一、天然培養(yǎng)基
天然培養(yǎng)基是指來自動物體液或利用組織分離提取的一類培養(yǎng)基，如血漿、血清、淋巴液、雞胚浸出液等。組織培養(yǎng)技術建立早期，體外培養(yǎng)細胞都是利用天然培養(yǎng)基。但是由于天然培養(yǎng)基制作過程復雜、批間差異大，因此逐漸被合成培養(yǎng)基所替代。
（一）小牛血清
用于細胞培養(yǎng)的血清主要是牛血清，培養(yǎng)某些特殊細胞也用人血清、馬血清等。選擇用牛血清培養(yǎng)細胞的原因主要是來源充足、制備技術成熟、經(jīng)過長時間的應用考驗人們對其有比較深入的理解。牛血清分為小牛血清、新牛血清、胎牛血清。小牛血清取自出生10～30 天的小牛；新牛血清取自出生24小時之內的新生牛；胎牛血清應取自剖腹產(chǎn)的胎牛。顯然，胎牛血清是品質最高的，因為胎牛還未接觸外界，血清中所含的抗體、補體等對細胞有害的成分最少。
牛血清對絕大多數(shù)哺乳動物細胞都是適合的，但并不排除在培養(yǎng)某種細胞時使用其他動物血清更合適。牛血清中含有豐富的細胞生長必須的營養(yǎng)成份，具有極為重要的功能。
1、血清主要作用
(1) 提供基本營養(yǎng)物質：氨基酸、維生素、無機物、脂類物質、核酸衍生物等，是細胞生長必須的物質。
(2) 提供激素和各種生長因子：胰島素、腎上腺皮質激素（氫化可的松、地塞米松）、類固醇激素（雌二醇、睪酮、孕酮）等。生長因子如成纖維細胞生長因子、表皮生長因子、血小板生長因子等。
(3) 提供結合蛋白：結合蛋白作用是攜帶重要的低分子量物質，如白蛋白攜帶維生素、脂肪、以及激素等，轉鐵蛋白攜帶鐵。結合蛋白在細胞代謝過程中起重要作用。
(4) 提供促接觸和伸展因子使細胞貼壁免受機械損傷，對培養(yǎng)中的細胞起到某些保護作用。
2、優(yōu)點和缺點
血清是非常復雜的混合物，成分多樣，含有各種生理平衡的分子量差別很大的生物分子，有的對細胞生長有促進作用，如含有攜帶激素、礦物質、微量元素和脂類物質的轉運蛋白等。血清能夠提供細胞貼壁因子和擴散因子。血清中含有起穩(wěn)定作用和解毒的因子，能夠維持培養(yǎng)基的pH 值并抑制蛋白酶直接或間接的酶解。但是血清的加入也帶來了很多問題：
(1) 血清的成份可能有幾百種之多，目前對其準確的成份、含量及其作用機制仍不清楚，尤其是對其中一些多肽類生長因子、激素和脂類等尚未充分認識，這給研究工作帶來許多困難；
(2) 血清都是批量生產(chǎn)，各批量之間差異很大，而且血清保存期至多一年，因此，要保證每批血清的相似性極為困難，從而使實驗的標準化和連續(xù)性受到限制；
(3) 不能排除血清中含有易變物質，這被認為是“瓶中惡化”的原因之一。
(4) 對大多數(shù)細胞，在體內狀態(tài)，血清不是它們接觸的生理學液體，只是在損傷愈合以及血液凝固過程中才接觸血清，因此使用血清有可能改變某種細胞在體內的正常狀態(tài)，血清可能促進某些細胞的生長（成纖維細胞）同時抑制另一類細胞生長（表皮細胞）。
(5) 血清含一些對細胞產(chǎn)生毒性的物質，如多胺氧化酶，能與來自高度繁殖細胞的多胺反應（如精胺、亞精胺）形成有細胞毒性作用的聚精胺。補體、抗體、細菌毒素等都會影響細胞生長，甚至造成細胞死亡。
(6) 取材中可能帶入支原體、病毒，對細胞產(chǎn)生潛在影響。
(7) 血清的使用使得實驗和生產(chǎn)的標準化困難，其中的蛋白質使得某些轉基因蛋白生物藥品生產(chǎn)中分離純化工作很難完成。
(8) 大規(guī)模生產(chǎn)中，血清來源越來越困難，價格昂貴，是構成生產(chǎn)成本的主要部分之一。
(9) 為了使與傳染源相關的風險減少到最低，存在多個國家間限制進出口生物材料的國際法規(guī)。
（二）水解乳蛋白
水解乳蛋白（Lactalbumin Hydrolysate ）為乳白蛋白經(jīng)蛋白酶和肽酶水解的產(chǎn)物，含有豐富的氨基酸。既可用于細菌微生物培養(yǎng)，又可用于動物細胞培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)中一般為0.5％水解乳蛋白（經(jīng)平衡鹽溶解）與合成培養(yǎng)基（如MEM）按1:1混合使用。
目前在生產(chǎn)中主要用于低鼠腎細胞等細胞的培養(yǎng)和維持。但是水解乳蛋白的使用也給生物制品的生產(chǎn)帶來一定的風險。首先由于水解乳蛋白系或者制品帶來風險。其次水解乳蛋白及含有動物組分培養(yǎng)基的使用，使生物制品下游處理變得復雜，這對于蛋白質藥物顯得更加重要。因為從動物細胞中生產(chǎn)生物藥品，其面臨的最大困難就是如何去除內源或同源蛋白。不確定的成分，像動物肽類物質的引入，勢必會增加提取、分離、純化的步驟，一方面使成本提高，另一方面也會影響生物制品的產(chǎn)量和質量。
二、平衡鹽溶液
平衡鹽溶液（balanced salt solution，BSS ）簡稱鹽溶液，集緩沖液的緩沖能力、生理鹽水的等滲性以及培養(yǎng)液的營養(yǎng)供應特點于一體，兼具維持滲透壓、緩沖和調節(jié)溶液的酸堿度、同時供給細胞生存所必需的能量和無機離子成分的作用。各種BSS的緩沖系統(tǒng)有所不同，其中以Hank’s液和Earle’s液為例，它們主要差別在于碳酸氫鈉的水平,在Earle’s (2.2 g/L)中比在Hank’s (0.35 g/L) 中高。碳酸氫鈉需用高水平的CO2平衡，以維持溶液的pH值。Eagles液在空氣水平的CO2 中，溶液會變堿，Hank’s液在CO2培養(yǎng)箱中會變酸。如果希望在CO2培養(yǎng)箱中保存組織，需要用Earle’s液，。如果僅僅是清洗將要在細胞培養(yǎng)基中儲存的組織，用Hank’s液就可以了。
一些BSS含有的Ca2+、Mg2+是細胞膜的重要組成成分，同時參與許多重要的細胞功能活動。但它們有使細胞凝集的作用，在配制分散細胞的消化液和特殊用途的細胞洗滌時，宜采用Ca2+、Mg2+含量較低的Dulbecco液或無Ca2+、Mg2+的D-Hanks液，或者PBS液。
三、基礎培養(yǎng)基
1、概述
基礎細胞培養(yǎng)基主要包括199、MEM、RPMI-1640、DMEM 、DMEM/F12等。主要成分是氨基酸、維生素、碳水化合物、無機鹽和其它一些輔助物質。人工合成培養(yǎng)基使用時還需添加一定量的血清使細胞生長和繁殖。
2、組成及作用
氨基酸：組成蛋白質的基本單位。不同的細胞對氨基酸的需求各異，但幾種必需氨基酸細胞自身不能合成，必須依靠培養(yǎng)液提供，如組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、半胱氨酸、酪氨酸等。其余非必需氨基酸，細胞可以自己合成，或通過轉氨作用由其他物質轉化而來。絕大部分細胞對谷氨酰胺有較高的要求，因為谷氨酰胺是作為能源及碳源物質同時被細胞利用，是是細胞合成核酸和蛋白質必需的氨基酸，在缺少谷氨酰胺時，細胞生長不良而死亡，所以各種培養(yǎng)液中都含有較多的谷氨酰胺。細胞所能利用的氨基酸是L型同分異構體，D型氨基酸不能被利用。
維生素：維持細胞生長的一種生物活性物質，對細胞代謝有重大作用。它們在細胞中大多形成酶的輔基或輔酶，沒有它們，酶便沒有活性，代謝活動將無法進行。維生素分為水溶和脂溶兩大類，的培養(yǎng)液中直接采用ATP和輔酶A。
葡萄糖：大部分培養(yǎng)基都以葡萄糖作為能量來源之一。
無機鹽：維持培養(yǎng)基滲透壓平衡，參與細胞的代謝活動。主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。Na+是細胞外液中最主要的陽離子，對維持滲透壓的恒定有決定性的作用。K+主要分布在細胞內液，細胞內K+對于激活某些酶是必需的，并在調節(jié)細胞內環(huán)境的酸堿平衡上也有極重要意義。Ca2+在細胞外液中的作用是將組織內部細胞之間相互粘著，在細胞內參與許多重要的細胞生理活動，如傳導、參與肌肉細胞收縮等。在懸浮培養(yǎng)時，為了減少細胞的聚集和附著，要減少Ca2+的濃度。
Mg2+是構成細胞間質的重要成分，對于細胞間相互穩(wěn)定結合有很重要的意義。磷的化合物對細胞物質代謝和生理功能調控有重要作用。
其他成分：肽、核苷、嘌呤等。可幫助細胞的克隆化培養(yǎng)及維持某些特殊細胞系的生長。
四、低血清細胞培養(yǎng)基
1、概述
營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基是維持細胞活性及高密度生長的基礎，營養(yǎng)缺乏容易引起細胞凋亡，新生牛血清中所含大部分營養(yǎng)成分可以通過化學成分明確的營養(yǎng)物質如氨基酸維生素等成分組合取代。低血清培養(yǎng)基營養(yǎng)成分大優(yōu)于基礎培養(yǎng)基，僅需添加1％～5％新生牛血清，而對細胞生長、增殖、形態(tài)、活性和功能沒有影響甚至有所改善。
在國外低血清培養(yǎng)基早已有之，如Gibco等。但是他們的低血清培養(yǎng)基是在基礎培養(yǎng)基中選擇性的加入重組胰島素（recombinant insulin）、人源轉鐵蛋白（human (holo) tran- sferrin）以及牛血清白蛋白等，有些還包含一些生長因子，這些重組蛋白和動物來源成分對生物制品的安全性有很大影響。成本低。
2、應用案例
采用199(SLM)、MEM(SLM)和DMEM（SLM）低血清培養(yǎng)基分別培養(yǎng)Vero細胞、BHK21細胞和CHO細胞，新生牛血清用量可以從10％降至3％，減少新生牛血清使用批次和批間差的影響，減少生物制品純化損失，減少由于不確定蛋白或者其它血清組分帶來干擾和差異的風險，提高制品安全性。低血清培養(yǎng)基可以在方瓶、3L轉瓶、15L 轉瓶及生物反應器中培養(yǎng)細胞，在疫苗生產(chǎn)中可以達到低血清高密度的培養(yǎng)效果。
低血清培養(yǎng)基營養(yǎng)成分優(yōu)于基礎培養(yǎng)基，易使細胞增殖迅速，代謝旺盛，代謝產(chǎn)物對細胞有不良影響，易產(chǎn)生細胞老化脫落現(xiàn)象。因此需要適當增加換液次數(shù)，增加傳代頻率。獲取同樣的細胞量，用低血清培養(yǎng)基將比用傳統(tǒng)培養(yǎng)基縮短近1/3 的時間，可提高生產(chǎn)效率。
采用199(SLM)低血清培養(yǎng)基培養(yǎng)Vero細胞分泌狂犬疫苗病毒，滴度明顯高于采用199 培養(yǎng)基傳統(tǒng)培養(yǎng)獲得的滴度。采MEM(SLM)低血清培養(yǎng)基BHK21細胞，在本實驗情況下12 代內細胞形態(tài)和致密度均優(yōu)于MEM培養(yǎng)基傳統(tǒng)培養(yǎng)情況，因而可以預期其產(chǎn)生的口蹄疫、甲肝等疫苗生產(chǎn)的病毒產(chǎn)量將提高。低血清培養(yǎng)基用于反應器Vero細胞狂犬疫苗的生產(chǎn)，實踐證明效果良好。采DMEM（SLM）低血清培養(yǎng)基添加1％小牛血清在轉瓶中培養(yǎng)CHO細胞生產(chǎn)EOP，可提高收液次數(shù)，每次收液表達量明顯提高。
五、無血清細胞培養(yǎng)基
1、概述
無血清培養(yǎng)基是用來在無血清條件下生長特殊類型的細胞或進行專門應用的培養(yǎng)基。一般是由基礎培養(yǎng)基和替代血清的補充因子組成。無血清培養(yǎng)基中沒有添加血清，但含有個別蛋白或大量蛋白組分。無血清培養(yǎng)基與無蛋白培養(yǎng)基的區(qū)別在于培養(yǎng)基中沒有添加蛋白，但含有一些動物或植物來源成分，如低分子量肽的水解物。還有一種化學限定培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中不含有蛋白、水解產(chǎn)物或未知結構的組分，所有成分均有已知的化學結構。
2、優(yōu)點和缺點
優(yōu)點：
1） 未知組分少；
2） 培養(yǎng)基中不存在血清中的抗體、補體等成分，對培養(yǎng)細胞影響??；
3） 雜蛋白含量少，生產(chǎn)的產(chǎn)品后期處理較容易，例如疫苗生產(chǎn)由于人用疫苗需要純化減少雜蛋白，純化過程中成本消耗很大，疫苗的損失也很大；
4） 無血清培養(yǎng)既可以實現(xiàn)細胞的大規(guī)模懸浮培養(yǎng)，增加培養(yǎng)液的利用率，可以采用發(fā)酵罐培養(yǎng)減少了人力消耗。
缺點：
目前為止不是所有的細胞都能在無血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)。無血清培養(yǎng)基的某些組分價格昂貴，導致無血清無法工業(yè)推廣的主要原因。
北京百歐博偉生物技術有限公司的中國微生物菌種查詢網(wǎng)提供微生物菌種保藏、測序、購買等服務,是中國微生物菌種保藏中心的服務平臺，并且是集微生物菌種、菌種,ATCC菌種、細胞、培養(yǎng)基為一體的大型微生物查詢類網(wǎng)站，自設設備及技術的微生物菌種保藏中心！歡迎廣大客戶來詢！