，如下所述：

緩沖系統(tǒng)

pH值調(diào)節(jié)對維持最佳培養(yǎng)條件是至關(guān)重要的，通?？捎靡韵聝蓚€緩沖系統(tǒng)中的一個達(dá)到這一目的：

天然緩沖系統(tǒng)

天然的緩沖系統(tǒng)中的氣態(tài)CO₂與培養(yǎng)基中的CO₃/HCO₃含量維持平衡。使用天然緩沖系統(tǒng)進行培養(yǎng)需要在5％至10％CO₂環(huán)境下進行，通常由CO₂培養(yǎng)箱維持。天然的緩沖系統(tǒng)一般成本低、無毒 [15] 。

HEPES

化學(xué)緩沖液利用兩性離子做緩沖。HEPES在pH值范圍7.2-7.4內(nèi)具有優(yōu)異的緩沖能力，并且不需要受控的氣體環(huán)境 [16] 。HEPES是相對昂貴的，并且在高濃度時對于某些類型的細(xì)胞是有毒的。 HEPES受到熒光照射的光敏效應(yīng)誘導(dǎo)后大大提高了對培養(yǎng)基的敏感性 [17] 。

酚紅

大多數(shù)市售的培養(yǎng)基含有酚紅作為pH指示劑，它能夠持續(xù)監(jiān)測pH值 [18] 。在細(xì)胞的生長過程中，由細(xì)胞釋放代謝物造成的pH值改變會導(dǎo)致培養(yǎng)基的顏色變化。在低pH值時，酚紅使培養(yǎng)基變成黃，而在較高的pH值水平時，使培養(yǎng)基變成紫色。介質(zhì)在pH值7.4應(yīng)該是亮紅色，最適合細(xì)胞培養(yǎng)工作。但是，使用酚紅也有一定的缺點，如下所述：

· 酚紅可以模仿一些類固醇激素，特別是雌激素的作用。因此，在用到雌激素敏感的細(xì)胞，如乳腺組織做研究的時候，最好是使用不含酚紅的培養(yǎng)基。

· 一些無血清的配方中存在酚紅會干擾鈉-鉀平衡。這種效應(yīng)可以通過在培養(yǎng)基中加入血清或牛垂體激素中和

· 酚紅會干擾流式細(xì)胞分析時候的檢測。

無機鹽

培養(yǎng)基中的無機鹽有助于保持細(xì)胞的滲透平衡，通過提供鈉、鉀和鈣離子調(diào)節(jié)膜電位 [19].

氨基酸

由于氨基酸是蛋白質(zhì)的組成部分，它們是所有已知細(xì)胞培養(yǎng)基的必需成分。培養(yǎng)基中必須包含必需氨基酸，因為細(xì)胞不能自身合成。這些是細(xì)胞增殖必需的，其濃度決定了可達(dá)到的最大細(xì)胞密度。L-谷氨酰胺，作為一種必需氨基酸，在細(xì)胞培養(yǎng)是及其重要的 [20] 。 L-谷氨酰胺提供NAD，NADPH和核苷酸合成的氮元素，并作為新陳代謝的二次能量來源。 L-谷氨酰胺是一種不穩(wěn)定的氨基酸，隨著時間的推移，會轉(zhuǎn)換成細(xì)胞不能利用的形態(tài)，因此應(yīng)該在使用前添加到培養(yǎng)基中 [21] 。添加比原有培養(yǎng)基配方更多的L-谷氨酰胺的時候要特別小心，因為它的降解會導(dǎo)致氨的生成，氨會對某些細(xì)胞系有害。哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)基中的L-谷氨酰胺濃度可以從Medium 199中的0.68 mM到Dulbecco’s Modified Eagles的4 mM。無脊椎動物的細(xì)胞培養(yǎng)基可包含高達(dá)12.32 mM的L-谷氨酰胺。有些補充成分，如glutamax更穩(wěn)定，可在長時間培養(yǎng)生長緩慢的細(xì)胞時替代谷氨酰胺。

非必需氨基酸也可加入到培養(yǎng)基中，以替代那些在生長過程中已被耗盡的成分。培養(yǎng)基中補充非必需氨基酸能夠刺激生長，延長細(xì)胞的生存。

糖類

糖類形式的碳水化合物是能量的主要來源。大多數(shù)培養(yǎng)基包含葡萄糖和半乳糖，而有一些含有麥芽糖和果糖。

蛋白質(zhì)和多肽

最常用的蛋白質(zhì)和肽是白蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白和纖連蛋白，在無血清培養(yǎng)基中特別重要。血清是一種蛋白質(zhì)豐富的來源，包括白蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、抑肽酶、胎球蛋白和纖維連接蛋白。白蛋白是血液中的主要蛋白，結(jié)合水，無機鹽，游離脂肪酸，激素和維生素，并將這些成分在組織和細(xì)胞間傳輸。白蛋白的結(jié)合能力使它成為從細(xì)胞培養(yǎng)基中去除有毒物質(zhì)有效途徑。

抑肽酶是細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中的保護劑，在中性和酸性pH值環(huán)境下穩(wěn)定，耐高溫，耐蛋白水解酶降解。它對一些絲氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶）有抑制能力。胎球蛋白是一種糖蛋白，胎兒和新生兒的血清中的濃度比成人血清中高。它也是一種絲氨酸蛋白酶抑制劑。纖維連接蛋白是細(xì)胞附著的關(guān)鍵組分。轉(zhuǎn)鐵蛋白是一種鐵轉(zhuǎn)運蛋白，能夠為細(xì)胞膜提供鐵離子。

脂肪酸和脂質(zhì)

同樣，它們在無血清培養(yǎng)基中是特別重要的，因為它們通常存在于血清中。

維生素

許多維生素是細(xì)胞生長和增殖必不可少的。細(xì)胞不能合成足夠數(shù)量的維生素，因此，是組織培養(yǎng)中重要的補充成分。血清同樣是細(xì)胞培養(yǎng)中維生素的主要來源，但是，培養(yǎng)基中也包含不同的豐富維生素，適用于某一特定細(xì)胞系的培養(yǎng)。維生素B群是生長刺激最常見的添加維生素。

微量元素

無血清培養(yǎng)基中通常會補充微量元素，來代替那些血清中的常見成分。微量元素，如銅、鋅、硒和三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，都是適當(dāng)?shù)募?xì)胞生長所必需的化學(xué)成分 [22] 。這些微量營養(yǎng)元素是許多生物過程必需的，例如酶功能的維持。

培養(yǎng)基補充成分

某些細(xì)胞系推薦使用的完整生長培養(yǎng)基還需要額外的成分，它們在基礎(chǔ)培養(yǎng)基和血清中不存在。這些成分和補充物質(zhì)，有助于維持細(xì)胞增殖和細(xì)胞的正常代謝 [23] [24] 。雖然一些補充成分如激素，生長因子和信號物質(zhì)是某些細(xì)胞系正常生長所需的，但最好還是要采取以下一些預(yù)防措施：

由于添加補充成分會改變完整生長培養(yǎng)基的滲透壓，這會對細(xì)胞生長產(chǎn)生不利影響，因此最好在添加補充成分后重新檢測一下滲透壓。對于大多數(shù)細(xì)胞系，最佳的滲透壓應(yīng)該介于260 mOSM/kg到320 mOSM/kg之間。

添加補充成分后培養(yǎng)基的保質(zhì)期會發(fā)生變化。含蛋白質(zhì)補充物的完整培養(yǎng)基降解速度往往比基本培養(yǎng)基快。

抗生素

雖然不是細(xì)胞生長必需的，抗生素通常還是會用來控制細(xì)菌和真菌污染物生長 [25] 。常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)不建議使用抗生素，因為抗生素可以掩蓋由支原體和耐藥細(xì)菌造成的污染 [26] [27] 。此外，抗生素還會干擾敏感細(xì)胞的代謝。

培養(yǎng)基中的血清

血清是白蛋白、生長因子和生長抑制劑的復(fù)雜混合體 [28] 。血清是細(xì)胞培養(yǎng)基中最重要的組分之一，作為氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素（特別是脂溶性維生素，如A，D，E，和K）、碳水化合物、脂質(zhì)、激素、生長因子、礦物質(zhì)和微量元素的來源。通常會在培養(yǎng)基中使用胎兒和小牛來源的血清來支持細(xì)胞生長 [29] 。胎兒血清含有豐富的生長因子，適當(dāng)細(xì)胞克隆和難以培養(yǎng)的細(xì)胞的生長 [30] 。胎兒血清被用于接觸抑制研究，因為它較低的生長促進特性。正常的生長培養(yǎng)基往往包含2-10％的胎兒血清。培養(yǎng)基中補充血清具有以下作用 [31] ：

· 血清未細(xì)胞提供了基本的營養(yǎng)成分（在溶液中和結(jié)合到蛋白質(zhì)上的）。

· 血清為生長促進和特定細(xì)胞功能提供多種生長因子和激素。

· 它提供了多種結(jié)合蛋白質(zhì)，如白蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白，可以攜帶其他成分進入細(xì)胞。例如：白蛋白可攜帶脂類、維生素、激素等進入細(xì)胞。

· 它還可提供蛋白質(zhì)，如纖連蛋白，促進細(xì)胞附著到基質(zhì)上。它提供擴散因子幫助細(xì)胞在分裂前擴散。

· 它還提供蛋白酶抑制劑，保護細(xì)胞免受降解。

· 它還提供礦物質(zhì)，如Na+，K+，Zn2 +，Fe2 +等。

· 它增加培養(yǎng)基的粘性，因此保護細(xì)胞在懸浮培養(yǎng)攪拌過程中免受機械損傷。

· 它還可以作為一種緩沖液。

由于存在生長因子和酶抑制劑，血清在細(xì)胞培養(yǎng)中的作用是非常復(fù)雜的。不幸的是，除了提供各種功能，在組織培養(yǎng)中使用血清也有一些缺點 [32] [33] [10]. 表

培養(yǎng)基中使用血清的優(yōu)點	培養(yǎng)基中使用血清的缺點
血清包含多種生長因子和激素，可以刺激細(xì)胞生長和發(fā)揮功能。	血清成分缺乏均一性
幫助細(xì)胞附著	在使用每一批前都需要檢測以確保質(zhì)量
作為擴散因子	可能包含一些生長抑制因子
作為緩沖劑幫助維持生長培養(yǎng)基的pH值	增加污染的可能
作為結(jié)合蛋白	培養(yǎng)基中存在血清可能干擾細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)物的純度和分離
減小機械損傷或由攪拌造成的損傷

表二：培養(yǎng)基中使用血清的優(yōu)點和缺點。

培養(yǎng)基的準(zhǔn)備

供應(yīng)商那里有三種形式的培養(yǎng)基：

1. 粉末狀態(tài)：需要研究人員準(zhǔn)備和滅菌。

2. 濃縮狀態(tài)：由研究人員稀釋。

3. 工作液：可直接使用不許其他操作。

粉狀介質(zhì)是最便宜的，但需要進行滅菌 [34] ?？扇〉淖龇ㄊ?，在加入血清前先過濾除菌，因為血清存在下的發(fā)泡作用會使蛋白質(zhì)變性。胎牛血清或馬血清可以在過濾后加入。培養(yǎng)基在使用前始終要進行無菌檢測，方法是將其放置在37℃的CO₂培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72小時，以確保該批次是未被污染的。培養(yǎng)基應(yīng)在4℃下保存。由于培養(yǎng)基的部分成分是光敏感的，應(yīng)貯存在黑暗環(huán)境下。

培養(yǎng)基的選擇標(biāo)準(zhǔn)

細(xì)胞系

細(xì)胞培養(yǎng)基的選擇非常重要，會顯著影響細(xì)胞培養(yǎng)實驗的成敗 [35]. 培養(yǎng)基的選擇依賴于要培養(yǎng)的細(xì)胞的類型和培養(yǎng)目的和實驗室可用的資源 [36] [37]. 不同的細(xì)胞類型有高度特異的生長要求，因此，每種類型細(xì)胞的最適培養(yǎng)基必須通過實驗決定 [38] [39].總體來說，MEM適用于粘附生長的細(xì)胞，而RPMI-1640適合懸浮生長細(xì)胞。表三描述了普通研究的細(xì)胞系以及推薦的生長培養(yǎng)基。

細(xì)胞系	細(xì)胞形態(tài)	物種	培養(yǎng)基	Applicati應(yīng)用
HeLa B	上皮細(xì)胞	人	MEM+ 2mM 谷氨酰胺+ 10% FBS + 1% 非必需氨基酸 (NEAA)	致腫瘤性和病毒研究
HL60	成淋巴細(xì)胞	人	RPMI 1640 + 2mM谷氨酰胺+ 10-20% FBS	分化研究
3T3 克隆 A31	成纖維細(xì)胞	小鼠	DMEM + 2mM谷氨酰胺+5% 胎牛血清 (NBCS) + 5% FBS	致腫瘤性和病毒研究
COS-7	成纖維細(xì)胞	猴	DMEM+ 2mM谷氨酰胺+ 10% FBS	基因表達(dá)和病毒復(fù)制研究
CHO	上皮細(xì)胞	倉鼠	Ham′s F12 + 2mM 谷氨酰胺 + 10% FBS	營養(yǎng)和基因表達(dá)研究
HEK 293	上皮細(xì)胞	人	EMEM (EBSS) + 2mM谷氨酰胺+ 1%非必需氨基酸(NEAA) + 10% FBS	轉(zhuǎn)換研究
HUVEC	內(nèi)皮細(xì)胞	人	F-12 K + 10% FBS + 100 µg/ml 肝素	血管生成研究
Jurkat	成淋巴細(xì)胞	人	RPMI-1640 + 10% FBS	信號傳導(dǎo)研究

表三：常見細(xì)胞系以及推薦的生長培養(yǎng)基。

原代細(xì)胞培養(yǎng)

原代細(xì)胞培養(yǎng)提供了獨特的，有價值的研究數(shù)據(jù)，但大多數(shù)情況下細(xì)胞數(shù)是限制因素。對于這些難以培養(yǎng)的樣品，尤其是病人活組織切片，培養(yǎng)基質(zhì)量是必需的。多數(shù)生命科學(xué)公司提供完整的能夠直接使用的，補充成分充足的條件培養(yǎng)基。這降低了污染的風(fēng)險，通過減少準(zhǔn)備步驟和需要的補充成分，也節(jié)省了時間、人力和投入。此外，所有這些培養(yǎng)基都進行了全面的質(zhì)量控制測試，每批都會常規(guī)檢測生長促進，沒有細(xì)胞毒性以及一些物理參數(shù)，如滲透壓和pH值水平。表四描述了由不同公司提供的用于常見原代細(xì)胞培養(yǎng)的推薦培養(yǎng)基。

普通細(xì)胞培養(yǎng)基

大多數(shù)常用的培養(yǎng)基包括下述的如Sigma, ATCC和Life Technologies ，都有詳細(xì)討論。

細(xì)胞	培養(yǎng)基
內(nèi)皮細(xì)胞	EndoGRO-LS 完全培養(yǎng)基試劑盒 (EMD Millipore), HUVEC 基礎(chǔ)培養(yǎng)基 CB HUVEC (AllCells), 人內(nèi)皮細(xì)胞-SFM (Life Technologies), 內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)基 (ScienCell Research Laboratories)
骨髓細(xì)胞	MarrowMAX 骨髓細(xì)胞培養(yǎng)基 (Life Technologies), 骨髓細(xì)胞培養(yǎng)基Plus (Sigma)
神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞	GIBCO® 星形膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)基
上皮細(xì)胞	上皮細(xì)胞培養(yǎng)基 (ScienCell Research Laboratory), EpiGRO 原代上皮細(xì)胞 (EMD Millipore)
T 細(xì)胞	人 StemXVivo無血清T細(xì)胞基礎(chǔ)培養(yǎng)基 (R&D systems), 干系T 系包括增培養(yǎng)基(Sigma Aldrich)
造血干細(xì)胞	StemPro-34 SFM (Life Technologies), MethoCult (STEMCELL Technologies, Inc)

表四：常見原代細(xì)胞的推薦培養(yǎng)基。

Eagle’s 最低營養(yǎng)培養(yǎng)基 (EMEM)

EMEM是第一個被廣泛使用的培養(yǎng)基，由Harry Eagle從簡單的基礎(chǔ)培養(yǎng)基（BME）配制而成。 EMEM包含平衡鹽溶液，非必需氨基酸和丙酮酸鈉。它降低了碳酸氫鈉濃度 (1500 ml/l)，從而使用5％的CO2。由于EMEM是一個非復(fù)雜培養(yǎng)基，所以一般會額外補充一些添加物或更高水平的血清，使其適用于多種哺乳動物細(xì)胞。

Dulbecco’s 改進 Eagle’s 培養(yǎng)基 (DMEM)

DMEM培養(yǎng)基比EMEM多幾乎2倍的氨基酸的和4倍的維生素，以及硝酸鐵，丙酮酸鈉和一些補充氨基酸。最初的制劑含有1,000 mg / L的葡萄糖，首次報道用于培養(yǎng)小鼠胚胎細(xì)胞。進一步的變化是4500 mg / L濃度的葡萄糖，已被證明用于?嘌骼嘞赴親羆訓(xùn)摹? DMEM是基礎(chǔ)培養(yǎng)基，不包含蛋白質(zhì)或生長促進劑。因此，需要補充一些成分成為 “完全”培養(yǎng)基。最常見的是補充5-10％的胎牛血清（FBS）。 DMEM中利用碳酸氫鈉緩沖液（3.7 g/L），因此，需要人工保持二氧化碳水平以維持所需的pH值。粉末狀的培養(yǎng)基

含有碳酸氫鈉，因為它在粉末狀態(tài)傾向于釋放氣體。粉狀培養(yǎng)基需要溶解后加入3.7 g / L的碳酸氫鈉。 DMEM最初用于小鼠胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)?，F(xiàn)在已經(jīng)在原代小鼠和雞細(xì)胞，病毒蝕斑形成和接觸抑制的研究中廣泛應(yīng)用。

RPMI-1640

RPMI-1640是一個通用的用于哺乳動物細(xì)胞的培養(yǎng)基，尤其是造血干細(xì)胞。RPMI-1640是在紐約州布法羅市的羅斯韋爾公園紀(jì)念研究所（RPMI）開發(fā)出來的。 RPMI-1640是改良的McCoy’s 5A，用于外周血淋巴細(xì)胞的長時間培養(yǎng)。RPMI-1640使用碳酸氫鹽緩沖系統(tǒng)，不同于大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)基的地方在于其典型的pH8的配方。RPMI-1640支持各種各樣的細(xì)胞在懸浮液中單層生長。如果適當(dāng)?shù)匮a充血清或足夠的血清替代品，RPMI-1640在哺乳動物細(xì)胞的培養(yǎng)中應(yīng)用廣泛，包括新鮮的人淋巴細(xì)胞的培養(yǎng)，融合實驗，雜交細(xì)胞的生長。

Ham’s 營養(yǎng)混合液

這些最初開發(fā)用于支持中國倉鼠卵巢（CHO）細(xì)胞的克隆產(chǎn)物?，F(xiàn)在已有相當(dāng)多的原有培養(yǎng)的改良版，包括Hams’s F-12培養(yǎng)基，比原來的F-10配方更復(fù)雜適用于無血清的增殖。根據(jù)培養(yǎng)細(xì)胞的不同，混合液配制成需要血清和不需要血清兩種。

Ham’s F-10：被證實能夠支持人二倍體細(xì)胞核白細(xì)胞的生長，用于染色體分析。

Ham’s F-12：已被證明支持原代大鼠肝細(xì)胞和大鼠前列腺上皮細(xì)胞的生長。Ham’s F-12補充25 mM HEPES提供更優(yōu)化的緩沖環(huán)境。

Coon’s 改良Ham’s F-12：它幾乎兩倍于F-12的氨基酸和丙酮酸，還包括抗壞血酸。它被開發(fā)用于培養(yǎng)病毒融合產(chǎn)生的雜交細(xì)胞。

DMEM/F12：它是DMEM和Ham’s F-12的混合物，是極其豐富和復(fù)雜的培養(yǎng)基。支持多種類型細(xì)胞在含血清和無血清的培養(yǎng)基中生長。終濃度為15mM的HEPES緩沖液包含在培養(yǎng)基中，以補償血清減少造成的緩沖能力下降。

Iscove’s 改良 Dulbecco’s 培養(yǎng)基 (IMDM)

IMDM是非常豐富的合成培養(yǎng)基，非常適合于快速增殖，高密度細(xì)胞培養(yǎng)。 IMDM培養(yǎng)基是DMEM的改良版，含有硒，跟DMEM相比含有額外的氨基酸，維生素和無機鹽。它含有硝酸鉀代替硝酸鐵，并且還含有HEPES和丙酮酸鈉。它配置為了支持淋巴細(xì)胞和雜交瘤的生長。研究表明，IMDM可以支持小鼠B淋巴細(xì)胞，從骨髓中的造血組織，脂多糖刺激B細(xì)胞，T淋巴細(xì)胞，以及各種雜交細(xì)胞。

培養(yǎng)基	組織或細(xì)胞系
MEM	雞胚胎成纖維細(xì)胞, CHO細(xì)胞, 胚胎神經(jīng)細(xì)胞，肺泡型細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞，表皮細(xì)胞，成纖維細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)瘤，人類腫瘤，黑色素瘤
DMEM	血管內(nèi)皮細(xì)胞，胎兒肺泡上皮Ⅱ型細(xì)胞，宮頸上皮細(xì)胞，胃腸道細(xì)胞，小鼠的神經(jīng)母細(xì)胞瘤，甲狀腺，卵巢癌細(xì)胞株，骨骼肌肉細(xì)胞，支持細(xì)胞，豬細(xì)胞，敘利亞倉鼠成纖維細(xì)胞
RPMI-1640	T細(xì)胞和胸腺細(xì)胞，造血干細(xì)胞，人類腫瘤，人髓細(xì)胞性白血病細(xì)胞系，人類淋巴母細(xì)胞白血病細(xì)胞系，大鼠肝細(xì)胞，小鼠紅白血病小鼠白血病小鼠骨髓瘤細(xì)胞，小鼠雜交瘤，
F-10和F-12營養(yǎng)混合液	雞胚視網(wǎng)膜色素，骨，軟骨，脂肪組織，胚胎肺細(xì)胞，骨骼肌細(xì)胞
IMDM	骨髓，造血祖細(xì)胞，人的淋巴母細(xì)胞樣白血病細(xì)胞株

表五：常見培養(yǎng)及及其應(yīng)用。

細(xì)胞培養(yǎng)基的優(yōu)化

細(xì)胞培養(yǎng)基組成成分的復(fù)雜性為優(yōu)化培養(yǎng)基的個別成分提出了挑戰(zhàn)。多數(shù)的經(jīng)典培養(yǎng)基是為小規(guī)模低密度的細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)計的，往往需要血清作為主要營養(yǎng)成分。然而，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)卻要求保持高細(xì)胞密度和高細(xì)胞生產(chǎn)力，因此開發(fā)和優(yōu)化培養(yǎng)基是非常關(guān)鍵的 [40] 。典型的，用于生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的培養(yǎng)基使不含血清的，也比傳統(tǒng)培養(yǎng)基含大量濃度更高的營養(yǎng)成分 [41] [42] 。培養(yǎng)基的優(yōu)化需要考慮以下參數(shù)：

要生產(chǎn)的產(chǎn)物

所需產(chǎn)品的類型將決定培養(yǎng)基的優(yōu)化策略。

對于細(xì)胞數(shù)的快速增長來說，細(xì)胞的生長速度和生存能力是至關(guān)重要的。因此，細(xì)胞培養(yǎng)基應(yīng)支持最大程度細(xì)胞的生長，并維持細(xì)胞密度增加后的細(xì)胞活力。

用于生產(chǎn)病毒，不僅僅要求高細(xì)胞密度，還必須有豐富的營養(yǎng)來維持病毒感染后的復(fù)制。

對于重組蛋白生產(chǎn)，高細(xì)胞密度是必需的。然而，細(xì)胞生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)會與蛋白生產(chǎn)發(fā)生競爭。因此，要仔細(xì)確定一個給定培養(yǎng)基可以維持的最大細(xì)胞密度達(dá)到所需的生產(chǎn)力水平是非常重要的。此外，在培養(yǎng)基優(yōu)化過程中一定不影響產(chǎn)品質(zhì)量，也是需要考慮的重要因素。

用到的細(xì)胞株

不同細(xì)胞株因為新陳代謝不同有不同的營養(yǎng)需求，這就決定了培養(yǎng)基優(yōu)化方法的差異。在生物技術(shù)工業(yè)中使用最常見的細(xì)胞株有CHO細(xì)胞，BHK-21，雜交瘤細(xì)胞，骨髓瘤細(xì)胞和正常二倍體成纖維細(xì)胞。特定細(xì)胞系具有特定的營養(yǎng)要求，如NS0骨髓瘤細(xì)胞需要膽固醇。正常二倍體成纖維細(xì)胞需要附著因子粘附，并且在表面生長擴散。它們的生長密度很低，因此，不需要在高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)。雜交瘤細(xì)胞系通常高度依賴于谷氨酰胺。他們通常在達(dá)到細(xì)胞密度高峰后沒有平臺期，生存能力會迅速下降。因此培養(yǎng)基的優(yōu)化，從而會降低細(xì)胞活力的下降，并提高單克隆抗體的產(chǎn)量。

包含的制造工藝

制造工藝模式不僅會影響細(xì)胞培養(yǎng)基的選擇，也會影響到優(yōu)化步驟。使用的不同的制造工藝是：

分批處理：單一的培養(yǎng)基用來維持細(xì)胞的生長和生產(chǎn)力。因此培養(yǎng)基應(yīng)該營養(yǎng)成分豐富但需要維持細(xì)胞的生理極限。

分批補料：幾種類型的培養(yǎng)基根據(jù)生產(chǎn)階段的不同分別用于細(xì)胞培養(yǎng)過程中。生長培養(yǎng)基的設(shè)計是這樣的，在接種是細(xì)胞密度低，它的營養(yǎng)成分濃度也較低，但在細(xì)胞生長期間和生產(chǎn)早期維持細(xì)胞的快速生長。在培養(yǎng)達(dá)到生產(chǎn)階段時，單獨的比生長培養(yǎng)基的營養(yǎng)濃度更高的生產(chǎn)培養(yǎng)基也會用到。

培養(yǎng)基發(fā)展的挑戰(zhàn)

在過去的幾十年中，細(xì)胞培養(yǎng)基技術(shù)得到了驚人的進步。找到一個良好的細(xì)胞培養(yǎng)基對于細(xì)胞培養(yǎng)的整體效果來說非常重要的。今天的挑戰(zhàn)是開發(fā)復(fù)雜的細(xì)胞培養(yǎng)基，并可以進行單獨優(yōu)化以用于一系列的細(xì)胞培養(yǎng)上。細(xì)胞系的多樣性以及涉及到大量的培養(yǎng)基成分使得這個工作非常困難。事實上，由于細(xì)胞代謝途徑的復(fù)雜性，許多成分是相互依存的，這也為復(fù)雜性更添了一層。

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