现代生物技术均通过细胞作为载体来进行，无论是基因治疗、干细胞、克隆技术都在细胞内进行的。细胞的生长需要一定的营养环境，用于维持细胞生长的营 养基质称为培养基，即指所有用于各种目的的体外培养、保存细胞用的物质，就其本意上讲为人工模拟体内生长的营养环境，使细胞在此环境中有生长和繁殖的能力。它是提供细胞营养和促进细胞生长增殖的物质基础。细胞培养基其组成成分主要有：水、氨基酸、维生素、碳水化合物、无机离子及其他一些入核酸降解物、激 素等。

随着动物细胞大规模培养技术的迅速发展，作为细胞培养领域中最基本的原料－细胞培养基的用量也迅速增加，被广泛应用于细胞生物学科和医学研究的各个 领域，如疫苗生产（人用疫苗如乙脑、狂犬、甲肝、乙肝、出血热、麻疹等，兽用疫苗如口蹄、马立克、伪狂犬等），基因药物生产（如 EPO、TPA 等），临床 用单抗（如抗人肝癌单抗、抗人肺单抗、WT3）等。

合成培养基是根据天然培养基的成分，用化学物质模拟合成、人工设计、配制的培养基。它有一定的配方，是一种理想的培养基。目前合成培养基多达10多 余种，有的培养基仍在不断进行改良。早期组织培养是利用天然培养基，目前合成培养基已经成为一种标准化的商品，从最初的基本培养基发展到无血清培养基、无 蛋白培养基，并且还在不断发展。合成培养基的出现极大的促进了组织培养技术的普及发展。

基本组分 基本培养基包括四大类物质：无机盐、氨基酸、维生素、碳水化合物。

无机盐：CaCl2 KCl MgSO4 NaCl NaHCO3 NaH2PO4。对调节细胞渗透压、某些酶的活性及溶液的酸碱度都是必须的。

氨基酸：缬氨酸、亮、异亮、苏、赖、色、苯丙、蛋、组、酪、精氨酸、胱氨酸(L型)。它们都是细胞用以合成蛋白质的必需原料，不能由其他氨基酸或糖 类转化合成。除此之外，还需要谷氨酰胺(glutamine)。谷氨酰胺具有特殊的作用，对细胞的培养特别重要，能促进各种氨基酸进入细胞膜；它所含的氮 是核酸中嘌呤和嘧啶的来源，还是合成—磷酸腺苷、二磷酸腺甘和三磷酸腺苷的原料。细胞需要谷氨酰胺合成核酸和蛋白质，谷氨酰胺缺乏可导致细胞生长不良甚至 死亡。在配制各种培养液中都应补加一定量的谷氨酰胺。值得注意的是：谷氨酰胺在溶液中很不稳定，故4℃下放置1周可分解50%，使用中最好单独配制，置 -20℃冰箱中保存，用前加入培养液中。

维生素：是维持细胞生长的一种生物活性物质，在细胞中大多形成酶的辅基或辅酶，对细胞代谢有重大影响。脂溶性维生素(A、D、E、K)常从血清中得 到补充。水溶性维生素包括牛物素、叶酸、烟酰胺、泛酸、吡哆醇、核黄素、硫胺素和B12。维生素 C 也是不可缺少的，对具有合成胶原能力的细胞更为重要。

碳水化合物：是细胞生命的能量来源，有的是合成蛋白质和核酸的成分。主要有葡萄糖、核糖、脱氧核糖和丙酮酸钠等。体外培养动物细胞时，几乎所有培养基或培养液中都以葡萄糖作为必含的能源物质。

葡萄糖和谷胺酰胺的合理使用：乳酸是葡萄糖不完全氧化的产物。研究表明，体外培养条件下 95％ 的葡萄糖转变为乳酸，这降低了营养物质的代谢效率，降 低培养基 pH 值，增加渗透压。在氧气供给不足的情况下，NADH 转运系统苹果酸－天冬氨酸穿梭系统活性低而不能将糖酵解产生的NADH氧化磷酸化为 NAD+，细胞只得以降低能量需求的方式如激活乳酸脱氢酶将糖酵解产生的丙酮酸与 NADH 反应生产乳酸和 NAD+，从而保证了糖酵解的顺利进行。另一个可 能的解释是连接糖酵解与 TCA 循环的特异性酶如丙酮酸脱氢酶复合物、磷酸丙酮酸羧化酶激酶和丙酮酸羧化酶活性低下，直接导致糖酵解与TCA循环的失衡。因 此体外培养条件下，葡萄糖主要经糖酵解降解，产生过量的乳酸。减少乳酸生产最常用的方法是限制培养基中葡萄糖的含量，但葡萄糖含量过低可造成细胞营养供应 不足，细胞生长抑制。该方法需要对葡萄糖的消耗与需求、乳酸的生产速率以及目的蛋白的表达量等参数进行综合考虑方可应用。

在目前常用的培养基中，葡萄糖和谷胺酰胺是体外培养动物细胞的主要能源，其能量代谢通路与体内完全不同，表现为葡萄糖主要经糖酵解途径为细胞提供能量，谷胺酰胺大部分通过不完全氧化途径，另一小部分通过完全氧化为细胞供能。因此，适当的调整细胞内的代谢途径，使之能促进细胞的快速生长和产物合成，同 时减少代谢抑制物的生成是行之有效的一种策略。

许多动物细胞如 CHO、BHK 和杂交瘤细胞对营养物质葡萄糖和谷氨酰胺的消耗利用很快。然而对于细胞生长而言，二者的快速利用并非细胞必需；相反相 当一部分转化为代谢废物乳酸和氨，以及一些非必需氨基酸如丙氨酸，脯氨酸。其中，乳酸和氨是两种主要代谢废物，其积累可影响细胞生长以及产品质量。减少这两种代谢产物的积累，是大规模细胞培养技术研究的重要方向。

培养基几种重要成分详情总结如下：

葡萄糖

选择高糖还是低糖培养基？

•根据不同细胞类型选择

通常原代细胞、干细胞使用低糖培养基

永生细胞系等病理状态的细胞使用高糖培养基，高糖培养基可以满足肿瘤细胞等非生理状态细胞的体外培养需求

丙酮酸钠

•作用：葡萄糖不足时为细胞提供碳源；直接进入三羧酸循环，可以被快速利用

•什么情况下添加丙酮酸钠？（1）之前培养条件已含有丙酮酸钠 （2）代谢旺盛的细胞

丙酮酸钠的贮存液浓度一般为 50mM，-20℃ 保存，培养基中的终浓度为 1mM.

酚红

•pH值指示剂--培养基颜色的变化帮助细胞培养者判断是否需要换液等操作。

•什么情况下建议选择无酚红培养基？

酚红还可以模拟固醇类激素的作用（特别是雌激素），涉及到激素和诱导的实验，建议选用无酚红培养基

HEPES

•作用：(1)稳定 pH 值 ；（2）本身没有营养价值，会提高渗透压，并降低酚红对 pH 值的指示作用

•什么情况下需要加 HEPES？

（1）培养条件pH波动剧烈；（2）细胞对pH敏感

谷氨酰胺

几乎所有的细胞对谷氨酰胺都有较高的要求。谷氨酰胺脱掉氨基后，可作为培养细胞的能量来源，参与蛋白质的合成和能量代谢。在缺少谷氨酰胺时，细胞生长不良而死亡。所以，各种培养液中都含有较大量的谷氨酰胺。

正确使用，一般不需要补加，如：4℃ 避光保存；分装，不要反复预热。

NaHCO3

•作用：与 CO2 一起形成缓冲系统，保持培养基 PH 值稳定。

常用动物哺乳动物细胞培养基：