太多培養基，細胞會“窒息”嗎？
2025-06-20 17:15:44
來源/作者：普拉特澤-生物醫學整體課題外包平臺
在哺乳動物體內，氧氣從毛細血管擴散至細胞的距離是非常短的，一般不超過100μm，看似很簡單，實則一點都不難。普拉特澤生物承接細胞實驗等相關服務上萬例，積累了操作大量經驗，為大家詳細分享細胞實驗，同時為廣大科研工作者開展線上的理論培訓與線下實操，可承接細胞實驗外包服
反觀體外培養系統中，細胞獲取氧氣就難多了。氧氣必須從培養基表面擴散至底部才能到達細胞，這個距離就是培養基深度，通常為幾毫米——距離是體內的數十倍。
氧氣在液體中的擴散遵循菲克第一定律（見下圖），簡單來說就是：擴散速率和粒子濃度梯度成正比，和擴散距離成反比。
所以，想提升擴散速率，要么增加培養基上方的氧氣濃度，要么降低培養基的高度。
“不就幾毫米的距離，至于這么矯情么”——這是不是你想說的？
來，看數據。這是一篇發表于《EMBO Journal》的文章，作者通過Resipher系統直接測量細胞單層附近的氧氣濃度，采用的樣本是培養在12孔板的3T3-L1細胞系，每孔培養基體積為1mL，培養基深度為2.4mm。
測試結果表明，細胞周圍的氧氣濃度僅為15μM，而培養箱內正常的氧氣濃度為181μM！也就是說，這些3T3-L1細胞均處于局部缺氧的狀態下。
當細胞處于缺氧環境時，它的代謝方式、部分基因表達量、細胞功能都會不一樣。
還是以這篇文章的數據為例說明。僅僅通過降低培養基體積這一個簡單的動作，就能促使細胞的能量代謝方式從糖酵解轉為三羧酸循環。
它的意義在于能讓細胞的代謝方式更接近體內水平——相當于你拿這個細胞做實驗，結果更有說服力。
結果描述：標準條件下，脂肪細胞（3T3-L1、原代小鼠脂肪細胞、人脂肪細胞）表現出高糖酵解活性（乳酸產量高，約50%的葡萄糖轉化為乳酸）。增加細胞周圍氧后，葡萄糖攝取減少，但乳酸產量下降更顯著（乳酸/葡萄糖比例降至約17%，接近體內水平）。
再看另一組數據，和細胞缺氧相關的轉錄因子HIF1α，在細胞處于缺氧環境下表達，但當氧氣充足時會在幾分鐘內降解。
從實驗結果可見，在降低了培養基體積后，HIF1α就無法通過Western blot檢測出來了。與此同時，HIF1α的經典靶基因，如Slc16a3、Pgk1、Pdk1、Car9、Pkm2和Slc2a1的表達都顯著下調了
注：文源實驗室老司機
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