在最开始：细胞生长究竟需要什么？

实验室中培养的细胞从原核到真核，从微生物到复杂的人源，从健康到病理，其本身的代谢方式、原生环境各不相同，而实验目的也各有千秋。显而易见的一点是：要收获足量目的细胞，需要投给细胞所需要的营养物；要完美完成实验，需要根据实验目的设计培养体系。因此，综合考虑细胞自身的性质与实验目的，根据需求设计或选择培养基，以确保细胞在正确的生长状态，以保证理想的实验结果。

各种培养基成分的功能

首先，我们需要了解培养基中有哪些成分，而这些成分在培养体系中又发挥何种功能：

1、营养物质

● 葡萄糖与氨基酸：维持细胞正常的营养代谢、生长与增殖的必需物质；

● 生长因子：对细胞的生长状态有调节功能，包括但不限于刺激分化、抑制分化等。

2、添加成分

● 抗生素：用于抑制细菌污染，常用双抗（青霉素-链霉素）。但注意只是抑制，不能保证完全阻止细菌污染；

● 选择性抗生素：用于筛选特定细胞的需求（如筛选带有抗生素标记基因的目的细胞）；

● 血清：提供生长因子等更复杂的营养成分；

● pH指示剂等标志物：用于直观表现培养基状态。

图片来源：https://www.eppendorf.com/fj-en/beyond-science/method-applications/cell-biology/how-to-select-the-right-cell-culture-media/

3、支持与附着

● 胶原蛋白、纤维连接蛋白或其他细胞外基质蛋白等附着因子：用于黏附性细胞的附着培养；

● 琼脂：用于使培养基凝固。

因此我们知道，在培养基中即便是水和琼脂也不是随便加的，每一种成分都有其意义。在选择的时候也应“因地制宜”，根据细胞自身的性质选择适宜其生长的培养基。

细胞自身的性质

1、细胞类型

从传代状况考虑：原代细胞、细胞系或干细胞有不同的营养需求。

● 原代细胞

原代细胞是直接从组织中分离出的细胞，对生长环境通常有较高的要求，需要模拟其原生环境，需要考虑包括如血清中的生长因子、粘附蛋白和其它营养成分。

1.  可能需要特定细胞外基质涂层以模拟体内环境；

2.  高浓度的血清用以提供足够的生长因子和激素。

● 细胞系

细胞系经过体外传代培养，已适应于体外生长。因此对营养和生长条件的要求较宽松。

1.  可能不需要高浓度的血清或特定的细胞外基质；

2.  一些细胞系可能已经失去了对某些生长因子的依赖性，可以在更简化的培养基中生长。

● 干细胞

1.  干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞，维持其未分化状态和自我更新的能力是培养的重点，通常需要特殊的培养条件；

2.  需要富含特定生长因子（分化抑制）的培养基，如LIF（白血病抑制因子）或bFGF（碱性成纤维细胞生长因子）；

3.  通常需要无血清培养基，以排除血清中分化因子的影响；

4.  可能需要特定的细胞外基质或涂层以支持其生长和未分化状态。

图片来源：https://microbenotes.com/types-of-cells/

从细胞来源考虑：人类、动物或植物细胞可能需要特殊的生长因子或激素。细菌、真菌等微生物有特殊的营养需求。在此只介绍区别：

● 人源细胞

1.  某些人源细胞（如干细胞）对生长因子有需求，如用以维持其未分化状态或促进增殖；

2.  一些细胞（如上皮细胞）对附着物有需求，需要在涂有胶原蛋白、纤维连接蛋白等的培养皿中生长以提供足够的附着力。

● 动物源细胞

与人源细胞类似，对血清与生长因子有一定需求。此外需要注意物种特异性，某些动物细胞可能需要特定物种的生长因子或激素。

● 细菌等微生物

1.  特殊的能量源：由于细菌的代谢方式千变万化，需要提供包括但不限于碳源（如葡萄糖）、氮源（如氨或硝酸盐）甚至含硫化合物等矿物质以维持细菌的能量代谢；

2.  可能需要根据厌氧特性或光合作用的需求设计培养基；

3.  细菌培养通常有如富集培养（增殖培养，提高特定种的数量比例引向纯培养）、差异培养（通过颜色变化区分不同种类）、选择性培养（选择性培养特定种并抑制其它种的生长）等进一步需求，需要通过培养基的配方实现。

● 真菌

1.  真菌培养基可能会添加抗细菌的药物以确保只有真菌能够生长；

2.  真菌往往在酸性环境下生长得更好，因此真菌培养基的pH通常需要调节到偏酸性；

3.  真菌通常需要固体培养基以观察其典型的菌落形态和孢子形成。

● 植物细胞

1.  植物细胞的结构与动物大不相同，由于液泡的存在，对无机盐有较高的需求，其培养基通常应含有高浓度的无机盐，以及硝酸盐和磷酸盐作为氮源和磷源；

2.  植物激素也与动物不同，需注意是否需要添加如生长素（如吲哚乙酸IAA）和细胞分裂素（如激动素KT）等植物激素用于调控植物细胞的生长和分化；

3.  植物细胞和组织培养需要固体培养基，需要添加琼脂或其他凝固剂。这是出于植物生理与植物结构考虑，需要支持结构并减少细胞移动；

4.  在培养基之外，由于光合作用的存在，植物细胞培养可能还需要适当的光照条件。

2、细胞状态

除了细胞的类型与来源，我们还要考虑细胞接下来的生长与增殖行为。我们知道，细胞在进行分裂与只是维生时对营养的需求大不相同，因此还需要考虑细胞的生长状态。

● 未分化的干细胞

1.  需要特定生长因子，如基纤维生长因子（bFGF）和表皮生长因子（EGF），以及抑制分化的化合物，以抑制分化倾向

2.  此外可能还需要低细胞黏附性表面减少细胞与培养容器表面的黏附，或更进一步的3D培养系统，以模拟体内微环境，防止细胞分化。

● 需要增殖

1.  细胞增殖需要大量营养支持，所用培养基应富含维生素、氨基酸、糖类、生长因子和动物血清（如胎牛血清）等，以促进细胞的生长和分裂。

2.  此外可能还需要适当的细胞黏附性表面和生长因子，如血小板衍生生长因子（PDGF）或细胞间黏附分子（ICAM）来刺激增殖。

● 需要分化

1.  诱导细胞分化需要特定信号分子，如激素（如视黄酸、甲状腺激素）、矿物质（如钙），有时需要降低或去除促进增殖的生长因子，以允许细胞停止增殖并开始分化。

2.  某些类型的细胞的分化（如肌肉或骨细胞）过程可能需要使用3D支架或基质，以提供适当的物理和化学信号。

实验目的

除了针对细胞的需求设计成分，还需要考虑实验本身的目的。如用SILAC标记法做组学研究，虽然只需要将细胞收获进行后续裂解，但由于同位素标记的需要，在培养基中需要加入特定的同位素氨基酸。因此，后续实验和目的也会影响到培养基的设计。

● 只需基础生长或维持

1.  只需基础必需营养成分

2.  减少或无血清。因为血清富含生长因子等物质，减少或不使用有助于减少实验变异性，提高可控性

3.  为了防止细菌污染，可以添加抗生素

● 后续有特殊实验需求，如药物筛选、基因表达研究

需根据不同的实验需求进行调整，主要考虑的方面包括但不限于去除或减少变异源（如血清）、添加特定标志物（如SILAC需要同位素氨基酸标记）、可能需要完全定义的培养基（不含任何动物来源的成分）等各种情况。

这里还截取了一份不同细胞的建议培养基和血清列表。