1976年，Sato等首次發現在不加入血清的培養基中加入少量生長因子能夠維持GH3細胞株的生長，自此無血清培養技術越來越得到人們的重視。無血清培養基是繼天然培養基，合成培養基之后的第三類培養基。與傳統的培養基相比較，無血清培養基是不含動物血清，但仍可以維持細胞在體外較長時間生長、增殖的一種培養基。無血清培養基由于其組成成分相對清楚，制備過程簡單，在現代生物技術學領域得到廣泛應用。

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無血清培養基體現出以下幾方面的優勢：

1. 培養基化學組成明確可控；

2. 培養基性能受原料批次影響小；

3. 培養基被病原微生物污染的潛在風險大大降低；

4. 簡單、明晰的組分有利于下游生產工藝（如細胞表達產物的分離和純化）；

5. 有利于體外培養細胞的分化。

劣勢：

1. 細胞在無血清培養基中易受某些機械因素和化學因素的影響，培養基的保存和應用不如傳統的合成培養基方便。

2. 成本較高。

3. 針對性強，一種無血清培養基僅適合某一類細胞的培養。

無血清培養基組成

大多數細胞在基礎培養基中單獨培養時都不能增殖，它們需要補充額外的生長因子和細胞因子，如激素、轉運蛋白、微量元素或ECM因子。激素如胰島素、生長激素等胰島素作為一種多肽激素，對哺乳動物細胞具有多效合成作用，促進葡萄糖和氨基酸攝取、脂肪生成、單價陽離子和磷酸轉運、蛋白質和核酸合成。轉運蛋白，如轉鐵蛋白，轉鐵蛋白作為鐵的載體，也有助于降低氧自由基和過氧化氫的毒性水平。ECM因子是某些貼壁生長細胞所必需的組分，如纖連蛋白、膠原蛋白、層粘連蛋白等。

無血清與血清體系培養MSC的比較

實驗原材料：

BM-MSCs（骨髓來源，P5）；MSCs無血清培養基；DMEM培養基及胎牛血清。

實驗動物模型：

將大鼠隨機分為4組（每組6只）：SF-MSCs（無血清體系培養）；10%MSCs（DMEM+10%FBS培養）；PBS組；假手術組。

實驗操作：

對大鼠進行單側輸尿管結扎，假手術組未進行單側輸尿管結扎。術后4天，SF-MSCs和10%MSCs（5×10⁶細胞/大鼠）重懸于0.5 ml PBS，通過尾靜脈注射入大鼠體內。在PBS組和假手術組中，只注射0.5 ml PBS。在術后7或10天，處死大鼠并對其腎臟進行分析。

實驗結果：

與假手術組相比，PBS組在術后7、10天，促纖維化標志物TGF-β1、α-SMA 的mRNA和蛋白水平均升高；注射DMEM+10%FBS培養的MSCs可抑制這些增加，而注射SF-MSCs（無血清培養的MSCs）則抑制得更明顯。腎切片免疫染色顯示，PBS組TGF-β1陽性細胞數量增加。在術后10天，PBS組α-SMA陽性區域增加，SF-MSCs組比10%MSCs組更顯著地抑制α-SMA陽性區域的表達。無血清培養的MSCs可抑制UUO（單側輸尿管結扎）誘導的腎小管間質纖維化。

Figure 1. SF-MSCs inhibited transforming growthfactor-β1 (TGF-β1) and α-smooth muscle actin (α-SMA) more strongly in ratkidneys with UUO than did 10%MSCs

 

使用Transwell共培養MSCs和THP-1細胞來源的巨噬細胞，結果顯示SF-hMSCs顯著增強了由促炎M1型向免疫抑制M2型巨噬細胞的轉化，提示SF-hMSCs強烈抑制了炎癥的持續。M2巨噬細胞的兩種標記物CD163和CD206在單獨巨噬細胞中未檢測到很大程度的表達。然而與10%hMSCs共培養的巨噬細胞CD163陽性細胞數量顯著增加，CD206陽性細胞輕度增加；與SF-hMSCs共培養的巨噬細胞，CD163和CD206陽性細胞呈較高水平升高。相比于10%hMSCs共培養的巨噬細胞，與SF-hMSCs共培養的巨噬細胞CD163和CD206陽性細胞顯著增加。在無血清條件下培養的MSCs能增強巨噬細胞從促炎性M1到免疫抑制M2的轉變。

Figure 2.SF-hMSCs enhanced the polarization of the M1 macrophage phenotype toward the M2 phenotype. THP-1 cells were differentiated into macrophages with phorbol 12-myristate 13-acetate and interferon-γ, and then THP-1 macrophages were  cocultured with hMSCs using a Transwell system for 48 hours.

無血清培養基的新應用

隨著無血清培養體系的研究越來越深入，無血清培養基的優勢已越來越被人們所熟知。目前，幾乎所有的動物細胞均可使用無血清培養基來進行培養，無血清培養基逐漸取代含血清培養基已成為動物細胞培養的一種趨勢。無血清培養基目前已被廣泛應用于細胞生物學、藥理學、腫瘤學和細胞工程等領域。如：

1. 用來研究細胞的分化條件。

2. 用于激素，生長因子，藥物等于細胞相互作用的研究。

3. 用于從混雜的細胞中選取目標細胞。

4. 用于腫瘤病理學和病因學的研究。

5. 用于生產疫苗，單克隆抗體，生物活性蛋白等生物制品。

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REFERENCES
  參考文獻

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