动物细胞培养基的基本组成

  细胞培养中一般使用人工配制的培养基，这种合成培养基已有很多商品化的固定配方。尽管各种培养基配方所含成分差别很大，但它们有相近的基本组成。

(1)水

细胞培养用的各种液体，都要用水来配制，因此对水的纯度要求很高。水中含有杂质，会对细胞产生不利影响。通常细胞培养用水的污染物标准可参考医药上注射用水标准，但原则上应高于注射用水标准。

水中污染物的类型包括无机物、有机物、细菌产物、颗粒等。细胞培养用水必须经过高度纯化。水的纯化方法包括蒸馏、离子交换、反渗透、活性炭吸附、过滤、超滤、紫外氧化及其他们的组合。

一些污染物(如金属、有机物和热源)会在水的储存过程中引入。空气中的杂质和有毒气体也能够污染水，储存容器也常会释放某些离子进入水中，输送管路也是重要的污染源。因此，纯净水放置时间不宜过长，储存水的容器要用硼硅玻璃瓶，输送水的管路应选用硅橡胶或其他无毒橡胶管。

(2)低分子量营养物

①能源和碳源物质：维持细胞生命和支持细胞生长的能源和碳源物质主要是糖及糖酵解的产物和谷氨酰胺，其他氨基酸是次要的能源和碳源物质。

细胞能够利用的糖主要是六碳糖，特别是葡萄糖。由于葡萄糖很容易被大多数细胞转化为乳酸，所以也有用半乳糖、甘露糖，果糖、麦芽糖等代替或部分代替葡萄糖的，但其可行性与细胞系有关，并不普遍。昆虫细胞更偏爱蔗糖，并常使用很高的浓度。丙酮酸和核糖(如尿苷)也有时出现在细胞培养基中。

在多数培养基中，谷氨酰胺作为主要的能源和碳源物质。使用谷氨酰胺的最大问题是它的自发降解。降解量与时间、温度、血清和磷酸浓度有关，降解产物为氨，对细胞有毒性。同时，谷氨酰胺也是乳酸的重要来源。

②氮源(氨基酸)：氨基酸是组成蛋白质的基本单位，也是细胞合成复杂含氮化合物的前体，还是必不可少的能源物质。不同种类的细胞对氨基酸的种类和浓度有不同的要求，但除了前面提到的谷氨酰胺外，还有12种氨基酸不能在细胞内合成，必须从培养基中摄取。这12种氨基酸称为必需氨基酸。它们是精氨酸、半胱氨酸(或胱氨酸)、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸。其余7种氨基酸可在细胞内自己合成，或通过转氨作用由其他物质转化而来，称为非必需氨基酸。它们是丙氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸。几乎所有培养基中都含有全部必需氨基酸，根据需要补充适量的非必需氨基酸。非必需氨基酸含量低时常会增加必需氨基酸的消耗量。

大多数培养基中只使用L型氨基酸，因为细胞只能利用L型氨基酸。但有的培养基中使用D，L型氨基酸。

蛋白水解物是便宜和令人满意的氮源。胰蛋白胨和Primatone蛋白水解产物常能支持细胞生长到更高密度。分子量小的多肽不仅具有氨基酸功能，而且稳定性和传递性更好。

③维生素：维生素是维持细胞正常生理状态的一种重要生物活性化合物，在细胞中多形成酶的辅基或辅酶，对细胞的代谢过程有重要影响。维生素分为水溶性和脂溶性两类。水溶性维生素包括生物素、叶酸、烟酰胺，吡哆醛(醇)、泛酸、核黄素，硫胺素，维生素B₁₂。维生素c、对氨基苯甲酸等。脂溶性维生素包括维生素A、维生素D、维生素E，维生素K等。

维生素C参与细胞合成胶原蛋白，还具有抗氧化作用。维生素A对某些细胞的生长和分化有重要作用。维生素K为γ-羧基化和某些蛋白的正确加工所需要。维生素E是一种重要的抗氧化剂，在无血清培养中尤为重要。维生素D有调节钙的作用，但过量时有很大毒性。

④无机离子：通常把培养基中的无机离子分成两种：一种是含量较高的，称为大宗离子；另一种只以微量存在，称为微量元素。

大宗离子包括Na⁺ 、K⁺ 、Mg ²⁺ 、Ca ²⁺ 、Cl^一、HPO₄ ²⁺ 、SO₄ ²⁺ 、HCO₃^一。它们的作用有：维持细胞液浓度平衡(Na⁺ 、K⁺ )，维持渗透压平衡(Na⁺ 、C1^一)，作为酶反应的辅因子(Mg ²⁺ )，促进细胞贴附(Mg ²⁺ 、Ca ²⁺ )，起缓冲作用(HPO₄ ²⁺ 、HCO₃^- )。

细胞培养需要的微量元素很多，现已确定为细胞培养所需的有铁、锰、锌、钼、硒、铜。无蛋白长期培养往往需要钴、锆、锗、镍、锡、铬等。有时铝、锂、溴、碘、硼、氟、硅、钛、铷、银、钡也出现在无血清培养基中。

⑤脂类和磷脂前体：在使用血清的细胞培养中，脂类来自于血清。在无血清培养中，有些细胞需要添加脂类，如胆固醇、脂肪酸、磷脂。特别是缺陷性细胞，对某种脂类有很高的依赖性，通常在细胞培养中添加磷脂前体，如添加胆碱作为卵磷脂的合成前体，添加乙醇胺作为脑磷脂的合成前体，添加肌醇作为肌醇磷脂的合成前体。

⑥核酸前体：核酸(RNA和DNA)前体通常不是培养基的必需成分。叶酸不足时，需要添加嘌呤类(腺嘌呤和次黄嘌呤)和胸嘧啶类物质。缺陷型cH0细胞培养中也常常添加一些核酸前体。

(3)非营养性物质

细胞培养基中还引人一些非营养性成分，用来调节细胞的物理化学环境，间接影响细胞的行为。

①抗生素：细胞培养中，特别是原代细胞培养中，常常使用抗生素抑制微生物的污染。抗生素或多或少地会对细胞生长有不利影响，只是抑制细菌的作用比抑制细胞强。在体内治疗用蛋白生产中，应该尽量避免使用抗生素，以免影响产品质量。

②pH缓冲剂：最常用的pH缓冲剂是碳酸氢钠，常用浓度是26 mmol／L，接近血中浓度，必须与5％一10％CO₂平衡，否则培养基会迅速变成碱性。HFPES是缓冲能力很强的化合物，但由于它相当昂贵，因而在细胞大规模培养中很少使用。

③酚红：酚红普遍作为培养基的pH指示剂，它在产物蛋白离子交换纯化中会造成干扰。酚红对某些细胞(MCF-7、C127)有雌激素的活性。

④保护剂：细胞保护剂是指保护细胞免受由渗透压变化、剪切、毒性金属、氧化所引起的损伤的物质。在生物反应器中培养的细胞会因受到机械搅拌和气泡运动所产生的剪切力而损伤，某些大分子化合物(如甲基纤维素、葡聚糖、PEG、聚乙烯吡咯烷酮、Pluronic F68、血清白蛋白)能够减轻这种损伤。过氧化物自由基(O ²⁺ )和过氧化氢(H₂O₂)与磷脂、蛋白质、DNA有强反应性，引起对细胞和培养基成分的破坏，抗氧化剂能不同程度地减轻过氧化物的破坏作用，特别是在无血清培养中，抗氧化作用具有重要意义。

⑤还原剂：某些还原剂在细胞培养中有特殊作用。β一巯基乙醇在杂交瘤细胞培养中能刺激抗体分泌，并促进胱氨酸利用。

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