无血清培养基的研究进展

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(收稿日期:2009202219)无血清培养基的研究进展

梁　菁,李多伟(西北大学生命科学学院,陕西西安710069)

摘要:目的　总结无血清培养基的组成、主要补充因子及作用、应用以及新近研究进展,为细胞培养等研究工作提供参考。方法　查阅国内外文献资料进行整理和归纳。结果　无血清培养基克服了完全培养基的种种弊端,且关于无血清培养基的研究取得了诸多进展。结论　无血清培养基在生产实践中已得到广泛应用,进一步提高其通用性、降低成本、用于大规模生产的方法有待探索。

关键词:无血清培养基;补充因子;研究进展

中图分类号:R97 文献标识码:A

文章编号:100422407(2009)0420325203

动物细胞培养技术近年来发展迅速。传统的含血清培养基中的血清给生产与科研带来多种不利因素。血清的主要作用在于给细胞提供生长增殖所需的激素、生长因子、转移蛋白和其它营养物质,但其存在多种缺点:具有批间差异、需要大量验证工作、使用不方便、成分不明确、有抑制生长的成分、不利于疫苗和单克隆抗体等目的产品的分离纯化、容易被病毒和支原体感染;血清昂贵,可能发生供应紧张,血清的来源不稳定等问题。无血清培养基是加入成分明确的血清替代成分,既能满足细胞的培养要求,又能有效避免因使用血清带来的诸多不利因素。因而无血清培养基得到了越来越普遍的应用,而且无血清培养基技术也迅速发展并取得了许多进展。1　无血清培养基的发展过程

无血清培养基的发展大致经过了三代,第四代培养基的研制开发并投入市场将成为发展趋势[1](见表1)。

表1　无血清培养基的发展过程

成分优缺点

第1代不含血清,但含有大量的动物或

植物蛋白如BSA和动物激素等。蛋白含量高(低于有血清培养基),不利于目标蛋白的分离纯化,降低回升率,增加成本。

第2代完全不用动物来源蛋白(无动物

衍生蛋白)。降低生产成本,加快报批的速度(目前市面上销售的主要产品)。

第3代完全没有蛋白或含量极低。化学成分确知,细胞培养与生产容易做到恒定,

分离纯化容易,成本低,管理容易。仅限于应用

几株细胞系。

第4代无血清,无蛋白。适合多种不同细胞生长并可高温消毒。2　无血清培养基的组成及其主要补充因子

无血清培养基一般认为是由两部分组成,即基础培养基和替代血清的补充因子。

2.1　基础培养基　无血清培养基的基础培养基一般为与所需培养细胞相应的合成培养基,是按细胞生长需要由一定比例的氨基酸、维生素、无机盐、葡萄糖等组成的。在对不同的细胞进行培养时可根据需要对基础培养基和某些组分进行相应的调整。

2.2　补充因子　补充因子是无血清培养基中用于代替血清的各种因子的总称。这些补充因子可使培养基既能满足动物细胞培养的要求,又能有效避免血清培养基成分不明确、有批间差异、常被病毒和支原体污染、血清来源不稳定、细胞产品不易纯化等问题。补充因子可分为如下几类[2]。

2.2.1　激素和生长因子　激素可分为多肽类激素和甾体类激素。多肽类激素有胰岛素、生长因子、胰高血糖素等;甾体类激素有孕酮、氢化可的松、雌二醇等。多肽类生长因子有表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、神经生长因子等[3]。

在细胞无血清培养中,胰岛素可以促进RNA、蛋白质和脂肪酸的合成,抑制细胞凋亡,是重要的细胞存活因子[3]。Jan等[4]认为在批式培养中胰岛素迅速耗尽是细胞比生长速率下降的主要原因。生长因子是维持细胞体外培养生存、增殖和分化所必需的补充因子。氢化可的松能促进细胞贴壁和细胞分离,在某些情况下会诱导细胞生长和诱导细胞分化[3]。

2.2.2　结合蛋白　无血清培养基中的结合蛋白主要是白蛋白和转铁蛋白。白蛋白可通过与维生素、脂类、激素、金属离子和生长因子的结合而稳定并调节上述物质在无血清培养基中的活性,此外还有结合毒素和减轻蛋白酶对细胞影响的作用[1,5]。大多数哺乳动物细胞上存在特定的转铁蛋白受体,受体与转铁蛋白/Fe3+复合物结合是细胞获取必需的微量元素铁的主要来源,此外转铁蛋白还具有生长因子的性质并能与其它微量元素如钒等结合[6]。

2.2.3　贴壁和铺展因子　绝大多数的动物细胞在体外生长时需要固着于适宜生长的基质上,并铺展成一单层,才能开始增殖。目前在无血清培养中常用的贴壁和铺展因子有纤黏蛋白、胶原、聚赖氨酸、昆布氨酸、血清铺展因子等[1,2]。

2.2.4　微量元素和低相对分子质量营养元素　一些细胞系的无血清培养还需要补充某些低相对分子质量的化学物质,如微量元素、维生素、脂类等。微量元素能消除过氧化物酶和氧自由基对细胞的损害,维生素参与代谢、抗氧化等[3],维生素B主要以辅酶的形式参与细胞代谢,维生素C和维生素E 具有抗氧化作用。丁二胺和亚油酸等提供细胞膜合成所需的脂质和细胞生长所需的水溶性脂质[1]。

2.2.5　酶抑制剂　有时将细胞用酶处理后会有一些酶残留,此时若不对残余的酶加以处理可能会对细胞不利,应加入相应的酶抑制剂终止残余酶的作用以达到保护细胞的作用。

3　无血清培养基的研究进展

由于近年来动物细胞体外培养技术的迅速发展以及无血清培养基在动物细胞培养中的广泛应用,与无血清培养基相关的研究在近几年来也取得了很大的进展,主要表现在以下方面。

3.1　有关无血清培养基的新方法　在人牙龈上皮细胞培养