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细胞培养基是人工模拟体内环境以维持细胞体外生长的基础物质，通过提供氨基酸、维生素、碳水化合物及无机盐等必需营养，同时调节渗透压（260-320 mOsm/kg）和pH值（7.2-7.4），保障细胞增殖与代谢功能。

1907年，美国生物学家罗斯·哈里森开创性地建立了体外组织培养技术，成功在体外培养了蛙类神经组织。这一突破性工作为整个细胞生物学领域奠定了基础。1950年代，科学家Eagle系统研究了细胞在体外生长的营养需求，开发出了至今仍在广泛使用的基础培养基。如今，科研人员针对特定细胞的培养需求，已经开发多种专业化的培养基如 DMEM、RPMI 1640、MEM、DMEM/F12、M199、 IMDM以及L15培养基等。那你知道培养基的主要成分有哪些吗？不同组分有什么作用你了解吗？ 

碳水化合物（碳源）

培养基中的碳水化合物主要包括葡萄糖和半乳糖，部分培养基会添加麦芽糖和果糖，主要为细胞新陈代谢提供能量，维持细胞生存和生长。根据培养基葡萄糖含量可将其分为高糖培养基（4.5 g/L）和低糖培养基（1.0 g/L）。

Tips：低糖培养基适用于依赖性贴壁细胞培养，特别适用于生长速度快、附着性较差的肿瘤细胞培养；高糖培养基更适合高密度悬浮细胞培养，也适用于附着性较差，但需要保持生长点的克隆培养； 

氨基酸（氨源）

氨基酸是组成蛋白的基本单位，培养基种通常包含20种基本氨基酸，其中8种是必需氨基酸（细胞无法自身合成），满足细胞生存的氨基酸需求。谷氨酰胺作为特殊氨基酸，不仅是蛋白的组成成分，也是能量来源之一。

Tips：必需氨基酸包括赖氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、颉氨酸以及色氨酸；非必需氨基酸包括丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、酪氨酸、精氨酸、丝氨酸、脯氨酸、组氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺。

血清

血清主要为细胞提供生长因子、激素、附着因子、载体蛋白、微量元素等一系列复杂且关键的营养成分。常见血清来源有胎牛血清、小牛血清等，其中胎牛血清由于取自未出生、未接触外界抗原的胎儿牛，因此含干扰物质少、营养成分丰富且活性高，成为细胞培养的优质首选。除生长因子与激素外，血清中的附着因子如纤连蛋白、层粘连蛋白等，可吸附于培养器皿表面，为细胞提供锚定位点，助力细胞贴壁生长，对贴壁依赖性细胞培养至关重要。

维生素

维生素在细胞代谢中主要作为辅酶参与各种生化反应，例如生物素、叶酸、烟酰胺以及泛酸等，是细胞正常生长不可或缺的要素。维生素可分为水溶性（主要为B族维生素、叶酸、生物素、维生素C登）和脂溶性（包括维生素A、D、E、K等）两大类，细胞培养基中的维生素主要包含B族维生素。由于不同细胞系对维生素需求差异较大，通常需要进行针对性优化。

Tips：维生素对强光、高温、空气暴漏敏感，因此培养基保存需注意暗光和低温保存。

无机盐

无机盐主要作为缓冲液成分，主要通过离子缓冲对保持细胞生理所需的是渗透压和pH平衡，避免细胞出现皱缩或膨胀。培养基主要盐离子成分为Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺。其中Na⁺是细胞外液主要离子，直接决定细胞渗透压稳定性；K⁺是细胞内液主要离子，主要参与激活酶活性和调节内环境pH平衡；Ca²⁺参与细胞黏着、信号转导和肌肉收缩等过程；Mg²⁺则参与细胞贴附基质和作为酶反应的辅助因子。

Tips：培养悬浮细胞时，为了减少细胞的聚集和附着，要减少Ca²⁺的浓度。

微量元素

微量元素如铁、锌、铜、硒等作为多种酶的辅因子，参与细胞的抗氧化、能量代谢和DNA合成等过程。铜参与调控乳酸代谢和线粒体功能，推荐浓度0.8-100 μM; 铁参与氧气转运过程，推荐浓度10-110 μM；锌能够提高抗体生产率，降低细胞凋亡，推荐浓度3-60 μM；锰能够增加位点，提高半乳糖基化，降低唾液酸化，推荐浓度0.4-40 μM；钼能够增加生理活性物质产生，推荐浓度0.001-0.1 μM；硒是谷胱甘肽过氧化物酶的辅基，具有抗过氧化物能力，能够保护细胞免受氧化应激损害，促进铁转运，推荐浓度0.005-0.5 μM；钒能够模拟胰岛素和胰岛素类似物代谢功能，促进细胞生长，推荐浓度0.1-70 μM; 钴是维生素B12的组成部分，参与叶酸的合成和脂肪酸的合成，推荐浓度0-50 μM。

生长因子和激素

生长因子是由细胞分泌的多肽类物质，通过与特定受体结合激活信号通路，调控细胞增殖、分化与功能。如表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、胰岛素样生长因子（IGF）等，能够特异性地促进某些类型细胞的增殖和分化；激素则对维持细胞生长和功能具有关键调节作用。如胰岛素可促进葡萄糖摄取及蛋白质合成；氢化可的松能够调节细胞代谢和应激反应。

抗生素

抗生素主要用于防止细菌污染，但抗生素可能对某些细胞类型产生毒性，且可能掩盖低水平污染。细胞培养基常用抗生素包括：

青霉素-链霉素（Penicillin-Streptomycin）：是最常用的抗生素，对革兰氏阴性菌和阳性菌具有联合抗菌作用。青霉素能够干扰细菌细胞壁合成，针对革兰氏阳性菌；链霉素能够与细菌核糖体30S亚基结合，抑制蛋白合成。

两性霉素B（Amphotericin B）：主要用于防止真菌污染。两性霉素B能与真菌细胞膜上的麦角甾醇结合，破坏细胞膜和正常代谢从而抑制真菌生长，但对于细菌无效。

缓冲体系

细胞培养基中含大量阴离子成分如PO₄^-、Cl^-和HCO₃^-，主要作用为调节pH保持在细胞生长合适范围。例如HCO₃^-通过与CO₂形成缓冲体系，当培养基中 H⁺浓度升高，HCO₃⁻会与之结合；当 H⁺浓度降低，碳酸则会继续解离补充 H⁺，从而维持培养体系pH稳定。此外，羟乙基哌嗪乙硫氨酸（HEPES）是另一种不需要以来CO₂的常用缓冲体系。通常用于需要脱离 CO₂培养箱进行长时间细胞操作或是针对对 CO₂敏感的细胞类型使用。

pH指示剂

酚红是细胞培养基中最常用的指示剂，能够直观反映培养基pH变化。酚红在pH＜6.8时为黄色；pH在7.2-7.6时为红色；pH＞8.2时为紫色。因此可以通过培养基颜色变化，快速判断培养基pH状态。伴随细胞生长，培养基pH逐渐降低，颜色变黄；此外，若培养基迅速变黄，则提示可能存在细菌污染，导致培养基酸化。若培养基开封过久，培养基内的CO₂慢慢溢出，使培养基 pH 偏向碱性，进而导致酚红指示的颜色变为紫色，则提示培养基 pH 已发生变化，需要重新调整 pH 或更换新的培养基。 

Tips：对于需进行光谱分析或者流失检测等试验，酚红可能干扰实验结果，此时可选择溴甲酚紫或者酚酞等指示剂。

其他成分

培养基中的肽、核苷、嘌呤、柠檬酸循环中间产物、脂类及血清替代因子等成分可进行克隆化培养和维持特殊细胞系的生长。例如转铁蛋白能够结合铁，促进细胞对铁离子的吸收，并具有解毒作用，其促生长作用可能与其具有生长因子的功能有关；胰岛素可促进细胞对葡萄糖和氨基酸的利用；细胞生长因子以重组蛋白形式添加到培养基中，主要用来刺激细胞增殖，并可促进糖元和脂肪酸的合成；乙醇胺是一种重要的刺激细胞生长的化合物，是脑磷酸的合成前提。

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