一、天然培養(yǎng)基
天然培養(yǎng)基是指來(lái)自動(dòng)物體液或利用組織分離提取的一類培養(yǎng)基，如血漿、血清、淋巴液、雞胚浸出液等。組織培養(yǎng)技術(shù)建立早期，體外培養(yǎng)細(xì)胞都是利用天然培養(yǎng)基。但是由于天然培養(yǎng)基制作過(guò)程復(fù)雜、批間差異大，因此逐漸被合成培養(yǎng)基所替代。
（一）小牛血清
用于細(xì)胞培養(yǎng)的血清主要是牛血清，培養(yǎng)某些特殊細(xì)胞也用人血清、馬血清等。選擇用牛血清培養(yǎng)細(xì)胞的原因主要是來(lái)源充足、制備技術(shù)成熟、經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn)人們對(duì)其有比較深入的理解。牛血清分為小牛血清、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小時(shí)之內(nèi)的新生牛；胎牛血清應(yīng)取自剖腹產(chǎn)的胎牛。顯然，胎牛血清是品質(zhì)最高的，因?yàn)樘ヅ＿€未接觸外界，血清中所含的抗體、補(bǔ)體等對(duì)細(xì)胞有害的成分最少。
牛血清對(duì)絕大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞都是適合的，但并不排除在培養(yǎng)某種細(xì)胞時(shí)使用其他動(dòng)物血清更合適。牛血清中含有豐富的細(xì)胞生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)成份，具有極為重要的功能。
1、血清主要作用
(1) 提供基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：氨基酸、維生素、無(wú)機(jī)物、脂類物質(zhì)、核酸衍生物等，是細(xì)胞生長(zhǎng)必須的物質(zhì)。
(2) 提供激素和各種生長(zhǎng)因子：胰島素、腎上腺皮質(zhì)激素（氫化可的松、地塞米松）、類固醇激素（雌二醇、睪酮、孕酮）等。生長(zhǎng)因子如成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、表皮生長(zhǎng)因子、血小板生長(zhǎng)因子等。
(3) 提供結(jié)合蛋白：結(jié)合蛋白作用是攜帶重要的低分子量物質(zhì)，如白蛋白攜帶維生素、脂肪、以及激素等，轉(zhuǎn)鐵蛋白攜帶鐵。結(jié)合蛋白在細(xì)胞代謝過(guò)程中起重要作用。
(4) 提供促接觸和伸展因子使細(xì)胞貼壁免受機(jī)械損傷，對(duì)培養(yǎng)中的細(xì)胞起到某些保護(hù)作用。
2、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
血清是非常復(fù)雜的混合物，成分多樣，含有各種生理平衡的分子量差別很大的生物分子，有的對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，如含有攜帶激素、礦物質(zhì)、微量元素和脂類物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等。血清能夠提供細(xì)胞貼壁因子和擴(kuò)散因子。血清中含有起穩(wěn)定作用和解毒的因子，能夠維持培養(yǎng)基的pH 值并抑制蛋白酶直接或間接的酶解。但是血清的加入也帶來(lái)了很多問(wèn)題：
(1) 血清的成份可能有幾百種之多，目前對(duì)其準(zhǔn)確的成份、含量及其作用機(jī)制仍不清楚，尤其是對(duì)其中一些多肽類生長(zhǎng)因子、激素和脂類等尚未充分認(rèn)識(shí)，這給研究工作帶來(lái)許多困難；
(2) 血清都是批量生產(chǎn)，各批量之間差異很大，而且血清保存期至多一年，因此，要保證每批血清的相似性極為困難，從而使實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化和連續(xù)性受到限制；
(3) 不能排除血清中含有易變物質(zhì)，這被認(rèn)為是“瓶中惡化”的原因之一。
(4) 對(duì)大多數(shù)細(xì)胞，在體內(nèi)狀態(tài)，血清不是它們接觸的生理學(xué)液體，只是在損傷愈合以及血液凝固過(guò)程中才接觸血清，因此使用血清有可能改變某種細(xì)胞在體內(nèi)的正常狀態(tài)，血清可能促進(jìn)某些細(xì)胞的生長(zhǎng)（成纖維細(xì)胞）同時(shí)抑制另一類細(xì)胞生長(zhǎng)（表皮細(xì)胞）。
(5) 血清含一些對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性的物質(zhì)，如多胺氧化酶，能與來(lái)自高度繁殖細(xì)胞的多胺反應(yīng)（如精胺、亞精胺）形成有細(xì)胞毒性作用的聚精胺。補(bǔ)體、抗體、細(xì)菌毒素等都會(huì)影響細(xì)胞生長(zhǎng)，甚至造成細(xì)胞死亡。
(6) 取材中可能帶入支原體、病毒，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生潛在影響。
(7) 血清的使用使得實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化困難，其中的蛋白質(zhì)使得某些轉(zhuǎn)基因蛋白生物藥品生產(chǎn)中分離純化工作很難完成。
(8) 大規(guī)模生產(chǎn)中，血清來(lái)源越來(lái)越困難，價(jià)格昂貴，是構(gòu)成生產(chǎn)成本的主要部分之一。
(9) 為了使與傳染源相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)減少到最低，存在多個(gè)國(guó)家間限制進(jìn)出口生物材料的國(guó)際法規(guī)。
（二）水解乳蛋白
水解乳蛋白（Lactalbumin Hydrolysate ）為乳白蛋白經(jīng)蛋白酶和肽酶水解的產(chǎn)物，含有豐富的氨基酸。既可用于細(xì)菌微生物培養(yǎng)，又可用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)。細(xì)胞培養(yǎng)中一般為0.5％水解乳蛋白（經(jīng)平衡鹽溶解）與合成培養(yǎng)基（如MEM）按1:1混合使用。
目前在生產(chǎn)中主要用于低鼠腎細(xì)胞等細(xì)胞的培養(yǎng)和維持。但是水解乳蛋白的使用也給生物制品的生產(chǎn)帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。首先由于水解乳蛋白系或者制品帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。其次水解乳蛋白及含有動(dòng)物組分培養(yǎng)基的使用，使生物制品下游處理變得復(fù)雜，這對(duì)于蛋白質(zhì)藥物顯得更加重要。因?yàn)閺膭?dòng)物細(xì)胞中生產(chǎn)生物藥品，其面臨的最大困難就是如何去除內(nèi)源或同源蛋白。不確定的成分，像動(dòng)物肽類物質(zhì)的引入，勢(shì)必會(huì)增加提取、分離、純化的步驟，一方面使成本提高，另一方面也會(huì)影響生物制品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
二、平衡鹽溶液
平衡鹽溶液（balanced salt solution，BSS ）簡(jiǎn)稱鹽溶液，集緩沖液的緩沖能力、生理鹽水的等滲性以及培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)特點(diǎn)于一體，兼具維持滲透壓、緩沖和調(diào)節(jié)溶液的酸堿度、同時(shí)供給細(xì)胞生存所必需的能量和無(wú)機(jī)離子成分的作用。各種BSS的緩沖系統(tǒng)有所不同，其中以Hank’s液和Earle’s液為例，它們主要差別在于碳酸氫鈉的水平,在Earle’s (2.2 g/L)中比在Hank’s (0.35 g/L) 中高。碳酸氫鈉需用高水平的CO2平衡，以維持溶液的pH值。Eagles液在空氣水平的CO2 中，溶液會(huì)變堿，Hank’s液在CO2培養(yǎng)箱中會(huì)變酸。如果希望在CO2培養(yǎng)箱中保存組織，需要用Earle’s液，。如果僅僅是清洗將要在細(xì)胞培養(yǎng)基中儲(chǔ)存的組織，用Hank’s液就可以了。
一些BSS含有的Ca2+、Mg2+是細(xì)胞膜的重要組成成分，同時(shí)參與許多重要的細(xì)胞功能活動(dòng)。但它們有使細(xì)胞凝集的作用，在配制分散細(xì)胞的消化液和特殊用途的細(xì)胞洗滌時(shí)，宜采用Ca2+、Mg2+含量較低的Dulbecco液或無(wú)Ca2+、Mg2+的D-Hanks液，或者PBS液。
三、基礎(chǔ)培養(yǎng)基
1、概述
基礎(chǔ)細(xì)胞培養(yǎng)基主要包括199、MEM、RPMI-1640、DMEM 、DMEM/F12等。主要成分是氨基酸、維生素、碳水化合物、無(wú)機(jī)鹽和其它一些輔助物質(zhì)。人工合成培養(yǎng)基使用時(shí)還需添加一定量的血清使細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖。
2、組成及作用
氨基酸：組成蛋白質(zhì)的基本單位。不同的細(xì)胞對(duì)氨基酸的需求各異，但幾種必需氨基酸細(xì)胞自身不能合成，必須依靠培養(yǎng)液提供，如組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、半胱氨酸、酪氨酸等。其余非必需氨基酸，細(xì)胞可以自己合成，或通過(guò)轉(zhuǎn)氨作用由其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來(lái)。絕大部分細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺有較高的要求，因?yàn)楣劝滨０肥亲鳛槟茉醇疤荚次镔|(zhì)同時(shí)被細(xì)胞利用，是是細(xì)胞合成核酸和蛋白質(zhì)必需的氨基酸，在缺少谷氨酰胺時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)不良而死亡，所以各種培養(yǎng)液中都含有較多的谷氨酰胺。細(xì)胞所能利用的氨基酸是L型同分異構(gòu)體，D型氨基酸不能被利用。
維生素：維持細(xì)胞生長(zhǎng)的一種生物活性物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞代謝有重大作用。它們?cè)诩?xì)胞中大多形成酶的輔基或輔酶，沒(méi)有它們，酶便沒(méi)有活性，代謝活動(dòng)將無(wú)法進(jìn)行。維生素分為水溶和脂溶兩大類，的培養(yǎng)液中直接采用ATP和輔酶A。
葡萄糖：大部分培養(yǎng)基都以葡萄糖作為能量來(lái)源之一。
無(wú)機(jī)鹽：維持培養(yǎng)基滲透壓平衡，參與細(xì)胞的代謝活動(dòng)。主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。Na+是細(xì)胞外液中最主要的陽(yáng)離子，對(duì)維持滲透壓的恒定有決定性的作用。K+主要分布在細(xì)胞內(nèi)液，細(xì)胞內(nèi)K+對(duì)于激活某些酶是必需的，并在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的酸堿平衡上也有極重要意義。Ca2+在細(xì)胞外液中的作用是將組織內(nèi)部細(xì)胞之間相互粘著，在細(xì)胞內(nèi)參與許多重要的細(xì)胞生理活動(dòng)，如傳導(dǎo)、參與肌肉細(xì)胞收縮等。在懸浮培養(yǎng)時(shí)，為了減少細(xì)胞的聚集和附著，要減少Ca2+的濃度。
Mg2+是構(gòu)成細(xì)胞間質(zhì)的重要成分，對(duì)于細(xì)胞間相互穩(wěn)定結(jié)合有很重要的意義。磷的化合物對(duì)細(xì)胞物質(zhì)代謝和生理功能調(diào)控有重要作用。
其他成分：肽、核苷、嘌呤等?？蓭椭?xì)胞的克隆化培養(yǎng)及維持某些特殊細(xì)胞系的生長(zhǎng)。
四、低血清細(xì)胞培養(yǎng)基
1、概述
營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基是維持細(xì)胞活性及高密度生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，營(yíng)養(yǎng)缺乏容易引起細(xì)胞凋亡，新生牛血清中所含大部分營(yíng)養(yǎng)成分可以通過(guò)化學(xué)成分明確的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸維生素等成分組合取代。低血清培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分大優(yōu)于基礎(chǔ)培養(yǎng)基，僅需添加1％～5％新生牛血清，而對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、形態(tài)、活性和功能沒(méi)有影響甚至有所改善。
在國(guó)外低血清培養(yǎng)基早已有之，如Gibco等。但是他們的低血清培養(yǎng)基是在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中選擇性的加入重組胰島素（recombinant insulin）、人源轉(zhuǎn)鐵蛋白（human (holo) tran- sferrin）以及牛血清白蛋白等，有些還包含一些生長(zhǎng)因子，這些重組蛋白和動(dòng)物來(lái)源成分對(duì)生物制品的安全性有很大影響。成本低。
2、應(yīng)用案例
采用199(SLM)、MEM(SLM)和DMEM（SLM）低血清培養(yǎng)基分別培養(yǎng)Vero細(xì)胞、BHK21細(xì)胞和CHO細(xì)胞，新生牛血清用量可以從10％降至3％，減少新生牛血清使用批次和批間差的影響，減少生物制品純化損失，減少由于不確定蛋白或者其它血清組分帶來(lái)干擾和差異的風(fēng)險(xiǎn)，提高制品安全性。低血清培養(yǎng)基可以在方瓶、3L轉(zhuǎn)瓶、15L 轉(zhuǎn)瓶及生物反應(yīng)器中培養(yǎng)細(xì)胞，在疫苗生產(chǎn)中可以達(dá)到低血清高密度的培養(yǎng)效果。
低血清培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分優(yōu)于基礎(chǔ)培養(yǎng)基，易使細(xì)胞增殖迅速，代謝旺盛，代謝產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞有不良影響，易產(chǎn)生細(xì)胞老化脫落現(xiàn)象。因此需要適當(dāng)增加換液次數(shù)，增加傳代頻率。獲取同樣的細(xì)胞量，用低血清培養(yǎng)基將比用傳統(tǒng)培養(yǎng)基縮短近1/3 的時(shí)間，可提高生產(chǎn)效率。
采用199(SLM)低血清培養(yǎng)基培養(yǎng)Vero細(xì)胞分泌狂犬疫苗病毒，滴度明顯高于采用199 培養(yǎng)基傳統(tǒng)培養(yǎng)獲得的滴度。采MEM(SLM)低血清培養(yǎng)基BHK21細(xì)胞，在本實(shí)驗(yàn)情況下12 代內(nèi)細(xì)胞形態(tài)和致密度均優(yōu)于MEM培養(yǎng)基傳統(tǒng)培養(yǎng)情況，因而可以預(yù)期其產(chǎn)生的口蹄疫、甲肝等疫苗生產(chǎn)的病毒產(chǎn)量將提高。低血清培養(yǎng)基用于反應(yīng)器Vero細(xì)胞狂犬疫苗的生產(chǎn)，實(shí)踐證明效果良好。采DMEM（SLM）低血清培養(yǎng)基添加1％小牛血清在轉(zhuǎn)瓶中培養(yǎng)CHO細(xì)胞生產(chǎn)EOP，可提高收液次數(shù)，每次收液表達(dá)量明顯提高。
五、無(wú)血清細(xì)胞培養(yǎng)基
1、概述
無(wú)血清培養(yǎng)基是用來(lái)在無(wú)血清條件下生長(zhǎng)特殊類型的細(xì)胞或進(jìn)行專門(mén)應(yīng)用的培養(yǎng)基。一般是由基礎(chǔ)培養(yǎng)基和替代血清的補(bǔ)充因子組成。無(wú)血清培養(yǎng)基中沒(méi)有添加血清，但含有個(gè)別蛋白或大量蛋白組分。無(wú)血清培養(yǎng)基與無(wú)蛋白培養(yǎng)基的區(qū)別在于培養(yǎng)基中沒(méi)有添加蛋白，但含有一些動(dòng)物或植物來(lái)源成分，如低分子量肽的水解物。還有一種化學(xué)限定培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中不含有蛋白、水解產(chǎn)物或未知結(jié)構(gòu)的組分，所有成分均有已知的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
2、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
1） 未知組分少；
2） 培養(yǎng)基中不存在血清中的抗體、補(bǔ)體等成分，對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞影響?。?br />
3） 雜蛋白含量少，生產(chǎn)的產(chǎn)品后期處理較容易，例如疫苗生產(chǎn)由于人用疫苗需要純化減少雜蛋白，純化過(guò)程中成本消耗很大，疫苗的損失也很大；
4） 無(wú)血清培養(yǎng)既可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的大規(guī)模懸浮培養(yǎng)，增加培養(yǎng)液的利用率，可以采用發(fā)酵罐培養(yǎng)減少了人力消耗。
缺點(diǎn)：
目前為止不是所有的細(xì)胞都能在無(wú)血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)。無(wú)血清培養(yǎng)基的某些組分價(jià)格昂貴，導(dǎo)致無(wú)血清無(wú)法工業(yè)推廣的主要原因。
北京百歐博偉生物技術(shù)有限公司的中國(guó)微生物菌種查詢網(wǎng)提供微生物菌種保藏、測(cè)序、購(gòu)買等服務(wù),是中國(guó)微生物菌種保藏中心的服務(wù)平臺(tái)，并且是集微生物菌種、菌種,ATCC菌種、細(xì)胞、培養(yǎng)基為一體的大型微生物查詢類網(wǎng)站，自設(shè)設(shè)備及技術(shù)的微生物菌種保藏中心！歡迎廣大客戶來(lái)詢！