细胞培养基大全

细胞培养基⼤全

⼀、 细胞培养基的概念和原理

细胞培养基是⼈⼯模拟细胞在体内⽣长的营养环境，是提供细胞营养和促进细胞⽣长增殖的物

质基础。培养液或培养基的含义⼏乎相同，英⽂都是medium。当它是粉剂时，倾向性地称为培

养基，⽽将粉剂配成液体后，多称为培养液。培养液中常常补加⾎清、抗⽣素等成分。培养基

主要包括天然细胞培养基、合成细胞培养基和⽆⾎清细胞培养基等。

天然细胞培养基是⼈们早期采⽤的细胞培养基，直接取⾃于动物组织提取液或体液，如⾎浆凝

块、⾎清、淋巴液、胚胎浸出液等。营养价值⾼，但成分复杂，差异⼤、不稳定，来源也受到

限制。⽔解乳蛋⽩和胶原是两种较好的天然培养基，富含氨基酸。⾎清是天然培养基中最有效

和最常⽤的培养基，但其组成成分复杂，其中⼀些成分与功能不明确。⾎清的来源有胎⽜⾎

清、⼩⽜或成⽜⾎清、马⾎清、鸡⾎清、⽺⾎清及⼈⾎清，最⼴泛应⽤的为胎⽜⾎清和⼩⽜⾎

清。

合成细胞培养基是⽤化学成分明确的试剂配制的培养基，组分稳定，主要包括糖类、必需氨基

酸、维⽣素、⽆机盐类等。⾃1950 年199 细胞培养基问世以来，合成细胞培养基发展⾄今已有

⼏⼗种，除了沿⽤半个世纪的基础合成细胞培养基之外，近年来还出现了营养成分更加丰富的

低⾎清细胞培养基。由于细胞种类和培养条件不同，适宜的合成细胞培养基也不同，在动物细

胞培养中最常⽤基础细胞培养基有6～7 种，如BME、MEM、DMEM、HAM F12、PRMI1640、199 等。由于天然培养基的⼀些营养成分不能被合成细胞培养基完全代替，因此⼀

般需在合成细胞培养基中添加5％～10％的⼩⽜⾎清。⼩⽜⾎清的加⼊对细胞培养⾮常有效，但

⼩⽜⾎清的成分复杂，这对培养产物的分离纯化和检测会带来⼀定的不便，为减少⼩⽜⾎清的

影响，开发了营养成分更加丰富的低⾎清细胞培养基，可以将⼩⽜⾎清的使⽤量降低到1～3％。

⽆⾎清细胞培养基（serum free medium， SFM）是指在使⽤中⽆需添加⾎清的细胞培养基，且

其组成成分不含有任何动物组分。按照其组分分类，还可以分为⽆动物组分⽆⾎清细胞培养基

和化学限定⽆⾎清细胞培养基，前者组分中可能含有某些植物来源成分，⽽后者完全由化学成

分明确的组分组成。其中，⽆动物组分⽆⾎清细胞培养基是⽬前在⽣物制药⾏业中应⽤最⼴泛

的，它提⾼了细胞培养的质量，避免了使⽤⾎清带来的⿇烦。⽬前，已有多种⽆⾎清培养基上

市，如杂交瘤细胞⽆⾎清培养基、CHO细胞⽆⾎清培养基、Vero细胞⽆⾎清培养基和NS0 细胞

⽆⾎清培养基等。⽆⾎清培养基通常添加⽣长附加成分，如激素与⽣长因⼦、低分⼦营养成分

和转铁蛋⽩等促细胞⽣长的附加成分，⼀般包括胰岛素、孕酮、硒酸钠、腐胺、转铁蛋⽩等。

细胞培养基是细胞培养的基础，它为动物细胞的健康快速成长提供营养物质。所以只要⽤到细

胞来制造⽣物技术产品，细胞培养基的重要作⽤就⽆可替代。

⼆、细胞培养基的种类与基本成分

2.1 天然培养基

天然培养基是指来⾃动物体液或利⽤组织分离提取的⼀类培养基，如⾎浆、⾎清、淋巴液、鸡

胚浸出液等。组织培养技术建⽴早期，体外培养细胞都是利⽤天然培养基。但是由于天然培养

基制作过程复杂、批间差异⼤，因此逐渐被合成培养基所替代。

2.1.1 ⼩⽜⾎清

⽤于细胞培养的⾎清主要是⽜⾎清，培养某些特殊细胞也⽤⼈⾎清、马⾎清等。选择⽤⽜⾎清

培养细胞的原因主要是来源充⾜、制备技术成熟、经过长时间的应⽤考验⼈们对其有⽐较深⼊

的理解。⽜⾎清分为⼩⽜⾎清、新⽜⾎清、胎⽜⾎清。⼩⽜⾎清取⾃出⽣10～30 天的⼩⽜；新

⽜⾎清取⾃出⽣24⼩时之内的新⽣⽜；胎⽜⾎清应取⾃剖腹产的胎⽜。显然，胎⽜⾎清是品质

最⾼的，因为胎⽜还未接触外界，⾎清中所含的抗体、补体等对细胞有害的成分最少。⽜⾎清

对绝⼤多数哺乳动物细胞都是适合的，但并不排除在培养某种细胞时使⽤其他动物⾎清更合

适。⽜⾎清中含有丰富的细胞⽣长必须的营养成份，具有极为重要的功能。

1) ⾎清主要作⽤

(1) 提供基本营养物质：氨基酸、维⽣素、⽆机物、脂类物质、核酸衍⽣物等，是细胞⽣长必须

的物质。(2) 提供激素和各种⽣长因⼦：胰岛素、肾上腺⽪质激素（氢化可的松、地塞⽶松）、类固醇激

素（雌⼆醇、睾酮、孕酮）等。⽣长因⼦如成纤维细胞⽣长因⼦、表⽪⽣长因⼦、⾎⼩板⽣长

因⼦等。(3) 提供结合蛋⽩：结合蛋⽩作⽤是携带重要的低分⼦量物质，如⽩蛋⽩携带维⽣素、脂肪、以

及激素等，转铁蛋⽩携带铁。结合蛋⽩在细胞代谢过程中起重要作⽤。(4) 提供促接触和伸展因⼦使细胞贴壁免受机械损伤，对培养中的细胞起到某些保护作⽤。

2) 优点和缺点

⾎清是⾮常复杂的混合物，成分多样，含有各种⽣理平衡的分⼦量差别很⼤的⽣物分⼦，有的

对细胞⽣长有促进作⽤，如含有携带激素、矿物质、微量元素和脂类物质的转运蛋⽩等。⾎清

能够提供细胞贴壁因⼦和扩散因⼦。⾎清中含有起稳定作⽤和解毒的因⼦，能够维持培养基的pH 值并抑制蛋⽩酶直接或间接的酶解。但是⾎清的加⼊也带来了很多问题：

(1) ⾎清的成份可能有⼏百种之多，⽬前对其准确的成份、含量及其作⽤机制仍不清楚，尤其是

对其中⼀些多肽类⽣长因⼦、激素和脂类等尚未充分认识，这给研究⼯作带来许多困难；(2) ⾎清都是批量⽣产，各批量之间差异很⼤，⽽且⾎清保存期⾄多⼀年，因此，要保证每批⾎

清的相似性极为困难，从⽽使实验的标准化和连续性受到限制；(3) 不能排除⾎清中含有易变物质，这被认为是“瓶中恶化”的原因之⼀。

(4) 对⼤多数细胞，在体内状态，⾎清不是它们接触的⽣理学液体，只是在损伤愈合以及⾎液凝

固过程中才接触⾎清，因此使⽤⾎清有可能改变某种细胞在体内的正常状态，⾎清可能促进某

些细胞的⽣长（成纤维细胞）同时抑制另⼀类细胞⽣长（表⽪细胞）。(5) ⾎清含⼀些对细胞产⽣毒性的物质，如多胺氧化酶，能与来⾃⾼度繁殖细胞的多胺反应（如

精胺、亚精胺）形成有细胞毒性作⽤的聚精胺。补体、抗体、细菌毒素等都会影响细胞⽣长，

甚⾄造成细胞死亡。(6) 取材中可能带⼊⽀原体、病毒，对细胞产⽣潜在影响。

(7) ⾎清的使⽤使得实验和⽣产的标准化困难，其中的蛋⽩质使得某些转基因蛋⽩⽣物药品⽣产

中分离纯化⼯作很难完成。(8) ⼤规模⽣产中，⾎清来源越来越困难，价格昂贵，是构成⽣产成本的主要部分之⼀。

(9) 为了使与传染源相关的风险减少到最低，存在多个国家间限制进出⼝⽣物材料的国际法规。

2.1.2 ⽔解乳蛋⽩

⽔解乳蛋⽩（Lactalbumin Hydrolysate ）为乳⽩蛋⽩经蛋⽩酶和肽酶⽔解的产物，含有丰富的

氨基酸。既可⽤于细菌微⽣物培养，⼜可⽤于动物细胞培养。细胞培养中⼀般为0.5％⽔解乳蛋

⽩（经平衡盐溶解）与合成培养基（如MEM）按1:1混合使⽤。⽬前在⽣产中主要⽤于低⿏肾细

胞等细胞的培养和维持。但是⽔解乳蛋⽩的使⽤也给⽣物制品的⽣产带来⼀定的风险。⾸先由

于⽔解乳蛋⽩系或者制品带来风险。其次⽔解乳蛋⽩及含有动物组分培养基的使⽤，使⽣物制

品下游处理变得复杂，这对于蛋⽩质药物显得更加重要。因为从动物细胞中⽣产⽣物药品，其

⾯临的最⼤困难就是如何去除内源或同源蛋⽩。不确定的成分，像动物肽类物质的引⼊，势必

会增加提取、分离、纯化的步骤，⼀⽅⾯使成本提⾼，另⼀⽅⾯也会影响⽣物制品的产量和质

量。

2.2平衡盐溶液

平衡盐溶液（balanced salt solution，BSS ）简称盐溶液，集缓冲液的缓冲能⼒、⽣理盐⽔的

等渗性以及培养液的营养供应特点于⼀体，兼具维持渗透压、缓冲和调节溶液的酸碱度、同时

供给细胞⽣存所必需的能量和⽆机离⼦成分的作⽤。各种BSS的缓冲系统有所不同，其中以Hank’s液和Earle’s液为例，它们主要差别在于碳酸氢钠的⽔平,在Earle’s (2.2 g/L)中⽐在Hank’s

(0.35 g/L) 中⾼。碳酸氢钠需⽤⾼⽔平的CO2平衡，以维持溶液的pH值。Eagles液在空⽓⽔平的

CO2 中，溶液会变碱，Hank’s液在CO2培养箱中会变酸。如果希望在CO2培养箱中保存组织，

需要⽤Earle’s液，。如果仅仅是清洗将要在细胞培养基中储存的组织，⽤Hank’s液就可以了。

表 3-1 ⼏种常⽤的平衡盐溶液配⽅（g/L）

⼀些BSS含有的Ca2+、Mg2+是细胞膜的重要组成成分，同时参与许多重要的细胞功能活动。但它们有使细胞凝集的作⽤，在配制分散细胞的消化液和特殊⽤途的细胞洗涤时，宜采⽤Ca2+、

Mg2+含量较低的Dulbecco液或⽆Ca2+、Mg2+的D-Hanks液，或者PBS液。2.3基础培养基

2.3.1 概述

基础细胞培养基主要包括199、MEM、RPMI-1640、DMEM 、DMEM/F12等。主要成分是氨基

酸、维⽣素、碳⽔化合物、⽆机盐和其它⼀些辅助物质。⼈⼯合成培养基使⽤时还需添加⼀定

量的⾎清使细胞⽣长和繁殖。

2.3.2 组成及作⽤

氨基酸：组成蛋⽩质的基本单位。不同的细胞对氨基酸的需求各异，但⼏种必需氨基酸细胞⾃

⾝不能合成，必须依靠培养液提供，如组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨

酸、苏氨酸、⾊氨酸、缬氨酸、半胱氨酸、酪氨酸等。其余⾮必需氨基酸，细胞可以⾃⼰合

成，或通过转氨作⽤由其他物质转化⽽来。绝⼤部分细胞对⾕氨酰胺有较⾼的要求，因为⾕氨

酰胺是作为能源

及碳源物质同时被细胞利⽤，是是细胞合成核酸和蛋⽩质必需的氨基酸，在缺少⾕氨酰胺时，

细胞⽣长不良⽽死亡，所以各种培养液中都含有较多的⾕氨酰胺。细胞所能利⽤的氨基酸是L型

同分异构体，D型氨基酸不能被利⽤。

维⽣素：维持细胞⽣长的⼀种⽣物活性物质，对细胞代谢有重⼤作⽤。它们在细胞中⼤多形成

酶的辅基或辅酶，没有它们，酶便没有活性，代谢活动将⽆法进⾏。维⽣素分为⽔溶和脂溶两

⼤类，的培养液中直接采⽤ATP和辅酶A。

葡萄糖：⼤部分培养基都以葡萄糖作为能量来源之⼀。

⽆机盐：维持培养基渗透压平衡，参与细胞的代谢活动。主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。

Na+是细胞外液中最主要的阳离⼦，对维持渗透压的恒定有决定性的作⽤。K+主要分布在细胞

内液，细胞内K+对于激活某些酶是必需的，并在调节细胞内环境的酸碱平衡上也有极重要意

义。Ca2+在细胞外液中的作⽤是将组织内部细胞之间相互粘着，在细胞内参与许多重要的细胞

⽣理活动，如传导、参与肌⾁细胞收缩等。在悬浮培养时，为了减少细胞的聚集和附着，要减

少Ca2+的浓度。Mg2+是构成细胞间质的重要成分，对于细胞间相互稳定结合有很重要的意义。

磷的化合物对细胞物质代谢和⽣理功能调控有重要作⽤。

其他成分：肽、核苷、嘌呤等。可帮助细胞的克隆化培养及维持某些特殊细胞系的⽣长。

2.3.3 分类