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细胞培养基到底如何选择?

发布时间:2021-08-25      点击次数:186
 
  细胞培养基到底如何选择?
  01.细胞基础培养基
  早期人们使用的的细胞培养基是从组织提取物和体液中获得的天然培养基,之后随着细胞培养的普及,人们设计和开发出具有成分确定含量标准化的合成培养基。目前合成培养基主要有:基础培养基、无血清培养基、无蛋白培养基和限定化学成分培养基,它们对血清添加量的要求不同,目前常用的是基础培养基。基础培养基是细胞生存的直接环境,为细胞生长提供丰富的营养物质,并能调节培养体系的pH值和渗透压。因此培养基的质量和选择对于细胞培养至关重要。
  02.基础培养基种类总览
  DMEM(Dulbecco’sModificationofEagle’sMedium)
  Dulbecco的改良Eagle培养基—DMEM是一种广泛使用的基础培养基,适用于多种哺乳动物细胞培养,包括原代成纤维细胞,神经元,神经胶质细胞,HUVEC和平滑肌细胞,以及HeLa,293,Cos-7和PC-12等细胞系。
  DMEM是在MEM培养基的基础上研制的,与MEM培养基相比,氨基酸的含量增加了2倍,维生素增加了4倍,同时还增加了非必须氨基酸、微量铁离子以及丙酮酸钠。
  DMEM培养基最初设计为葡萄糖含量1000mg/L的低糖型,后来又发展出葡萄糖含量为4500mg/L的高糖型,现已广泛应用于各种细胞的培养。DMEM高糖型普遍应用于生长快、粘附性低的细胞、杂交瘤的骨髓瘤细胞、克隆细胞、DNA转染的转化细胞、原代病毒宿主细胞、单一细胞的培养以及疫苗的生产,例如利用CHO细胞表达EPO和生产乙肝疫苗。DMEM低糖培养基更适合代谢作用较慢、依赖性贴壁细胞的培养。
  RPMI1640
  RPMI1640培养基以研发地点罗斯韦尔公园纪念研究所(RoswellParkMemorialInstitute.RPMI)命名,1640为培养基代号。它是McCoy's5A培养基的改进型,使用碳酸氢盐缓冲系统。RPMI1640培养基最初开发用于人白血病细胞的悬浮或单层培养,后来被发现也适用于多种哺乳动物细胞,包括HeLa、Jurkat、MCF-7、PC-12、PBMC、星形胶质细胞和癌细胞,尤其适用于悬浮细胞的培养,是使用最为广泛的培养基之一。
  RPMI1640培养基与其它培养基的区别在于含有还原型谷胱甘肽和高浓度的维生素。RPMI1640培养基含有EMEM和DMEM中没有的生物素、维生素B12和对氨基苯甲酸,以及高浓度的氯化胆碱和肌醇。
  DMEM/F-12
  DMEM/F-12培养基(Dulbecco'sModifiedEagleMedium/NutrientMixtureF-12)是DMEM培养基和Ham'sF–12培养基的1:1混合物,是在DMEM培养基的基础上,添加F-12培养基中更为丰富的营养成分,含有多种微量元素。
  DMEM是在MEM培养基的基础上研制的,与MEM培养基相比,氨基酸的含量增加了2倍,维生素增加了4倍,同时还增加了非必须氨基酸、微量铁离子以及丙酮酸钠。Ham'sF–12以Ham'sF-10培养基为基础,显著提高了胆碱、肌醇、腐胺和几种氨基酸的浓度。
  DMEM/F-12被广泛用于支持多种哺乳动物细胞的生长,包括MDCK、神经胶质细胞、成纤维细胞、人内皮细胞和大鼠的成纤维细胞等。同时,DMEM/F12常作为开发无血清培养基的基础,也适用于低血清含量下哺乳动物细胞的培养以及克隆密度培养。
  MEM(MinimumEssentialMedium)
  MEM培养基是一种添加了营养物的极限必需培养基,也称低必需培养基、最小基本培养基或低限量Eagle培养基,仅含有12种必需氨基酸、谷氨酰胺和8种维生素。MEM是一种最基础、常用的培养基,由HarryEagle在Eagle基本培养基(BEM)的基础上发展而来。在添加血清后,MEM可用于培养多种单层生长的细胞,如成纤维细胞。配方修改后也可用于其他类型细胞培养。
  MEM含NEAA(非必须氨基酸)的培养基,是在MEM培养基的基础上添加L-丙氨酸、L-谷氨酸、L-天门冬酰胺、L-天门冬氨酸、L-脯氨酸、L-丝氨酸和甘氨酸7种NEAA,能降低细胞培养时细胞自身生产非必须氨基酸的副作用,有效促进细胞增殖代谢。
  αMEM在MEM的基础上又添加了NEAA、丙酮酸钠、硫酸锌、VB12、生物素、抗坏血酸等成分,广泛应用于各种哺乳动物悬浮和贴壁细胞的培养。
  Ham’sF-12Medium
  Ham'sF-12培养基(Ham'sF-12NutrientMixture)是由Ham在1969年以Ham'sF-10复合营养培养基为基础设计而成的,最初用于CHO细胞的无血清培养。Ham'sF-12含有一些传统基础培养基没有的成分,如腐胺、胸苷、锌等,常作为无血清培养的基础培养液,在低血清含量下时,特别适合单细胞培养和克隆化培养,添加血清后也广泛应用于癌细胞和原代细胞的培养,如大鼠肝细胞、大鼠前列腺上皮细胞、软骨细胞、大鼠成肌细胞、鸡胚胎细胞等。
  Ham'sF-12K是Ham'sF-12的Kaighn's改进型,在Ham'sF-12的基础上提高了氨基酸和丙酮酸的浓度,降低了葡萄糖的用量,并修改了盐的成分和含量。Ham'sF-12K培养基最初设计用于培养原代人肝细胞以及分化的大鼠和鸡的细胞,适用于在无血清的条件下CHO细胞的单细胞接种,在添加血清的情况下也适用于一些其他类型的哺乳动物细胞,如软骨细胞和大鼠前列腺上皮细胞。
  IMDM
  (Iscove’sModificationofDMEM)
  IMDM是Guilber和Iscove在1976年设计的改良型DMEM培养基,用于培养红细胞前体细胞和巨噬细胞。IMDM培养基在DMEM培养基的基础上添加了硒、HEPES、丙酮酸钠以及额外的氨基酸和维生素,并用硝酸钾代替了硝酸铁,营养非常丰富,非常适合于快速增殖,高密度细胞培养。
  IMDM培养基不仅可以培养有特殊营养要求的细胞(如小鼠B淋巴细胞,LPS刺激的B细胞,骨髓造血细胞,T淋巴细胞以及各种杂交瘤细胞),还可以作为一些独特的无血清培养基的基础液。
  McCoy’s5A
  (IwaketaandGraceModification)
  McCoy's5A培养基是一种通用培养基,可支持多种类型的原代细胞、已建立的细胞系以及活检组织中的外植体的繁殖。这种培养
  基可支持源自正常骨髓、皮肤、脾脏、肾脏、肺、大鼠胚胎和其他组织的原代哺乳动物细胞的生长。
  McCoy's5A培养基的原配方用于满足Novikoff肝癌细胞的培养需求,能支持Walker256癌细胞和多种人及大鼠正常和转化细胞的无限增殖。McCOY's5A培养基(modified)是由Iwakata和Grace改进而来,这个配方的McCoy's5A培养基中有L-谷氨酰胺,肌醇和葡萄糖的含量更高。
  Leibovitz'sL-15
  Leibovitz'sL-15培养基的配方中不含用于CO2平衡环境的碳酸盐缓冲系统,而是用磷酸盐、L-精氨酸、L-组氨酸和L-半胱氨酸作为缓冲剂。同时,用D-半乳糖和丙酮酸钠代替D-葡萄糖以防止酸性代谢副产物乳酸的形成,有助于维持培养基PH的稳定,适用于非CO2平衡环境的细胞培养。
  Leibovitz'sL-15培养基适用于猴肾细胞和HEP-2的培养、来源于胚胎或组织的原代细胞分离、多种病毒的培养以及神经元的培养等。
  确定了培养基种类之后,还会遇到培养基有不同配方分型的情况。下面介绍经典培养基中不同成分的作用及选择原则。
  D-葡萄糖(D-Glucose)
  作用:细胞生长所需的主要能量来源。
  ●最初的DMEM中,葡萄糖浓度为1g/L,现在称其为低糖型DMEM,适合培养代谢作用较慢、依赖性贴壁细胞的哺乳动物细胞。
  ●高糖型DMEM中的葡萄糖浓度为4.5g/L,普遍应用于生长快、粘附性低的细胞、杂交瘤的骨髓瘤细胞、克隆细胞、DNA转染的转化细胞、原代病毒宿主细胞、单一细胞的培养以及疫苗的生产,例如利用CHO细胞表达EPO和生产乙肝疫苗。
  ●使用无糖培养基的主要目的是,通过控制细胞的能量来源,研究细胞的代谢过程或葡萄糖利用效率。
  L-谷氨酰胺(L-glutamine)
  作用:L-谷氨酰胺是一种氨基酸,细胞的重要能量来源,参与蛋白质的合成,也为合成核酸提供碳源。
  存在的问题:
  ●L-谷氨酰胺不稳定,在中性的水溶液中会自发降解。
  ●降解产物氨对细胞有毒性。
  ●对氨敏感的细胞(如干细胞和原代细胞等)或培养环境(高密度反应器,无补料的长期培养)不推荐含L-谷氨酰胺的培养基。
  解决方案:
  ●选择不含谷氨酰胺的培养基,使用前自行添加L-谷氨酰胺。
  ●选择稳定的谷氨酰胺替代物含L-丙氨酰-L-谷氨酰胺。
  丙酮酸钠(Sodiumpyruvate)
  作用:能量来源
  ●丙酮酸钠可以作为细胞培养中的替代碳源
  ●葡萄糖不足的时候,细胞可以代谢丙酮酸钠
  ●保证细胞更好地生长
  ●非必需组分
  HEPES
  作用:pH缓冲剂。
  ●是一种氢离子缓冲剂,其作用不依赖于二氧化碳。
  ●在一定范围内对细胞无毒性作用,能较长时间控制恒定的pH范围,保证细胞良好生长。
  ●部分细胞对酸碱度的变化非常敏感,建议使用含有HEPES的培养基。
  ●添加后价格相对较高,非必需。
  酚红(Phenolred)
  作用:pH值指示剂,pH值低时培养基呈黄色,pH值高时培养基呈紫色,pH值7.2~7.4时为红色,适合细胞培养。
  ●在一些无血清培养基的配方中酚红会干扰钠-钾平衡培养,干细胞或细胞克隆时倾向于不加酚红。
  ●酚红可以模拟固醇类激素的作用(特别是雌激素),在培养雌激素敏感的细胞(如乳腺组织)时,建议使用不含酚红的培养基。
  ●酚红的颜色会对流式细胞分析产生一定的干扰,不建议使用含酚红的培养基制备细胞样品。
  碳酸氢钠(Sodiumbicarbonate)
  作用:pH缓冲剂。
  ●pH6.8-7.8为细胞生长的最佳pH条件,多数培养基利用碳酸氢钠进行缓冲。
  ●碳酸氢钠的缓冲需要二氧化碳。高碳酸氢钠(1.5-3.7g/L)需要5-10%二氧化碳;低碳酸氢钠(0.35g/L)不需要二氧化碳培养箱。
  ●干粉培养基需要在配制时单独添加碳酸氢钠。
  
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