30 多年來，生物產業一直在為許多細胞類型開發專門的細胞培養基，包括原代細胞和干細胞。細胞培養是生命科學中常見和復雜的技術之一，培養基本身是維持培養中健康、增殖的干細胞的關鍵因素。所有干細胞培養基的基本成分主要包含：基礎培養基、緩沖系統、谷氨酰胺、血清（或血清替代品）、特定生長因子以及其他補充劑等。

一、基礎培養基

經典基礎培養基（DMEM、MEM、RPMI 等）是化學成分明確的配方，每種配方都是為支持特定的細胞系或培養條件而開發的。

許多基礎培養基起初是使用小鼠成纖維細胞、HeLa 或 CHO 細胞系開發的，并且隨著時間的推移進行修改已經建立了適用于多種細胞類型的基礎培養基。DMEM/F12 是一種使用較為廣泛的干細胞基礎培養基，它實質是由(Ham's F12培養基 和DMEM培養基的 1:1 混合物. 

常見的幾種基礎培養基：

RPMI培養基：由洛斯維·帕克紀念研究所研發

BME培養基 ：屬于 Eagle 的基礎培養基

MEM培養基 ：屬于改良的 Eagle 培養基

DMEM培養基：Dulbecco 改良型培養基

二、緩沖液

干細胞培養基在滿足培養細胞的營養需求之外，還要注意細胞的培養條件。多數哺乳動物細胞生長的PH值為：在7.4 的左右，所以，維持相對穩定的PH環境也很重要。細胞培養時由于加入了二氧化碳，此時會產生HCO3-從而降低培養基中的pH值。

三、碳酸氫鈉

為了穩定 CO 2培養箱內 pH 值的變化，碳酸氫鈉(NaHCO 3 ) 是一種無毒的天然緩沖液，通常包含在干細胞培養基中。作為一般經驗法則，當在 5% CO 2培養箱中培養時，需要1.5 g/L 的 NaHCO 3以將培養基的 pH 值保持在 7.4。 

H 2 O + CO 2    ? H 2 CO 3      ? H + + HCO 3 ˉ

NaHCO 3    ? Na + + HCO 3 ˉ

上面公式所表達的是：細胞培養基中的CO 2產生酸性條件。碳酸氫鈉緩沖該反應。

四、肝素

HEPES是一種兩性離子有機緩沖液，它的主要作用也是為了維持培養基的 pH 值。如果您所培養的細胞對PH環境較為敏感時，建議添加HEPES，這樣不僅可以增加緩沖能力還能夠將 pH 值穩定在 7.2 至 7.6 范圍內。

五、酚紅

除了二氧化碳水平以外，細胞的代謝產物、培養基添加劑或其他因素同樣會影響到干細胞培養基的 pH 值。所以，在培養基和干細胞培養基中也常常會添加酚紅作為視覺 pH 指示劑，在 pH 值為 7.4 左右時，含有酚紅的培養基會呈現紅色，并且會隨著 pH 值的波動從亮黃色到深紫色不等。如果您的細胞對雌激素比較敏感，請選擇不含酚紅的培養基，因為這種化合物會模仿某些類固醇激素的作用。

六、酸堿度

    圖為不同PH值下培養基中酚紅的視覺展示效果。

七、谷氨酰胺

細胞所需要的營養物質還包括：必需氨基酸和維生素。其中L-谷氨酰胺是多數細胞培養基所需要的一種添加劑，它的主要作用是促進氮的儲存與向培養細胞的轉移。還有谷氨酰胺也常常會添加在干細胞培養基中，主要作用是在高能量需求時作為能量來源使用。所以，一般適用于增殖迅速的細胞類型或在低氧、低代謝條件下培養的細胞。

然而，在培養基介質中時，游離 L-谷氨酰胺比較不穩定。比如：在環境溫度大于 4°C 時，細胞培養基中的 L-谷氨酰胺會經過非酶促反應降解為NH3-和焦谷氨酸。所以，一般情況下， L-谷氨酰胺必須在 -20°C 的低溫條件下冷凍保存。

八、 L-丙氨酰/L-谷氨酰胺

L-丙氨酰和L-谷氨酰胺也是常添加在干細胞培養基中的物質，起主要作用是：谷氨酰胺的穩定性降低谷氨酰胺的分解速度。例如， L-丙氨酰-L-谷氨酰胺是一種二肽，即使在 37°C 下也能在細胞培養基中長期穩定。用 L-丙氨酰-L-谷氨酰胺補充干細胞培養基可以延長培養基在 4°C 下的保質期，并大大減少與谷氨酰胺分解成氨廢物相關的問題。

九、生長因子和培養基添加劑

1.生長因子

生長因子、細胞因子和趨化因子是細胞的化學信使。每種干細胞類型都需要補充特定生長因子的培養基，以維持或指導培養物的健康、增殖和分化。例如，在人胚胎干細胞 ES 和誘導多能干細胞 iPS 細胞培養基中通常會添加bFGF生長因子。干細胞培養基中使用的生長因子的質量會對培養產生深遠影響。比如：使用高生物活性、高純度的蛋白質折疊及生長因子可以獲得較好的蛋白重組效果。雖然生長因子和細胞因子在處于凍干狀態時性能穩定，但當他們添加到培養基中時它的保質期就會變得很短。為避免成分降解，一般會在使用前將它們添加到培養基中。

2.氨基酸

細胞培養基中還經常添加非必需氨基酸 (NEAA)來刺激細胞的增殖并延長細胞的活力。雖然細胞也可以自然合成 NEAA，但在培養基中補充非必需氨基酸可以減少低水平氨基酸水平所帶來的的副作用。

3.抗生素

實驗室經常使用補充抗生素來控制在營養豐富的細胞培養環境中可能出現的細菌污染物的生長。除了原代細胞分離以外，不建議在干細胞培養中使用抗生素，因為常規的抗生素雖然可以防止污染發生，但是容易導致耐藥菌株的出現，甚至會干擾到細胞的正常代謝。

十、血清以及血清替代品

1.血清

多數哺乳動物細胞培養需要在培養基中添加血清。用于細胞培養的血清包含蛋白質、肽、生長因子、氨基酸、脂質、碳水化合物、激素、維生素等多種細胞所需的營養成分。干細胞培養基的胎牛血清 (FBS)添加含量通常含在 10% 至 20% 之間。

2.無血清培養基

無血清 (SF) 培養基允許研究人員在無血清的情況下培養干細胞。無血清干細胞培養基的主要優點是從更純的培養基配方中獲得一致且可重復的實驗結果。一般來說，無血清培養基被認為是成分確定的培養基，含有白蛋白、胰島素、硒和轉鐵蛋白來代替 FBS。然而，成分確定的無血清培養基可包括血清來源的蛋白質，例如人血清白蛋白 (HSA)。

重要的是要知道，干細胞在無血清環境中培養時會更加敏感。這在形態學、細胞密度、增殖率以及對機械和化學應力（包括解離酶和抗生素）的敏感性方面尤其明顯。例如，如果在無血清培養基中使用抗生素，通常最好使用終濃度為通常用于含血清培養基的1/5至 1/10 。

對于實驗要求不高的用戶或者想節約成本可以使用干粉培養基自行配制，但多數情況下都會選擇配置好的培養基或干細胞培養基，這樣開瓶后就能直接使用了。不僅可以節約時間，還省去了配制時的繁瑣環節。

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