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養(yǎng)了這么久細(xì)胞，才知道細(xì)胞培養(yǎng)基居然有這么多花樣？

普拉特澤生物為廣大生命科學(xué)研究人員提供科研實(shí)驗(yàn)服務(wù)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的要求選擇不同的檢測方法，本文就跟大家一起繼續(xù)探究細(xì)胞培養(yǎng)基

細(xì)胞培養(yǎng)是一種生物技術(shù)手段，通過將動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)胞或組織分離出來，在人工構(gòu)建的無菌、恒溫且富含必要營養(yǎng)物質(zhì)的體外環(huán)境中，創(chuàng)造接近生物體內(nèi)部條件的生長體系，使離體細(xì)胞或組織得以存活、增殖，并保持其原有的形態(tài)特征和生理功能。細(xì)胞培養(yǎng)基是人工配制的、為體外培養(yǎng)的細(xì)胞提供必需營養(yǎng)和環(huán)境條件的混合物質(zhì)，是細(xì)胞生存、增殖和維持功能的基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)。其通過模擬體內(nèi)微環(huán)境，為離體細(xì)胞提供能量、氨基酸、維生素、無機(jī)鹽等基本代謝物質(zhì)，同時(shí)調(diào)節(jié)pH、滲透壓等物理化學(xué)參數(shù)，確保細(xì)胞正常生長。

1.培養(yǎng)基的起源與發(fā)展

1. 萌芽階段（19 世紀(jì)末）：德國生物學(xué)家威廉?魯（Wilhelm Roux）于1885年將雞胚的神經(jīng)組織片段置于溫?zé)岬纳睇}水中，觀察到細(xì)胞在體外短暫存活并維持了一定的生理活性。首次證明了細(xì)胞可在脫離生物體的環(huán)境中存活，為后續(xù)培養(yǎng)基的研發(fā)提供了起點(diǎn)。

1902 年，美國胚胎學(xué)家羅斯?哈里森（Ross G. Harrison）將蛙胚的神經(jīng)組織放入淋巴液（來自蛙的淋巴囊）中，在無菌條件下成功觀察到神經(jīng)細(xì)胞軸突的生長，且細(xì)胞存活時(shí)間遠(yuǎn)超魯?shù)膶?shí)驗(yàn)。這一成果推動(dòng)了對 “培養(yǎng)基需模擬體內(nèi)環(huán)境” 的認(rèn)知。

2. 天然培養(yǎng)基的發(fā)展（20 世紀(jì)初至中期）：

1910年法國外科醫(yī)生亞歷克西?卡雷爾（Alexis Carrel）進(jìn)一步優(yōu)化了培養(yǎng)體系。發(fā)現(xiàn)僅用淋巴液或生理鹽水無法滿足細(xì)胞長期增殖需求，而添加雞血漿（提供凝固基質(zhì)）和胚胎組織提取物（含未知生長因子）后，雞胚胎細(xì)胞的存活時(shí)間顯著延長，甚至實(shí)現(xiàn)了持續(xù)增殖。這一組合成為早期主流的 “天然培養(yǎng)基”，卡雷爾也因此被稱為 “細(xì)胞培養(yǎng)之父”。這一階段的培養(yǎng)基依賴生物來源的天然物質(zhì)（如血漿、血清、胚胎汁），雖能支持細(xì)胞生長，但成分復(fù)雜且不穩(wěn)定（受供體個(gè)體差異影響）。

1923 年，科學(xué)家喬治?埃利奧特（George H. Elliott）開發(fā)了含血清的 “Elliott 培養(yǎng)基”，首次將血清（如牛血清）作為常規(guī)添加成分，因其來源相對穩(wěn)定且富含營養(yǎng)因子，逐漸替代了胚胎提取物，成為天然培養(yǎng)基的核心成分。

3. 20世紀(jì)中期合成培養(yǎng)基的誕生：

隨著生物化學(xué)的發(fā)展，研究人員開始解析細(xì)胞生存所需的核心營養(yǎng)物質(zhì)（如氨基酸、維生素、碳水化合物等）。1955 年，美國生物化學(xué)家哈利?伊格爾（Harry Eagle）基于對 HeLa 細(xì)胞（宮頸癌上皮細(xì)胞）的研究，設(shè)計(jì)出第一種化學(xué)成分明確的合成培養(yǎng)基 ——BME（Basal Medium Eagle）。這款培養(yǎng)基包含 13 種必需氨基酸、8 種維生素、葡萄糖及無機(jī)鹽，雖需添加血清才能支持細(xì)胞增殖，但首次實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)基 “基礎(chǔ)營養(yǎng)成分的標(biāo)準(zhǔn)化”。

1959 年，伊格爾在 BME 基礎(chǔ)上進(jìn)一步調(diào)整配方，增加了氨基酸和維生素的濃度，命名為MEM（Minimal Essential Medium）。MEM 的適用性更廣，可支持多種哺乳動(dòng)物細(xì)胞的生長，成為后續(xù)合成培養(yǎng)基開發(fā)的 “模板”。

4. 專業(yè)化培養(yǎng)基的分化（20 世紀(jì)中后期）：

后續(xù)科研人員針對特定細(xì)胞的培養(yǎng)需求，開發(fā)了多種專業(yè)化的培養(yǎng)基。如美國羅斯威爾公園癌癥研究所的科學(xué)家針對淋巴細(xì)胞培養(yǎng)的特殊需求，開發(fā)了 RPMI 1640 培養(yǎng)基。其配方中增加了谷氨酰胺、維生素 B12 等成分，能高效支持懸浮細(xì)胞（如淋巴細(xì)胞、白血病細(xì)胞）的生長，是免疫細(xì)胞培養(yǎng)的常用培養(yǎng)基。

2.常見培養(yǎng)基的基本成分及應(yīng)用范圍

①M(fèi)EM培養(yǎng)基:

MEM 培養(yǎng)基（Minimum Essential Medium）是一種廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，相較于早期的伊格爾基礎(chǔ)培養(yǎng)基（BME），MEM 培養(yǎng)基配方含有更高濃度的氨基酸。但是成分也較為簡單，含有12種必需氨基酸、谷氨酰胺、八種維生素、葡萄糖

MEM 可用于各種懸浮和貼壁的哺乳動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)，包括 HeLa、BHK-21、293、HEP-2、HT-1080、MCF-7、成纖維細(xì)胞和原代大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞等。

②DMEM培養(yǎng)基:

DMEM培養(yǎng)基由Dulbecco改良自MEM培養(yǎng)基，其氨基酸濃度是MEM的兩倍，維生素濃度是MEM的四倍，并且添加了非必需氨基酸、微量鐵離子以及丙酮酸鈉。DMEM還分為高糖型（4500mg/L）和低糖型（1000mg/L）。

高糖 DMEM：含 4.5g/L 葡萄糖，適合多數(shù)快速增殖細(xì)胞（如 HeLa、CHO 細(xì)胞）、腫瘤細(xì)胞及原代細(xì)胞培養(yǎng)。

低糖 DMEM：含 1g/L 葡萄糖，用于對高糖敏感的細(xì)胞（如神經(jīng)細(xì)胞、干細(xì)胞），避免高糖環(huán)境導(dǎo)致的代謝壓力。

DMEM 能夠培養(yǎng)原代成纖維細(xì)胞、神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、HUVEC、平滑肌細(xì)胞，以及 HeLa、293、Cos-7 和 PC-12 等細(xì)胞系

③RPMI1640培養(yǎng)基:

RPMI1640培養(yǎng)基含有還原劑谷胱甘肽和高濃度的維生素，包括最低必需培養(yǎng)基（EMEM）或Dulbecco 改良的 Eagle 培養(yǎng)基（DMEM）所不具備的某些維生素。最初是用于人白血病細(xì)胞的懸浮或單層培養(yǎng)，后來被發(fā)現(xiàn)也適用于多種哺乳動(dòng)物細(xì)胞，包括 Hela、Jurkat、MCF-7、PC-12、PBMC、星型膠質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，尤其適用于懸浮細(xì)胞培養(yǎng)，是一種廣泛應(yīng)用的細(xì)胞培養(yǎng)基。

④IMDM培養(yǎng)基:

IMDM培養(yǎng)基相是1976年由Guilber和Iscove基于DMEM改良的高營養(yǎng)培養(yǎng)基，含硒、HEPES、丙酮酸鈉及額外氨基酸和維生素，葡萄糖濃度約2000 mg/L，依賴5-10% CO?環(huán)境維持pH（7.2-7.4），適用于高密度培養(yǎng)的懸浮細(xì)胞（如B/T淋巴細(xì)胞、雜交瘤細(xì)胞）及部分貼壁細(xì)胞,是淋巴細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、造血干細(xì)胞、紅細(xì)胞前體細(xì)胞等原代造血細(xì)胞的首選培養(yǎng)基，能支持其增殖、分化及長期培養(yǎng)（如造血干細(xì)胞體外擴(kuò)增）

⑤Ham’S F10培養(yǎng)基

Ham’S F10培養(yǎng)基是由Richard Ham于1963年針對中國倉鼠卵巢（CHO）細(xì)胞無血清培養(yǎng)設(shè)計(jì)的營養(yǎng)混合物，含多種氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸）、維生素（B族維生素、生物素）、無機(jī)鹽（鈣、鎂、鉀等）及葡萄糖、丙酮酸鈉等成分，不含蛋白質(zhì)或生長因子，需補(bǔ)充血清（通常10%胎牛血清）。其采用碳酸氫鈉緩沖系統(tǒng)（1.2 g/L），需5-10% CO?環(huán)境維持pH（7.2-7.4），部分配方含HEPES增強(qiáng)pH穩(wěn)定性。適用于人二倍體細(xì)胞、低血清克隆化培養(yǎng)、哺乳動(dòng)物細(xì)胞正常培養(yǎng)、白細(xì)胞染色體分析及大鼠、兔、雞等原代細(xì)胞培養(yǎng)

⑥Ham’S F12培養(yǎng)基

Ham’S F12培養(yǎng)基是Richard Ham于1969年在Ham's F-10基礎(chǔ)上改良的高營養(yǎng)培養(yǎng)基，含多種微量元素（如硫酸亞鐵、硫酸鋅）、非必需氨基酸及代謝添加劑（如核苷酸），葡萄糖濃度約3151 mg/L，適用于低密度細(xì)胞培養(yǎng)（如CHO細(xì)胞、HeLa細(xì)胞）及無血清培養(yǎng)基礎(chǔ)，廣泛用于單細(xì)胞克隆、神經(jīng)元長期培養(yǎng)、重組蛋白生產(chǎn)（如CHO細(xì)胞）及病毒學(xué)研究

DMEM/F12培養(yǎng)基是Dulbecco's Modified Eagle Medium（DMEM）與Ham's F-12 Nutrient Mixture的1:1混合培養(yǎng)基，結(jié)合了DMEM的高氨基酸、維生素和葡萄糖濃度（支持快速增殖貼壁細(xì)胞）與F-12的微量元素、無機(jī)鹽及核苷酸前體物（適合低血清/無血清培養(yǎng)），形成營養(yǎng)全面的通用型培養(yǎng)基，適用于神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、干細(xì)胞（如胚胎干細(xì)胞）及多種腫瘤細(xì)胞系的培養(yǎng)

⑦M(jìn)ccoy’s 5A培養(yǎng)基

Mccoy’s 5A培養(yǎng)基是McCoy’s 5A培養(yǎng)基由Thomas McCoy等于1959年開發(fā)，最初用于Novikoff肝癌細(xì)胞的培養(yǎng)，其含還原型谷胱甘肽（抗氧化，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷）、細(xì)菌蛋白胨（提供氮源和生長因子）及高濃度葡萄糖（3g/L），不含丙酮酸鈉和HEPES，但含酚紅、碳酸氫鈉和L-谷氨酰胺，依賴5-10% CO?環(huán)境維持pH（6.6-7.1或7.2-7.5）。適用于多種原代細(xì)胞（如骨髓、皮膚、脾臟、腎臟、肺、大鼠胚胎等）、已建立的細(xì)胞系（如Walker256癌細(xì)胞）及活檢組織外植體的培養(yǎng)

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