現(xiàn)代生物技術(shù)均通過細(xì)胞作為載體來進(jìn)行，無論是基因治療、干細(xì)胞、克隆技術(shù)都在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的。細(xì)胞的生長(zhǎng)需要一定的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，用于維持細(xì)胞生長(zhǎng)的營(yíng) 養(yǎng)基質(zhì)稱為培養(yǎng)基，即指所有用于各種目的的體外培養(yǎng)、保存細(xì)胞用的物質(zhì)，就其本意上講為人工模擬體內(nèi)生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，使細(xì)胞在此環(huán)境中有生長(zhǎng)和繁殖的能力。它是提供細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)和促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖的物質(zhì)基礎(chǔ)。細(xì)胞培養(yǎng)基其組成成分主要有：水、氨基酸、維生素、碳水化合物、無機(jī)離子及其他一些入核酸降解物、激 素等。
隨著動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，作為細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域中最基本的原料－細(xì)胞培養(yǎng)基的用量也迅速增加，被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)科和醫(yī)學(xué)研究的各個(gè) 領(lǐng)域，如疫苗生產(chǎn)（人用疫苗如乙腦、狂犬、甲肝、乙肝、出血熱、麻疹等，獸用疫苗如口蹄、馬立克、偽狂犬等），基因藥物生產(chǎn)（如EPO、TPA等），臨床 用單抗（如抗人肝癌單抗、抗人肺單抗、WT3）等。
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。它有一定的配方，是一種理想的培養(yǎng)基。目前合成培養(yǎng)基多達(dá)10多 余種，有的培養(yǎng)基仍在不斷進(jìn)行改良。早期組織培養(yǎng)是利用天然培養(yǎng)基，目前合成培養(yǎng)基已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)化的商品，從最初的基本培養(yǎng)基發(fā)展到無血清培養(yǎng)基、無 蛋白培養(yǎng)基，并且還在不斷發(fā)展。合成培養(yǎng)基的出現(xiàn)極大的促進(jìn)了組織培養(yǎng)技術(shù)的普及發(fā)展。
基本組分 基本培養(yǎng)基包括四大類物質(zhì)：無機(jī)鹽、氨基酸、維生素、碳水化合物。
無機(jī)鹽：CaCl2 KCl MgSO4 NaCl NaHCO3 NaH2PO4。對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、某些酶的活性及溶液的酸堿度都是必須的。
氨基酸：纈氨酸、亮、異亮、蘇、賴、色、苯丙、蛋、組、酪、精氨酸、胱氨酸(L型)。它們都是細(xì)胞用以合成蛋白質(zhì)的必需原料，不能由其他氨基酸或糖 類轉(zhuǎn)化合成。除此之外，還需要谷氨酰胺(glutamine)。谷氨酰胺具有特殊的作用，對(duì)細(xì)胞的培養(yǎng)特別重要，能促進(jìn)各種氨基酸進(jìn)入細(xì)胞膜；它所含的氮 是核酸中嘌呤和嘧啶的來源，還是合成—磷酸腺苷、二磷酸腺甘和三磷酸腺苷的原料。細(xì)胞需要谷氨酰胺合成核酸和蛋白質(zhì)，谷氨酰胺缺乏可導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)不良甚至 死亡。在配制各種培養(yǎng)液中都應(yīng)補(bǔ)加一定量的谷氨酰胺。值得注意的是：谷氨酰胺在溶液中很不穩(wěn)定，故4℃下放置1周可分解50%，使用中最好單獨(dú)配制，置 -20℃冰箱中保存，用前加入培養(yǎng)液中。
維生素：是維持細(xì)胞生長(zhǎng)的一種生物活性物質(zhì)，在細(xì)胞中大多形成酶的輔基或輔酶，對(duì)細(xì)胞代謝有重大影響。脂溶性維生素(A、D、E、K)常從血清中得 到補(bǔ)充。水溶性維生素包括牛物素、葉酸、煙酰胺、泛酸、吡哆醇、核黃素、硫胺素和B12。維生素C也是不可缺少的，對(duì)具有合成膠原能力的細(xì)胞更為重要。
碳水化合物：是細(xì)胞生命的能量來源，有的是合成蛋白質(zhì)和核酸的成分。主要有葡萄糖、核糖、脫氧核糖和丙酮酸鈉等。體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，幾乎所有培養(yǎng)基或培養(yǎng)液中都以葡萄糖作為必含的能源物質(zhì)。
葡萄糖和谷胺酰胺的合理使用：乳酸是葡萄糖不完全氧化的產(chǎn)物。研究表明，體外培養(yǎng)條件下95％的葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗幔@降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝效率，降 低培養(yǎng)基pH值，增加滲透壓。在氧氣供給不足的情況下，NADH轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)蘋果酸－天冬氨酸穿梭系統(tǒng)活性低而不能將糖酵解產(chǎn)生的NADH氧化磷酸化為 NAD+，細(xì)胞只得以降低能量需求的方式如激活乳酸脫氫酶將糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸與NADH反應(yīng)生產(chǎn)乳酸和NAD+，從而保證了糖酵解的順利進(jìn)行。另一個(gè)可 能的解釋是連接糖酵解與TCA循環(huán)的特異性酶如丙酮酸脫氫酶復(fù)合物、磷酸丙酮酸羧化酶激酶和丙酮酸羧化酶活性低下，直接導(dǎo)致糖酵解與TCA循環(huán)的失衡。因 此體外培養(yǎng)條件下，葡萄糖主要經(jīng)糖酵解降解，產(chǎn)生過量的乳酸。減少乳酸生產(chǎn)最常用的方法是限制培養(yǎng)基中葡萄糖的含量，但葡萄糖含量過低可造成細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)供應(yīng) 不足，細(xì)胞生長(zhǎng)抑制。該方法需要對(duì)葡萄糖的消耗與需求、乳酸的生產(chǎn)速率以及目的蛋白的表達(dá)量等參數(shù)進(jìn)行綜合考慮方可應(yīng)用。
在目前常用的培養(yǎng)基中，葡萄糖和谷胺酰胺是體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的主要能源，其能量代謝通路與體內(nèi)完全不同，表現(xiàn)為葡萄糖主要經(jīng)糖酵解途徑為細(xì)胞提供能量，谷胺酰胺大部分通過不完全氧化途徑，另一小部分通過完全氧化為細(xì)胞供能。因此，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑，使之能促進(jìn)細(xì)胞的快速生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成，同 時(shí)減少代謝抑制物的生成是行之有效的一種策略。
許多動(dòng)物細(xì)胞如CHO、BHK和雜交瘤細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖和谷氨酰胺的消耗利用很快。然而對(duì)于細(xì)胞生長(zhǎng)而言，二者的快速利用并非細(xì)胞必需；相反相 當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化為代謝廢物乳酸和氨，以及一些非必需氨基酸如丙氨酸，脯氨酸。其中，乳酸和氨是兩種主要代謝廢物，其積累可影響細(xì)胞生長(zhǎng)以及產(chǎn)品質(zhì)量。減少這兩種代謝產(chǎn)物的積累，是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)研究的重要方向。
培養(yǎng)基幾種重要成分詳情總結(jié)如下：
葡萄糖
選擇高糖還是低糖培養(yǎng)基？
?根據(jù)不同細(xì)胞類型選擇
通常原代細(xì)胞、干細(xì)胞使用低糖培養(yǎng)基
永生細(xì)胞系等病理狀態(tài)的細(xì)胞使用高糖培養(yǎng)基，高糖培養(yǎng)基可以滿足腫瘤細(xì)胞等非生理狀態(tài)細(xì)胞的體外培養(yǎng)需求
丙酮酸鈉
?作用：葡萄糖不足時(shí)為細(xì)胞提供碳源；直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)，可以被快速利用
?什么情況下添加丙酮酸鈉？（1）之前培養(yǎng)條件已含有丙酮酸鈉 （2）代謝旺盛的細(xì)胞
丙酮酸鈉的貯存液濃度一般為50mM，-20℃保存，培養(yǎng)基中的終濃度為1mM.
酚紅
?pH值指示劑--培養(yǎng)基顏色的變化幫助細(xì)胞培養(yǎng)者判斷是否需要換液等操作。
?什么情況下建議選擇無酚紅培養(yǎng)基？
酚紅還可以模擬固醇類激素的作用（特別是雌激素），涉及到激素和誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)，建議選用無酚紅培養(yǎng)基
HEPES
?作用：(1)穩(wěn)定pH值 ；（2）本身沒有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，會(huì)提高滲透壓，并降低酚紅對(duì)pH值的指示作用
?什么情況下需要加HEPES？
（1）培養(yǎng)條件pH波動(dòng)劇烈；（2）細(xì)胞對(duì)pH敏感
谷氨酰胺
幾乎所有的細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺都有較高的要求。谷氨酰胺脫掉氨基后，可作為培養(yǎng)細(xì)胞的能量來源，參與蛋白質(zhì)的合成和能量代謝。在缺少谷氨酰胺時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)不良而死亡。所以，各種培養(yǎng)液中都含有較大量的谷氨酰胺。
正確使用，一般不需要補(bǔ)加，如：4℃避光保存；分裝，不要反復(fù)預(yù)熱。
NaHCO3
?作用：與CO2一起形成緩沖系統(tǒng)，保持培養(yǎng)基PH值穩(wěn)定。
常用動(dòng)物哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)基：
下期預(yù)告~
如何挑選合適的培養(yǎng)基？