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細胞培養基是一種用于在體外生長和維持細胞的液體或凝膠狀物質,提供了細胞生長所需的營養物質、能量和適宜的環境。它是細胞培養過程中的關鍵成分,模擬了體內環境,支持細胞的增殖、分化和生存。培養基的成分和類型會根據所培養的細胞類型和實驗目的而有所不同。
主要成分
基礎營養物質:
碳源:通常以葡萄糖或其他糖類形式提供,是細胞代謝和能量生成的主要來源。
氨基酸:提供蛋白質合成所需的基本構件,必需氨基酸(如賴氨酸、精氨酸等)必須通過培養基供給。
維生素:例如維生素B群、維生素C和維生素E,作為輔酶參與多種生化反應,維持細胞正常代謝功能。
無機鹽:如鈣、鎂、鈉、鉀等離子,維持細胞的滲透壓、pH平衡和電解質平衡。
緩沖系統:
碳酸氫鹽緩沖系統:常見于含二氧化碳培養環境下的培養基,通過碳酸氫鈉與培養環境中的CO2結合維持pH穩定。
HEPES緩沖液:在沒有CO2調節的培養條件下使用,具有較強的pH緩沖能力。
生長因子與激素:細胞培養基中經常添加生長因子和激素,如胰島素、轉鐵蛋白、表皮生長因子(EGF)等,促進細胞生長、增殖和分化。
血清:
胎牛血清(FBS):常用的血清來源,富含生長因子、激素、蛋白質和脂類,提供全面的營養支持。血清還具有未知因子,幫助細胞適應體外培養環境。
其他類型血清:如馬血清、新生牛血清等,根據特定實驗需求使用。
抗生素:
通常在培養基中添加抗生素如青霉素、鏈霉素等,以防止細菌、真菌的污染,確保細胞培養的無菌性。
其他添加物:根據實驗需求,有時會在培養基中添加特定的添加物,如抗氧化劑(如谷胱甘肽)、抗凝劑(如肝素)和特殊細胞的培養物質(如細胞因子、補體成分)。
培養基類型
基礎培養基:
DMEM(Dulbecco's Modified Eagle Medium):廣泛應用的基礎培養基,適用于許多哺乳動物細胞的培養,富含氨基酸、葡萄糖、維生素和無機鹽。
RPMI-1640:常用于免疫學研究和懸浮細胞培養,如淋巴細胞,具有較高的糖和較少的氨基酸。
MEM(Minimum Essential Medium):一種基本的營養培養基,適用于貼壁細胞的培養。
專用培養基:
干細胞培養基:含有特定生長因子和細胞因子,如白血病抑制因子(LIF),支持胚胎干細胞或多能干細胞的維持和分化。
無血清培養基:為減少或避免血清中成分的干擾,通常加入已知量的生長因子和激素,適用于精確要求的實驗或工業細胞培養。
條件培養基:通過培養其他細胞或組織獲取的培養基,含有這些細胞分泌的生長因子,常用于特定研究或細胞類型的培養。
特殊應用培養基:
培養外泌體或病毒的培養基:常采用無血清培養基,減少血清干擾,同時添加特定補充物促進外泌體或病毒的產生。
選型培養基:如抗性篩選用培養基(含有抗生素),用于選擇表達特定基因的轉基因細胞。
應用領域
基礎研究:細胞培養基是細胞生物學、分子生物學、遺傳學等基礎研究中工具,支持體外細胞模型的建立和分析。
藥物研發:用于體外藥物篩選和毒性測試,模擬藥物在體內的代謝反應,為新藥開發提供數據支持。
生物制藥:大規模培養細胞生產生物制藥產品,如抗體、疫苗和治療性蛋白質,培養基在此過程中發揮關鍵作用。
組織工程與再生醫學:通過培養細胞和組織,為再生醫學提供材料,培養基為這些應用中的細胞生長和分化提供了必要的支持。
臨床診斷:在體外診斷(IVD)中,細胞培養基用于維持和擴增樣本中的病原體(如細菌、病毒),用于病原體的分離、鑒定和敏感性測試。
選擇與優化
選擇合適的培養基是成功進行細胞培養的關鍵。不同類型的細胞對培養基的需求各不相同,實驗人員通常根據細胞的類型、實驗目的以及培養條件(如是否需要血清、特定生長因子等)選擇合適的培養基。此外,培養基的pH值、滲透壓和營養成分濃度等參數也需要根據實驗需求進行優化。
總結
細胞培養基是體外細胞培養中基本工具,為細胞的生長、維持和實驗提供了必要的營養和環境支持。隨著細胞生物學和生物技術的發展,培養基的種類和功能也在不斷擴展,以滿足各種復雜的實驗需求。選擇和優化合適的培養基,是確保細胞培養實驗成功的關鍵步驟。