在最開始：細(xì)胞生長(zhǎng)究竟需要什么？

實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的細(xì)胞從原核到真核，從微生物到復(fù)雜的人源，從健康到病理，其本身的代謝方式、原生環(huán)境各不相同，而實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊哺饔星铩ｏ@而易見的一點(diǎn)是：要收獲足量目的細(xì)胞，需要投給細(xì)胞所需要的營(yíng)養(yǎng)物；要完美完成實(shí)驗(yàn)，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)培養(yǎng)體系。因此，綜合考慮細(xì)胞自身的性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)需求設(shè)計(jì)或選擇培養(yǎng)基，以確保細(xì)胞在正確的生長(zhǎng)狀態(tài)，以保證理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

各種培養(yǎng)基成分的功能

首先，我們需要了解培養(yǎng)基中有哪些成分，而這些成分在培養(yǎng)體系中又發(fā)揮何種功能：

1、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

● 葡萄糖與氨基酸：維持細(xì)胞正常的營(yíng)養(yǎng)代謝、生長(zhǎng)與增殖的必需物質(zhì)；

● 生長(zhǎng)因子：對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)有調(diào)節(jié)功能，包括但不限于刺激分化、抑制分化等。

2、添加成分

● 抗生素：用于抑制細(xì)菌污染，常用雙抗（青霉素-鏈霉素）。但注意只是抑制，不能保證完全阻止細(xì)菌污染；

● 選擇性抗生素：用于篩選特定細(xì)胞的需求（如篩選帶有抗生素標(biāo)記基因的目的細(xì)胞）；

● 血清：提供生長(zhǎng)因子等更復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)成分；

● pH指示劑等標(biāo)志物：用于直觀表現(xiàn)培養(yǎng)基狀態(tài)。

圖片來源：https://www.eppendorf.com/fj-en/beyond-science/method-applications/cell-biology/how-to-select-the-right-cell-culture-media/

3、支持與附著

● 膠原蛋白、纖維連接蛋白或其他細(xì)胞外基質(zhì)蛋白等附著因子：用于黏附性細(xì)胞的附著培養(yǎng)；

● 瓊脂：用于使培養(yǎng)基凝固。

因此我們知道，在培養(yǎng)基中即便是水和瓊脂也不是隨便加的，每一種成分都有其意義。在選擇的時(shí)候也應(yīng)“因地制宜”，根據(jù)細(xì)胞自身的性質(zhì)選擇適宜其生長(zhǎng)的培養(yǎng)基。

細(xì)胞自身的性質(zhì)

1、細(xì)胞類型

從傳代狀況考慮：原代細(xì)胞、細(xì)胞系或干細(xì)胞有不同的營(yíng)養(yǎng)需求。

● 原代細(xì)胞

原代細(xì)胞是直接從組織中分離出的細(xì)胞，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境通常有較高的要求，需要模擬其原生環(huán)境，需要考慮包括如血清中的生長(zhǎng)因子、粘附蛋白和其它營(yíng)養(yǎng)成分。

1.  可能需要特定細(xì)胞外基質(zhì)涂層以模擬體內(nèi)環(huán)境；

2.  高濃度的血清用以提供足夠的生長(zhǎng)因子和激素。

● 細(xì)胞系

細(xì)胞系經(jīng)過體外傳代培養(yǎng)，已適應(yīng)于體外生長(zhǎng)。因此對(duì)營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)條件的要求較寬松。

1.  可能不需要高濃度的血清或特定的細(xì)胞外基質(zhì)；

2.  一些細(xì)胞系可能已經(jīng)失去了對(duì)某些生長(zhǎng)因子的依賴性，可以在更簡(jiǎn)化的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)。

● 干細(xì)胞

1.  干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞，維持其未分化狀態(tài)和自我更新的能力是培養(yǎng)的重點(diǎn)，通常需要特殊的培養(yǎng)條件；

2.  需要富含特定生長(zhǎng)因子（分化抑制）的培養(yǎng)基，如LIF（白血病抑制因子）或bFGF（堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子）；

3.  通常需要無血清培養(yǎng)基，以排除血清中分化因子的影響；

4.  可能需要特定的細(xì)胞外基質(zhì)或涂層以支持其生長(zhǎng)和未分化狀態(tài)。

圖片來源：https://microbenotes.com/types-of-cells/

從細(xì)胞來源考慮：人類、動(dòng)物或植物細(xì)胞可能需要特殊的生長(zhǎng)因子或激素。細(xì)菌、真菌等微生物有特殊的營(yíng)養(yǎng)需求。在此只介紹區(qū)別：

● 人源細(xì)胞

1.  某些人源細(xì)胞（如干細(xì)胞）對(duì)生長(zhǎng)因子有需求，如用以維持其未分化狀態(tài)或促進(jìn)增殖；

2.  一些細(xì)胞（如上皮細(xì)胞）對(duì)附著物有需求，需要在涂有膠原蛋白、纖維連接蛋白等的培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)以提供足夠的附著力。

● 動(dòng)物源細(xì)胞

與人源細(xì)胞類似，對(duì)血清與生長(zhǎng)因子有一定需求。此外需要注意物種特異性，某些動(dòng)物細(xì)胞可能需要特定物種的生長(zhǎng)因子或激素。

● 細(xì)菌等微生物

1.  特殊的能量源：由于細(xì)菌的代謝方式千變?nèi)f化，需要提供包括但不限于碳源（如葡萄糖）、氮源（如氨或硝酸鹽）甚至含硫化合物等礦物質(zhì)以維持細(xì)菌的能量代謝；

2.  可能需要根據(jù)厭氧特性或光合作用的需求設(shè)計(jì)培養(yǎng)基；

3.  細(xì)菌培養(yǎng)通常有如富集培養(yǎng)（增殖培養(yǎng)，提高特定種的數(shù)量比例引向純培養(yǎng)）、差異培養(yǎng)（通過顏色變化區(qū)分不同種類）、選擇性培養(yǎng)（選擇性培養(yǎng)特定種并抑制其它種的生長(zhǎng)）等進(jìn)一步需求，需要通過培養(yǎng)基的配方實(shí)現(xiàn)。

● 真菌

1.  真菌培養(yǎng)基可能會(huì)添加抗細(xì)菌的藥物以確保只有真菌能夠生長(zhǎng)；

2.  真菌往往在酸性環(huán)境下生長(zhǎng)得更好，因此真菌培養(yǎng)基的pH通常需要調(diào)節(jié)到偏酸性；

3.  真菌通常需要固體培養(yǎng)基以觀察其典型的菌落形態(tài)和孢子形成。

● 植物細(xì)胞

1.  植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與動(dòng)物大不相同，由于液泡的存在，對(duì)無機(jī)鹽有較高的需求，其培養(yǎng)基通常應(yīng)含有高濃度的無機(jī)鹽，以及硝酸鹽和磷酸鹽作為氮源和磷源；

2.  植物激素也與動(dòng)物不同，需注意是否需要添加如生長(zhǎng)素（如吲哚乙酸IAA）和細(xì)胞分裂素（如激動(dòng)素KT）等植物激素用于調(diào)控植物細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化；

3.  植物細(xì)胞和組織培養(yǎng)需要固體培養(yǎng)基，需要添加瓊脂或其他凝固劑。這是出于植物生理與植物結(jié)構(gòu)考慮，需要支持結(jié)構(gòu)并減少細(xì)胞移動(dòng)；

4.  在培養(yǎng)基之外，由于光合作用的存在，植物細(xì)胞培養(yǎng)可能還需要適當(dāng)?shù)墓庹諚l件。

2、細(xì)胞狀態(tài)

除了細(xì)胞的類型與來源，我們還要考慮細(xì)胞接下來的生長(zhǎng)與增殖行為。我們知道，細(xì)胞在進(jìn)行分裂與只是維生時(shí)對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求大不相同，因此還需要考慮細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)。

● 未分化的干細(xì)胞

1.  需要特定生長(zhǎng)因子，如基纖維生長(zhǎng)因子（bFGF）和表皮生長(zhǎng)因子（EGF），以及抑制分化的化合物，以抑制分化傾向

2.  此外可能還需要低細(xì)胞黏附性表面減少細(xì)胞與培養(yǎng)容器表面的黏附，或更進(jìn)一步的3D培養(yǎng)系統(tǒng)，以模擬體內(nèi)微環(huán)境，防止細(xì)胞分化。

● 需要增殖

1.  細(xì)胞增殖需要大量營(yíng)養(yǎng)支持，所用培養(yǎng)基應(yīng)富含維生素、氨基酸、糖類、生長(zhǎng)因子和動(dòng)物血清（如胎牛血清）等，以促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂。

2.  此外可能還需要適當(dāng)?shù)募?xì)胞黏附性表面和生長(zhǎng)因子，如血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）或細(xì)胞間黏附分子（ICAM）來刺激增殖。

● 需要分化

1.  誘導(dǎo)細(xì)胞分化需要特定信號(hào)分子，如激素（如視黃酸、甲狀腺激素）、礦物質(zhì)（如鈣），有時(shí)需要降低或去除促進(jìn)增殖的生長(zhǎng)因子，以允許細(xì)胞停止增殖并開始分化。

2.  某些類型的細(xì)胞的分化（如肌肉或骨細(xì)胞）過程可能需要使用3D支架或基質(zhì)，以提供適當(dāng)?shù)奈锢砗突瘜W(xué)信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

除了針對(duì)細(xì)胞的需求設(shè)計(jì)成分，還需要考慮實(shí)驗(yàn)本身的目的。如用SILAC標(biāo)記法做組學(xué)研究，雖然只需要將細(xì)胞收獲進(jìn)行后續(xù)裂解，但由于同位素標(biāo)記的需要，在培養(yǎng)基中需要加入特定的同位素氨基酸。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)和目的也會(huì)影響到培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)。

● 只需基礎(chǔ)生長(zhǎng)或維持

1.  只需基礎(chǔ)必需營(yíng)養(yǎng)成分

2.  減少或無血清。因?yàn)檠甯缓L(zhǎng)因子等物質(zhì)，減少或不使用有助于減少實(shí)驗(yàn)變異性，提高可控性

3.  為了防止細(xì)菌污染，可以添加抗生素

● 后續(xù)有特殊實(shí)驗(yàn)需求，如藥物篩選、基因表達(dá)研究

需根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行調(diào)整，主要考慮的方面包括但不限于去除或減少變異源（如血清）、添加特定標(biāo)志物（如SILAC需要同位素氨基酸標(biāo)記）、可能需要完全定義的培養(yǎng)基（不含任何動(dòng)物來源的成分）等各種情況。

這里還截取了一份不同細(xì)胞的建議培養(yǎng)基和血清列表。