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详细解析细胞培养基的基本组成

  细胞培养基必须含有充分的营养物质,才能满足新细胞合成、细胞代谢等生化反应所需要的物质和能量。细胞培养基的主要成份是水、氨基酸、维生素、碳水化合物、无机盐和其它一些辅助营养物质等。此外,还可能含有血清、血清替代成分、pH指示剂等。
 
  细胞培养基的基本组分:
  1、水:
  水是细胞的主要成份,也是细胞赖以生存的主要环境。细胞培养液中90%以上的成份是水。细胞对水的品质非常敏感,水的品质将直接影响细胞培养的效果。而水中通常含有重金属、氯、磷、有机物、热原等污染物,细胞培养用水须经过纯化,品质应符合中国药典注射用水标准或者超纯水的标准。
 
  2、能源和碳源:
  能源和碳源是用于维持细胞生命和支持细胞生长,主要包括糖、糖酵解的产物和谷氨酰胺,其他氨基酸是次要的能源和碳源物质。细胞能够利用的糖类主要是六碳糖,目前大多体外培养时选取葡萄糖作为细胞的主要碳源和能量来源,因此细胞培养基中基本都含有葡萄糖,含量一般为5~25mmol/L。
  在葡萄糖浓度较高时,细胞主要通过扩散作用吸收葡萄糖,细胞膜内外的葡萄糖浓度梯度是细胞吸收葡萄糖的动力;在葡萄糖浓度较低时,主要由钠离子推动的高亲和性转运过程使细胞摄取葡萄糖。葡萄糖进入细胞后参与糖酵解、核酸代谢、糖原合成、能量代谢以及一些氨基酸的合成。与体内的能量供应途径不同,体外培养时,一定的浓度范围条件下,葡萄糖主要经糖酵解循环转化成乳酸来为细胞提供能量。
 
  3、氮源(氨基酸):
  氨基酸在细胞内的重要生理作用主要体现在以下几个方面:
  a、是蛋白质的基本组成单位,用于合成蛋白质和多肽;
  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、某些氨基酸还具有独特的生理作用,如甘氨酸参与生物转化作用,丙氨酸和谷氨酰胺参与细胞内氨的运输等;
  d、可转变成糖类和脂肪,参与氧化供能。
  
  4、维生素:
  维生素是维持细胞生长的生物活性物质,在细胞代谢中起调节及控制作用。维生素可分为水溶性和脂溶性两类,水溶性维生素主要包括泛酸、维生素B12、叶酸、烟酰胺、吡哆醛、硫胺素、核黄素、维生素C、胆碱、肌醇等;脂溶性维生素主要包括维生素A、D、 E、K等;有的培养液中还直接采用ATP和辅酶A;大部分培养基中还有生物素。
 
  5、无机盐:
  无机盐是细胞维持生命活动所不可缺少的营养成分,主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、PO43—、SO42—、HCO3-等,主要作用为维持细胞培养液渗透压平衡,参与细胞的代谢活动。此外,通过提供钠,K+和Ca2+,帮助细胞调节细胞膜功能。Na+是细胞外液中主要的阳离子,对维持渗透压的恒定有决定性的作用,还与Cl-共同参与生物电活动、维持水平衡和酸碱平衡等。K+主要分布在细胞内液,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。
 
  6、其他添加成分:
  在低血清、无血清细胞培养基中,为满足细胞生长增殖需要,常常添加一些成份:蛋白质、多肽、核苷、嘌呤、柠檬酸循环的中间产物、脂类、及一些血清替代因子等。其中蛋白质具有重要的作用,动物细胞对许多物质的摄取需要借助蛋白质的传递作用,如白蛋白、传递蛋白、贴壁蛋白等能够携带脂肪酸、激素、矿物质等促进细胞生长。转铁蛋白是一种重要的传递蛋白,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,商业化中一些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。
 
  7、保护剂:
  细胞保护剂是保护细胞免受渗透压变化、剪切力、氧化及气泡作用等引起的损伤的物质。在使用生物反应器培养动物细胞时,细胞易被机械搅拌和通气鼓泡产生的流体剪切力和气泡作用所伤害甚至破损死亡。为降低这种损伤,除优化生物反应器结构和生产工艺外,可在细胞培养液中添加一些保护剂。其主要是通过改变细胞培养基物性或是对细胞具有保护作用的物质,常用的种类有血清、白蛋白、聚已二醇(PEG)、非离子性表面活性剂PluronicF68或是其他一些高分子聚合物等。

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