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无血清培养基的概述

  

 1、基本介绍

无血清培养基是在合成培养基的基础上发展起来的,与传统的培养基相比,既能满足细胞在体外长时间培养的要求,又能避免动物血清所带来的不利因素。无血清培养基的发展历程一般分为无血清培养基(Serum-Free Medium,SFM)、无动物源培养基(Animal Component Free Medium,ACFM)、无蛋白培养基(Protein-Free Medium,PFM)及化学成分限定培养基(Chemically Defined Medium,CDM)等四类。这里所提到的主要指第一类无血清培养基。

 

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在使用无血清培养基时,有些细胞需要逐渐适应,即先将原来的培养基与无血清培养基混合培养,渐渐地再转为完全的无血清培养基培养。有些贴壁生长的细胞,复苏时也可用少量的血清先培养,因为血清可助细胞贴壁,然后再换成无血清培养基。

 

2、主要成分

无血清培养基由营养较完全的基础培养基和补充因子组成。

 

2.1、基础培养基

在不同细胞培养时,根据细胞需求对成分已知的基础培养基组分进行适当调整即可使细胞更好地生长并提高目的产物的表达量。大多数人工合成的培养基使用的是Ham F12/DMEM培养液(1:1等体积混合),然后补加15Mm的HEPES,1.2g/L NaHCO3。

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2.2、主要补充因子

补充因子是代替血清的各种因子的总称。多数无血清培养液必须补加3-8种因子。胰岛素、亚硒酸钠和转铁蛋白是必须补充因子,其他多数为辅助作用的因子。按其功能不同,补充因子可分为五类:

 

  • 激素和生长因子。很多细胞用无血清培养时需要加入激素,如胰岛素、生长激素、胰高糖素等。胰岛素是重要的细胞存活因子,与细胞上的胰岛素受体结合后可促进RNA、蛋白质和脂肪酸的合成,抑制细胞凋亡。此外,雌二醇、孕酮、氢化可的松等也是无血清培养基中常添加的补充因子。

 

  • 结合蛋白。常见如转铁蛋白和牛血清白蛋白。转铁蛋白与细胞上的转铁蛋白受体结合是细胞获取铁元素的主要来源。白蛋白与脂类、激素、维生素、金属离子和生长因子结合后可调节上述物质在无血清培养基中活性的作用,此外,由于牛血清白蛋白一般添加量比较大,可增加培养基的粘度,保护细胞免受机械损伤。

 

  • 贴壁因子。许多细胞必须贴壁才能生长,这种情况下无血清培养基中一定要添加促贴壁和扩展因子,一般为细胞外基质,如纤粘连蛋白、胶原蛋白等。它们还是重要的分裂素以及维持正常细胞功能的分化因子,对许多细胞的繁殖和分化,起着重要作用。纤粘连蛋白主要促进来自中胚层细胞的贴壁与分化,这些细胞包括成纤维细胞、肉瘤细胞、粒细胞、肾上皮细胞、肾上腺皮质细胞、CHO细胞、成肌细胞、CHO细胞等。

 

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  • 酶抑制剂。培养贴壁生长的细胞,需要用胰酶消化传代,在无血清培养基中必不可少须含酶抑制剂,以终止酶的消化作用,达到保护细胞的目的。最常用的是大豆胰酶抑制剂。

 

  • 其他补充因子。一些细胞培养使用的无血清培养基还需要补充微量元素、维生素、脂类等低分子量物质。

 

3、优缺点

3.1、优点

1)避免血清不同批次间的质量差异,提高细胞培养实验结果的一致性;

2)避免血清对细胞的毒性作用和血清源性污染;

3)避免血清组分对实验研究的影响;

4)有利于体外培养细胞的分化;

5)可提高目的蛋白的表达量并使产品易于分离纯化;

6)组分稳定,可大量生产;

7)不含有丝分裂原抑制剂,可以促进细胞增殖。

 

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3.2、缺点

1)细胞易受某些机械和化学因素的影响,培养基应用不如传统的合成培养基方便;

2)成本高;

3)针对性很强,一种无血清培养基仅适合某一类细胞的培养;

4)不同细胞对培养及营养成分的需求不同;

5)虽然不添加动物血清,但为了细胞的生长,培养基中依然包含大量动植物来源蛋白,添加物质的化学成分也不够明确。

 

4、应用

4.1、生产生物制品

目前,生产生物活性蛋白、疫苗、单克隆抗体和基因治疗药物的表达载体等生物制品时一般都采用可高密度生长的动物工程细胞。无血清培养技术的运用,给动物工程细胞提供了更优的条件,进而表达更多的目的产物,并有利于后续目的产物的分离和纯化。

 

4.2、基础研究领域

虽然基础培养基加少量血清所配制的完全培养基可以满足大部分细胞培养的要求,但对有些实验却不适合。如,在利用DC肿瘤疫苗治疗时,所需要的树突状细胞和用于抗原致敏的肿瘤细胞,往往在胎牛血清(Fetal Calf Serum,FCS)中进行培养,这使得很难分辨哪些免疫应答是由血清引起而非真正的先天免疫系统的作用,需要使用成分明确的无血清培养基排除动物血清的干扰。

无血清培养基
相关参考
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