養了這么久細胞，才知道細胞培養基居然有這么多花樣？
2025-08-14 17:59:20
來源/作者：普拉特澤-生物醫學整體課題外包平臺
普拉特澤生物為廣大生命科學研究人員提供科研實驗服務，可根據實驗方案的要求選擇不同的檢測方法，本文就跟大家一起繼續探究細胞培養基
細胞培養是一種生物技術手段，通過將動物體內的細胞或組織分離出來，在人工構建的無菌、恒溫且富含必要營養物質的體外環境中，創造接近生物體內部條件的生長體系，使離體細胞或組織得以存活、增殖，并保持其原有的形態特征和生理功能。 細胞培養基是人工配制的、為體外培養的細胞提供必需營養和環境條件的混合物質，是細胞生存、增殖和維持功能的基礎支撐系統。其通過模擬體內微環境，為離體細胞提供能量、氨基酸、維生素、無機鹽等基本代謝物質，同時調節pH、滲透壓等物理化學參數，確保細胞正常生長。
1.培養基的起源與發展
1. 萌芽階段（19 世紀末）：德國生物學家威廉?魯（Wilhelm Roux） 于1885年將雞胚的神經組織片段置于溫熱的生理鹽水中，觀察到細胞在體外短暫存活并維持了一定的生理活性。首次證明了細胞可在脫離生物體的環境中存活，為后續培養基的研發提供了起點。
1902 年，美國胚胎學家羅斯?哈里森（Ross G. Harrison） 將蛙胚的神經組織放入淋巴液（來自蛙的淋巴囊） 中，在無菌條件下成功觀察到神經細胞軸突的生長，且細胞存活時間遠超魯的實驗。這一成果推動了對 “培養基需模擬體內環境” 的認知。
2. 天然培養基的發展（20 世紀初至中期）：
1910年法國外科醫生亞歷克西?卡雷爾（Alexis Carrel） 進一步優化了培養體系。發現僅用淋巴液或生理鹽水無法滿足細胞長期增殖需求，而添加雞血漿（提供凝固基質） 和胚胎組織提取物（含未知生長因子） 后，雞胚胎細胞的存活時間顯著延長，甚至實現了持續增殖。這一組合成為早期主流的 “天然培養基”，卡雷爾也因此被稱為 “細胞培養之父”。這一階段的培養基依賴生物來源的天然物質（如血漿、血清、胚胎汁），雖能支持細胞生長，但成分復雜且不穩定（受供體個體差異影響）。
1923 年，科學家喬治?埃利奧特（George H. Elliott） 開發了含血清的 “Elliott 培養基”，首次將血清（如牛血清）作為常規添加成分，因其來源相對穩定且富含營養因子，逐漸替代了胚胎提取物，成為天然培養基的核心成分。
3. 20世紀中期合成培養基的誕生：
隨著生物化學的發展，研究人員開始解析細胞生存所需的核心營養物質（如氨基酸、維生素、碳水化合物等）。1955 年，美國生物化學家哈利?伊格爾（Harry Eagle） 基于對 HeLa 細胞（宮頸癌上皮細胞）的研究，設計出第一種化學成分明確的合成培養基 ——BME（Basal Medium Eagle）。這款培養基包含 13 種必需氨基酸、8 種維生素、葡萄糖及無機鹽，雖需添加血清才能支持細胞增殖，但首次實現了培養基 “基礎營養成分的標準化”。
1959 年，伊格爾在 BME 基礎上進一步調整配方，增加了氨基酸和維生素的濃度，命名為MEM（Minimal Essential Medium）。MEM 的適用性更廣，可支持多種哺乳動物細胞的生長，成為后續合成培養基開發的 “模板”。
4. 專業化培養基的分化（20 世紀中后期）：
后續科研人員針對特定細胞的培養需求，開發了多種專業化的培養基。如美國羅斯威爾公園癌癥研究所的科學家針對淋巴細胞培養的特殊需求，開發了 RPMI 1640 培養基。其配方中增加了谷氨酰胺、維生素 B12 等成分，能高效支持懸浮細胞（如淋巴細胞、白血病細胞）的生長，是免疫細胞培養的常用培養基。
2.常見培養基的基本成分及應用范圍
①MEM培養基:
MEM 培養基（Minimum Essential Medium）是一種廣泛應用于細胞培養的基礎培養基，相較于早期的伊格爾基礎培養基（BME），MEM 培養基配方含有更高濃度的氨基酸。但是成分也較為簡單，含有12種必需氨基酸、谷氨酰胺、八種維生素、葡萄糖
MEM 可用于各種懸浮和貼壁的哺乳動物細胞的培養，包括 HeLa、BHK-21、293、HEP-2、HT-1080、MCF-7、成纖維細胞和原代大鼠星形膠質細胞等。
②DMEM培養基:
DMEM培養基由Dulbecco改良自MEM培養基，其氨基酸濃度是MEM的兩倍，維生素濃度是MEM的四倍，并且添加了非必需氨基酸、微量鐵離子以及丙酮酸鈉。DMEM還分為高糖型（4500mg/L）和低糖型（1000mg/L）。
高糖 DMEM：含 4.5g/L 葡萄糖，適合多數快速增殖細胞（如 HeLa、CHO 細胞）、腫瘤細胞及原代細胞培養。
低糖 DMEM：含 1g/L 葡萄糖，用于對高糖敏感的細胞（如神經細胞、干細胞），避免高糖環境導致的代謝壓力。
DMEM 能夠培養原代成纖維細胞、神經元、膠質細胞、HUVEC、平滑肌細胞，以及 HeLa、293、Cos-7 和 PC-12 等細胞系
③RPMI1640培養基:
RPMI1640培養基含有還原劑谷胱甘肽和高濃度的維生素，包括最低必需培養基（EMEM）或Dulbecco 改良的 Eagle 培養基（DMEM）所不具備的某些維生素。最初是用于人白血病細胞的懸浮或單層培養，后來被發現也適用于多種哺乳動物細胞，包括 Hela、Jurkat、MCF-7、PC-12、PBMC、星型膠質細胞和腫瘤細胞，尤其適用于懸浮細胞培養，是一種廣泛應用的細胞培養基。
④IMDM培養基:
IMDM培養基相是1976年由Guilber和Iscove基于DMEM改良的高營養培養基，含硒、HEPES、丙酮酸鈉及額外氨基酸和維生素，葡萄糖濃度約2000 mg/L，依賴5-10% CO?環境維持pH（7.2-7.4），適用于高密度培養的懸浮細胞（如B/T淋巴細胞、雜交瘤細胞）及部分貼壁細胞,是淋巴細胞、骨髓細胞、造血干細胞、紅細胞前體細胞等原代造血細胞的首選培養基，能支持其增殖、分化及長期培養（如造血干細胞體外擴增）
⑤Ham’S F10培養基
Ham’S F10培養基是由Richard Ham于1963年針對中國倉鼠卵巢（CHO）細胞無血清培養設計的營養混合物，含多種氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸）、維生素（B族維生素、生物素）、無機鹽（鈣、鎂、鉀等）及葡萄糖、丙酮酸鈉等成分，不含蛋白質或生長因子，需補充血清（通常10%胎牛血清）。其采用碳酸氫鈉緩沖系統（1.2 g/L），需5-10% CO?環境維持pH（7.2-7.4），部分配方含HEPES增強pH穩定性。適用于人二倍體細胞、低血清克隆化培養、哺乳動物細胞正常培養、白細胞染色體分析及大鼠、兔、雞等原代細胞培養
⑥Ham’S F12培養基
Ham’S F12培養基是Richard Ham于1969年在Ham's F-10基礎上改良的高營養培養基，含多種微量元素（如硫酸亞鐵、硫酸鋅）、非必需氨基酸及代謝添加劑（如核苷酸），葡萄糖濃度約3151 mg/L，適用于低密度細胞培養（如CHO細胞、HeLa細胞）及無血清培養基礎，廣泛用于單細胞克隆、神經元長期培養、重組蛋白生產（如CHO細胞）及病毒學研究
DMEM/F12培養基是Dulbecco's Modified Eagle Medium（DMEM）與Ham's F-12 Nutrient Mixture的1:1混合培養基，結合了DMEM的高氨基酸、維生素和葡萄糖濃度（支持快速增殖貼壁細胞）與F-12的微量元素、無機鹽及核苷酸前體物（適合低血清/無血清培養），形成營養全面的通用型培養基，適用于神經元、內皮細胞、肝細胞、干細胞（如胚胎干細胞）及多種腫瘤細胞系的培養
⑦Mccoy’s 5A培養基
Mccoy’s 5A培養基是McCoy’s 5A培養基由Thomas McCoy等于1959年開發，最初用于Novikoff肝癌細胞的培養，其含還原型谷胱甘肽（抗氧化，保護細胞免受氧化損傷）、細菌蛋白胨（提供氮源和生長因子）及高濃度葡萄糖（3g/L），不含丙酮酸鈉和HEPES，但含酚紅、碳酸氫鈉和L-谷氨酰胺，依賴5-10% CO?環境維持pH（6.6-7.1或7.2-7.5）。適用于多種原代細胞（如骨髓、皮膚、脾臟、腎臟、肺、大鼠胚胎等）、已建立的細胞系（如Walker256癌細胞）及活檢組織外植體的培養
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