無血清培養基的知識與應用

1、基本介紹

無血清培養基是在合成培養基的基礎上發展起來的，與傳統的培養基相比，既能滿足細胞在體外長時間培養的要求，又能避免動物血清所帶來的不利因素。無血清培養基的發展歷程一般分為無血清培養基（Serum-Free Medium，SFM）、無動物源培養基（Animal Component Free Medium，ACFM）、無蛋白培養基（Protein-Free Medium，PFM）及化學成分限定培養基（Chemically Defined Medium，CDM）等四類。這里所提到的主要指第一類無血清培養基。

在使用無血清培養基時，有些細胞需要逐漸適應，即先將原來的培養基與無血清培養基混合培養，漸漸地再轉為*的無血清培養基培養。有些貼壁生長的細胞，復蘇時也可用少量的血清先培養，因為血清可助細胞貼壁，然后再換成無血清培養基。

2、主要成分

無血清培養基由營養較*的基礎培養基和補充因子組成。

2.1、基礎培養基

在不同細胞培養時，根據細胞需求對成分已知的基礎培養基組分進行適當調整即可使細胞更好地生長并提高目的產物的表達量。大多數人工合成的培養基如DMEM、DMEM/F12、1640

2.2、主要補充因子

補充因子是代替血清的各種因子的總稱。多數無血清培養液必須補加3-8種因子。胰島素、轉鐵蛋白是必須補充因子，其他多數為輔助作用的因子。按其功能不同，補充因子可分為五類：

• 激素和生長因子。很多細胞用無血清培養時需要加入激素，如胰島素、生長激素、胰高糖素等。胰島素是重要的細胞存活因子，與細胞上的胰島素受體結合后可促進RNA、蛋白質和脂肪酸的合成，抑制細胞凋亡。此外，雌二醇、孕酮等也是無血清培養基中常添加的補充因子。

• 結合蛋白。常見如轉鐵蛋白和牛血清白蛋白。轉鐵蛋白與細胞上的轉鐵蛋白受體結合是細胞獲取鐵元素的主要來源。白蛋白與脂類、激素、維生素、金屬離子和生長因子結合后可調節上述物質在無血清培養基中活性的作用，此外，由于牛血清白蛋白一般添加量比較大，可增加培養基的粘度，保護細胞免受機械損傷。

• 貼壁因子。許多細胞必須貼壁才能生長，這種情況下無血清培養基中一定要添加促貼壁和擴展因子，一般為細胞外基質，如纖粘連蛋白、膠原蛋白等。它們還是重要的分裂素以及維持正常細胞功能的分化因子，對許多細胞的繁殖和分化，起著重要作用。纖粘連蛋白主要促進來自中胚層細胞的貼壁與分化，這些細胞包括成纖維細胞、肉瘤細胞、粒細胞、腎上皮細胞、腎上腺皮質細胞、CHO細胞、成肌細胞、CHO細胞等。

• 酶抑制劑。培養貼壁生長的細胞，需要用胰酶消化傳代，在無血清培養基中不可少須含酶抑制劑，以終止酶的消化作用，達到保護細胞的目的。常用的是大豆胰酶抑制劑。

• 其他補充因子。一些細胞培養使用的無血清培養基還需要補充微量元素、維生素、脂類等低分子量物質。

3、優缺點

3.1、優點

1）避免血清不同批次間的質量差異，提高細胞培養實驗結果的一致性；

2）避免血清對細胞的毒性作用和血清源性污染；

3）避免血清組分對實驗研究的影響；

4）有利于體外培養細胞的分化；

5）可提高目的蛋白的表達量并使產品易于分離純化；

6）組分穩定，可大量生產；

7）不含有絲分裂原抑制劑，可以促進細胞增殖。

3.2、缺點

1）細胞易受某些機械和化學因素的影響，培養基應用不如傳統的合成培養基方便；

2）成本高；

3）針對性很強，一種無血清培養基僅適合某一類細胞的培養；

4）不同細胞對培養及營養成分的需求不同；

5）雖然不添加動物血清，但為了細胞的生長，培養基中依然包含大量動植物來源蛋白，添加物質的化學成分也不夠明確。

4、應用

4.1、生產生物制品

目前，生產生物活性蛋白、疫苗、單克隆抗體和基因治療藥物的表達載體等生物制品時一般都采用可高密度生長的動物工程細胞。無血清培養技術的運用，給動物工程細胞提供了更優的條件，進而表達更多的目的產物，并有利于后續目的產物的分離和純化。

4.2、基礎研究領域

雖然基礎培養基加少量血清所配制的*培養基可以滿足大部分細胞培養的要求，但對有些實驗卻不適合。如，在利用DC腫瘤疫苗治療時，所需要的樹突狀細胞和用于抗原致敏的腫瘤細胞，往往在胎牛血清（Fetal Calf Serum，FCS）中進行培養，這使得很難分辨哪些免疫應答是由血清引起而非真正的先天免疫系統的作用，需要使用成分明確的無血清培養基排除動物血清的干擾。