細胞培養相關——營養物質

細胞培養（cell culture）是指在體外模擬體內環境（無菌、適宜溫度、酸堿度和一定營養條件等），使之生存、生長、繁殖并維持主要結構和功能的一種方法。

 
動物細胞培養

動物細胞培養（animal cell culture）就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞（使用胰蛋白酶或膠原蛋白酶）然后，放在適宜的培養基中，讓這些細胞生長和增殖。

將動物各種組織從機體中取出，經各種酶(常用胰蛋白酶)、螯合劑(常用EDTA) 或機械方法處理，分散成單細胞，在合適的培養基中培養，使細胞得以生存、生長和繁殖，這一過程稱原代培養。當細胞在培養瓶中長滿后就需要將其稀釋分種成多瓶，細胞才能繼續生長，這一過程就叫傳代。

植物細胞培養

植物細胞培養是在離體條件下，將愈傷組織或其他易分散的組織置于 液體培養基中進行震蕩培養，得到分散成游離 的懸浮細胞，通過繼代培養使 細胞增殖，從而獲得大量細胞群體。

微生物細胞培養

微生物培養所培養的微生物通常是病菌、細菌、放線菌、真菌等。微生物多為單細胞生物，野生生存條件比較簡單。所以微生物人工培養的條件比動植物細胞簡單得多。其中厭氧微生物培養比好氧微生物復雜，因為嚴格厭氧需要維持二氧化碳等非氧的惰性氣體濃度，而好氧微生物則只需要通過不斷攪拌提供無菌氧氣。微生物對培養條件要求不如動植物細胞那樣苛刻，玉米漿、蛋白胨、麥芽汁、酵母膏等成為良好的微生物天然培養基。

培養條件

1. 無菌、無毒的環境：對培養液和所有培養用具進行無菌處理，通常還要在培養液中加入一定量的的抗生素，以防被污染。此外應定期更換培養液，以便清除代謝產物防止細胞代謝產物累積對細胞自身產生危害。

2. 營養物質：無機物（無機鹽、微量元素等），有機物（糖、氨基酸、促生長因子等）

3. 血清和血漿 (提供細胞生長必須的營養成份)

4. 溫度和pH（5±0.5℃，7.2～7.4）

5. 氣體環境（95%的空氣+5%CO?的混合氣體）

 
離體培養細胞與體內細胞在營養要求上的主要差別：
·體外長期培養的細胞大多需要血漿、血清或胚胎浸出液。
·在體內血液中許多活性很強的物質只需微量即可維持營養的需要，而在體外培養時無法觀測，量多了可能與微量的作用不同，量少了又可能很快就被消耗掉。
·培養細胞是一群離體細胞，而這些細胞有不同的營養要求。這些不同的營養要求在體內由其他器官和組織細胞的活動間接供給，而在培養基中則沒有這種供給，也不受其他組織代謝的影響。
·各種組織都有其特殊的營養要求，能適合某一種組織的培養基，不一定就能適合別一種組織的細胞，其差異有時較大。
·在體內的細胞，其新生與衰亡維持一種平衡，而在體外培養時，細胞增殖，體積加大，增殖速度往往高于分化速度，新生細胞比衰亡細胞生長要快，所以營養要求更高。

由此可見，各種不同的細胞具有不同的營養要求。因此，細胞營養的研究在組織細胞培養中非常重要。凡能進入細胞中被細胞所利用，參與細胞代謝活動和維持細胞生存的物質均屬營養物質。體外培養細胞的生長所需的基本營養物質，除糖類、氨基酸和脂類三大類營養物質外，也需要一定量的無機鹽、維生素和微量元素等。為防止污染，培養基中還需添加一定量的抗生素。

 
細胞培養中的營養物質

• 水

一切營養物質只有溶于水，才易被細胞吸收。代謝產物也需溶于水才能排泄。水還便于溶質物質的轉移。水作為一種導熱體，對生物體內環境溫度的調節起重要作用。水中有溶解氧的存在，可供細胞呼吸，可維持水中有機體的生存。細胞培養用水必須經過2~3次玻璃器皿蒸鎦或者用離子交換樹脂處理。這樣的水含雜質少、純度高，應用起來安全可靠。

• 糖

細胞靠糖的氧化來獲得能量。葡萄糖是機體活動能量的主要來源。故在培養基中應加入一定濃度的葡萄糖（ 1g/100ml），以在生物氧化后供給細胞大量的能量。近年證明谷氨酰胺也是碳的重要來源.葡萄糖的作用與平均細胞容積有直接的關系,而與細胞數的變化關系較小。很多健康胚胎細胞和成體細胞，皆依賴無氧酵解來獲得能量，有些細胞也可以經脫氨獲得基本能量。

• 氨基酸

氨基酸是組成蛋白質的基本單位。所有培養細胞需要以下12種基本氨基酸：
精氨酸、組氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、胱氨酸及酪氨酸。另外尚須谷氨酰胺。

• 維生素

維生素是人類及動物細胞維持生命和生長所需的一種活性物質。許多維生素是酶的輔酶和輔基的組成部分，對細胞的代謝有重大的影響，某些維生素缺乏，短期可引起細胞死亡。

• 無機離子和微量元素

鈉、鉀、鎂、鈣、磷、氮等無機離子是細胞生長所必需的，它們參與細胞的代謝，是細胞組成所需要的。此外，微量元素鐵、鋅、硒等也是細胞生長需要的。細胞培養時用的平衡鹽溶液主要含鈉、鉀、鈣、鎂等陽離子。

• 血清

血清中含有多種促進細胞生長因子，是體外培養細胞所需生長因子的重要來源。

• 促細胞生長因子

體外培養細胞除需要上述營養成分外，同樣需要促進細胞生長的激素類物質，尤其是促細胞生長因子。如胰島素能促使細胞利用葡萄糖和氨基酸，有促進有絲分裂作用，對很多細胞的增殖生長均有促進作用。氫化可的song對皮膚上皮細胞及乳腺上皮細胞增殖生長有很好的促進作用，還能提高神經膠質細胞和成纖維細胞的克隆形成率。

 
細胞培養的應用

1. 直接觀察活細胞的形態結構和生命活動。用于細胞學、遺傳學、免疫學、實驗醫學和腫瘤學等多種學科研究.

2. 直接觀察細胞的變化可便于攝影。

3. 研究細胞種類如低等到高等到人類、胚胎到成體、正常組織到腫瘤。

4. 便于使用各種技術：相差、熒光、電鏡、組化、同位素標記等方法觀察和研究細胞狀況。

5. 是分子生物學和基因工程學的研究對象，也是其主要的組成部分。

6. 易于施用物理、化學生物的實驗研究。

7. 易于提供大量生物性狀相似的實驗對象,耗資少比較經濟。

8. 成為生物制品單克隆抗體生產和基因工程等的材料來源。