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詳細解析細胞培養基的基本組成

  細胞培養基必須含有充分的營養物質,才能滿足新細胞合成、細胞代謝等生化反應所需要的物質和能量。細胞培養基的主要成份是水、氨基酸、維生素、碳水化合物、無機鹽和其它一些輔助營養物質等。此外,還可能含有血清、血清替代成分、pH指示劑等。
 
  細胞培養基的基本組分:
  1、水:
  水是細胞的主要成份,也是細胞賴以生存的主要環境。細胞培養液中90%以上的成份是水。細胞對水的品質非常敏感,水的品質將直接影響細胞培養的效果。而水中通常含有重金屬、氯、磷、有機物、熱原等污染物,細胞培養用水須經過純化,品質應符合中國藥典注射用水標準或者超純水的標準。
 
  2、能源和碳源:
  能源和碳源是用于維持細胞生命和支持細胞生長,主要包括糖、糖酵解的產物和谷氨酰胺,其他氨基酸是次要的能源和碳源物質。細胞能夠利用的糖類主要是六碳糖,目前大多體外培養時選取葡萄糖作為細胞的主要碳源和能量來源,因此細胞培養基中基本都含有葡萄糖,含量一般為5~25mmol/L。
  在葡萄糖濃度較高時,細胞主要通過擴散作用吸收葡萄糖,細胞膜內外的葡萄糖濃度梯度是細胞吸收葡萄糖的動力;在葡萄糖濃度較低時,主要由鈉離子推動的高親和性轉運過程使細胞攝取葡萄糖。葡萄糖進入細胞后參與糖酵解、核酸代謝、糖原合成、能量代謝以及一些氨基酸的合成。與體內的能量供應途徑不同,體外培養時,一定的濃度范圍條件下,葡萄糖主要經糖酵解循環轉化成乳酸來為細胞提供能量。
 
  3、氮源(氨基酸):
  氨基酸在細胞內的重要生理作用主要體現在以下幾個方面:
  a、是蛋白質的基本組成單位,用于合成蛋白質和多肽;
  b、可用于合成某些具有重要生理作用的含氮化合物,如核酸、尼克酰胺等;
  c、某些氨基酸還具有獨特的生理作用,如甘氨酸參與生物轉化作用,丙氨酸和谷氨酰胺參與細胞內氨的運輸等;
  d、可轉變成糖類和脂肪,參與氧化供能。
  
  4、維生素:
  維生素是維持細胞生長的生物活性物質,在細胞代謝中起調節及控制作用。維生素可分為水溶性和脂溶性兩類,水溶性維生素主要包括泛酸、維生素B12、葉酸、煙酰胺、吡哆醛、硫胺素、核黃素、維生素C、膽堿、肌醇等;脂溶性維生素主要包括維生素A、D、 E、K等;有的培養液中還直接采用ATP和輔酶A;大部分培養基中還有生物素。
 
  5、無機鹽:
  無機鹽是細胞維持生命活動所不可缺少的營養成分,主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、PO43—、SO42—、HCO3-等,主要作用為維持細胞培養液滲透壓平衡,參與細胞的代謝活動。此外,通過提供鈉,K+和Ca2+,幫助細胞調節細胞膜功能。Na+是細胞外液中主要的陽離子,對維持滲透壓的恒定有決定性的作用,還與Cl-共同參與生物電活動、維持水平衡和酸堿平衡等。K+主要分布在細胞內液,對于激活某些酶是必需的,并在調節細胞內環境的酸堿平衡上也有極重要意義。
 
  6、其他添加成分:
  在低血清、無血清細胞培養基中,為滿足細胞生長增殖需要,常常添加一些成份:蛋白質、多肽、核苷、嘌呤、檸檬酸循環的中間產物、脂類、及一些血清替代因子等。其中蛋白質具有重要的作用,動物細胞對許多物質的攝取需要借助蛋白質的傳遞作用,如白蛋白、傳遞蛋白、貼壁蛋白等能夠攜帶脂肪酸、激素、礦物質等促進細胞生長。轉鐵蛋白是一種重要的傳遞蛋白,能夠結合鐵,促進細胞對鐵離子的吸收,并具有解毒作用,其促生長作用可能與其具有生長因子的功能有關。胰島素可促進細胞對葡萄糖和氨基酸的利用,商業化中一些生長因子以重組蛋白形式添加到培養基中,主要用來刺激細胞增殖,并可促進糖元和脂肪酸的合成。乙醇胺是一種重要的刺激細胞生長的化合物,是腦磷酸的合成前提。
 
  7、保護劑:
  細胞保護劑是保護細胞免受滲透壓變化、剪切力、氧化及氣泡作用等引起的損傷的物質。在使用生物反應器培養動物細胞時,細胞易被機械攪拌和通氣鼓泡產生的流體剪切力和氣泡作用所傷害甚至破損死亡。為降低這種損傷,除優化生物反應器結構和生產工藝外,可在細胞培養液中添加一些保護劑。其主要是通過改變細胞培養基物性或是對細胞具有保護作用的物質,常用的種類有血清、白蛋白、聚已二醇(PEG)、非離子性表面活性劑PluronicF68或是其他一些高分子聚合物等。

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