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細胞培養基到底如何選擇？
閱讀：3072 發布時間：2021-8-25
細胞培養基到底如何選擇？
01.細胞基礎培養基
早期人們使用的的細胞培養基是從組織提取物和體液中獲得的天然培養基，之后隨著細胞培養的普及，人們設計和開發出具有成分確定含量標準化的合成培養基。目前合成培養基主要有：基礎培養基、無血清培養基、無蛋白培養基和限定化學成分培養基，它們對血清添加量的要求不同，目前常用的是基礎培養基。基礎培養基是細胞生存的直接環境，為細胞生長提供豐富的營養物質，并能調節培養體系的pH值和滲透壓。因此培養基的質量和選擇對于細胞培養至關重要。
02.基礎培養基種類總覽
DMEM(Dulbecco’sModificationofEagle’sMedium)
Dulbecco的改良Eagle培養基—DMEM是一種廣泛使用的基礎培養基，適用于多種哺乳動物細胞培養，包括原代成纖維細胞，神經元，神經膠質細胞，HUVEC和平滑肌細胞，以及HeLa，293，Cos-7和PC-12等細胞系。
DMEM是在MEM培養基的基礎上研制的，與MEM培養基相比，氨基酸的含量增加了2倍，維生素增加了4倍，同時還增加了非必須氨基酸、微量鐵離子以及丙酮酸鈉。
DMEM培養基最初設計為葡萄糖含量1000mg/L的低糖型，后來又發展出葡萄糖含量為4500mg/L的高糖型，現已廣泛應用于各種細胞的培養。DMEM高糖型普遍應用于生長快、粘附性低的細胞、雜交瘤的骨髓瘤細胞、克隆細胞、DNA轉染的轉化細胞、原代病毒宿主細胞、單一細胞的培養以及疫苗的生產，例如利用CHO細胞表達EPO和生產乙肝疫苗。DMEM低糖培養基更適合代謝作用較慢、依賴性貼壁細胞的培養。
RPMI1640
RPMI1640培養基以研發地點羅斯韋爾公園紀念研究所（RoswellParkMemorialInstitute.RPMI）命名，1640為培養基代號。它是McCoy's5A培養基的改進型，使用碳酸氫鹽緩沖系統。RPMI1640培養基最初開發用于人白血病細胞的懸浮或單層培養，后來被發現也適用于多種哺乳動物細胞，包括HeLa、Jurkat、MCF-7、PC-12、PBMC、星形膠質細胞和癌細胞，尤其適用于懸浮細胞的培養，是使用最為廣泛的培養基之一。
RPMI1640培養基與其它培養基的區別在于含有還原型谷胱甘肽和高濃度的維生素。RPMI1640培養基含有EMEM和DMEM中沒有的生物素、維生素B12和對氨基苯甲酸，以及高濃度的氯化膽堿和肌醇。
DMEM/F-12
DMEM/F-12培養基(Dulbecco'sModifiedEagleMedium/NutrientMixtureF-12)是DMEM培養基和Ham'sF–12培養基的1:1混合物，是在DMEM培養基的基礎上，添加F-12培養基中更為豐富的營養成分，含有多種微量元素。
DMEM是在MEM培養基的基礎上研制的，與MEM培養基相比，氨基酸的含量增加了2倍，維生素增加了4倍，同時還增加了非必須氨基酸、微量鐵離子以及丙酮酸鈉。Ham'sF–12以Ham'sF-10培養基為基礎，顯著提高了膽堿、肌醇、腐胺和幾種氨基酸的濃度。
DMEM/F-12被廣泛用于支持多種哺乳動物細胞的生長，包括MDCK、神經膠質細胞、成纖維細胞、人內皮細胞和大鼠的成纖維細胞等。同時，DMEM/F12常作為開發無血清培養基的基礎，也適用于低血清含量下哺乳動物細胞的培養以及克隆密度培養。
MEM(MinimumEssentialMedium)
MEM培養基是一種添加了營養物的極限必需培養基，也稱低必需培養基、最小基本培養基或*Eagle培養基，僅含有12種必需氨基酸、谷氨酰胺和8種維生素。MEM是一種最基礎、常用的培養基，由HarryEagle在Eagle基本培養基（BEM）的基礎上發展而來。在添加血清后，MEM可用于培養多種單層生長的細胞，如成纖維細胞。配方修改后也可用于其他類型細胞培養。
MEM含NEAA（非必須氨基酸）的培養基，是在MEM培養基的基礎上添加L-丙氨酸、L-谷氨酸、L-天門冬酰胺、L-天門冬氨酸、L-脯氨酸、L-絲氨酸和甘氨酸7種NEAA，能降低細胞培養時細胞自身生產非必須氨基酸的副作用，有效促進細胞增殖代謝。
αMEM在MEM的基礎上又添加了NEAA、丙酮酸鈉、硫酸鋅、VB12、生物素、抗壞血酸等成分，廣泛應用于各種哺乳動物懸浮和貼壁細胞的培養。
Ham’sF-12Medium
Ham'sF-12培養基（Ham'sF-12NutrientMixture）是由Ham在1969年以Ham'sF-10復合營養培養基為基礎設計而成的，最初用于CHO細胞的無血清培養。Ham'sF-12含有一些傳統基礎培養基沒有的成分，如腐胺、胸苷、鋅等，常作為無血清培養的基礎培養液，在低血清含量下時，特別適合單細胞培養和克隆化培養，添加血清后也廣泛應用于癌細胞和原代細胞的培養，如大鼠肝細胞、大鼠前列腺上皮細胞、軟骨細胞、大鼠成肌細胞、雞胚胎細胞等。
Ham'sF-12K是Ham'sF-12的Kaighn's改進型，在Ham'sF-12的基礎上提高了氨基酸和丙酮酸的濃度，降低了葡萄糖的用量，并修改了鹽的成分和含量。Ham'sF-12K培養基最初設計用于培養原代人肝細胞以及分化的大鼠和雞的細胞，適用于在無血清的條件下CHO細胞的單細胞接種，在添加血清的情況下也適用于一些其他類型的哺乳動物細胞，如軟骨細胞和大鼠前列腺上皮細胞。
IMDM
(Iscove’sModificationofDMEM)
IMDM是Guilber和Iscove在1976年設計的改良型DMEM培養基，用于培養紅細胞前體細胞和巨噬細胞。IMDM培養基在DMEM培養基的基礎上添加了硒、HEPES、丙酮酸鈉以及額外的氨基酸和維生素，并用硝酸鉀代替了硝酸鐵，營養非常豐富，非常適合于快速增殖，高密度細胞培養。
IMDM培養基不僅可以培養有特殊營養要求的細胞（如小鼠B淋巴細胞，LPS刺激的B細胞，骨髓造血細胞，T淋巴細胞以及各種雜交瘤細胞），還可以作為一些*的無血清培養基的基礎液。
McCoy’s5A
(IwaketaandGraceModification)
McCoy's5A培養基是一種通用培養基，可支持多種類型的原代細胞、已建立的細胞系以及活檢組織中的外植體的繁殖。這種培養
基可支持源自正常骨髓、皮膚、脾臟、腎臟、肺、大鼠胚胎和其他組織的原代哺乳動物細胞的生長。
McCoy's5A培養基的原配方用于滿足Novikoff肝癌細胞的培養需求，能支持Walker256癌細胞和多種人及大鼠正常和轉化細胞的無限增殖。McCOY's5A培養基(modified)是由Iwakata和Grace改進而來，這個配方的McCoy's5A培養基中有L-谷氨酰胺，肌醇和葡萄糖的含量更高。
Leibovitz'sL-15
Leibovitz'sL-15培養基的配方中不含用于CO2平衡環境的碳酸鹽緩沖系統，而是用磷酸鹽、L-精氨酸、L-組氨酸和L-半胱氨酸作為緩沖劑。同時，用D-半乳糖和丙酮酸鈉代替D-葡萄糖以防止酸性代謝副產物乳酸的形成，有助于維持培養基PH的穩定，適用于非CO2平衡環境的細胞培養。
Leibovitz'sL-15培養基適用于猴腎細胞和HEP-2的培養、來源于胚胎或組織的原代細胞分離、多種病毒的培養以及神經元的培養等。
確定了培養基種類之后，還會遇到培養基有不同配方分型的情況。下面介紹經典培養基中不同成分的作用及選擇原則。
D-葡萄糖（D-Glucose）
作用：細胞生長所需的主要能量來源。
●最初的DMEM中，葡萄糖濃度為1g/L，現在稱其為低糖型DMEM，適合培養代謝作用較慢、依賴性貼壁細胞的哺乳動物細胞。
●高糖型DMEM中的葡萄糖濃度為4.5g/L，普遍應用于生長快、粘附性低的細胞、雜交瘤的骨髓瘤細胞、克隆細胞、DNA轉染的轉化細胞、原代病毒宿主細胞、單一細胞的培養以及疫苗的生產，例如利用CHO細胞表達EPO和生產乙肝疫苗。
●使用無糖培養基的主要目的是，通過控制細胞的能量來源，研究細胞的代謝過程或葡萄糖利用效率。
L-谷氨酰胺（L-glutamine）
作用：L-谷氨酰胺是一種氨基酸，細胞的重要能量來源，參與蛋白質的合成，也為合成核酸提供碳源。
存在的問題：
●L-谷氨酰胺不穩定，在中性的水溶液中會自發降解。
●降解產物氨對細胞有毒性。
●對氨敏感的細胞（如干細胞和原代細胞等）或培養環境（高密度反應器，無補料的長期培養）不推薦含L-谷氨酰胺的培養基。
解決方案：
●選擇不含谷氨酰胺的培養基，使用前自行添加L-谷氨酰胺。
●選擇穩定的谷氨酰胺替代物含L-丙氨酰-L-谷氨酰胺。
丙酮酸鈉（Sodiumpyruvate）
作用：能量來源
●丙酮酸鈉可以作為細胞培養中的替代碳源
●葡萄糖不足的時候，細胞可以代謝丙酮酸鈉
●保證細胞更好地生長
●非必需組分
HEPES
作用：pH緩沖劑。
●是一種氫離子緩沖劑，其作用不依賴于二氧化碳。
●在一定范圍內對細胞無毒性作用，能較長時間控制恒定的pH范圍，保證細胞良好生長。
●部分細胞對酸堿度的變化非常敏感，建議使用含有HEPES的培養基。
●添加后價格相對較高，非必需。
酚紅（Phenolred）
作用：pH值指示劑，pH值低時培養基呈黃色，pH值高時培養基呈紫色，pH值7.2～7.4時為紅色，適合細胞培養。
●在一些無血清培養基的配方中酚紅會干擾鈉-鉀平衡培養，干細胞或細胞克隆時傾向于不加酚紅。
●酚紅可以模擬固醇類激素的作用（特別是雌激素），在培養雌激素敏感的細胞（如乳腺組織）時，建議使用不含酚紅的培養基。
●酚紅的顏色會對流式細胞分析產生一定的干擾，不建議使用含酚紅的培養基制備細胞樣品。
碳酸氫鈉（Sodiumbicarbonate）
作用：pH緩沖劑。
●pH6.8-7.8為細胞生長的最佳pH條件，多數培養基利用碳酸氫鈉進行緩沖。
●碳酸氫鈉的緩沖需要二氧化碳。高碳酸氫鈉(1.5-3.7g/L)需要5-10%二氧化碳；低碳酸氫鈉(0.35g/L)不需要二氧化碳培養箱。
●干粉培養基需要在配制時單獨添加碳酸氫鈉。