细胞培养基的缓冲系统选择及pH变化问题

由于大多数细胞适宜的pH为7.0~7.4，偏离此范围可能对细胞生长产生有害的影响。但各种细胞对pH的要求也不完全相同，原代培养的细胞一般对pH变动耐受力差，无限细胞系耐受力强。因此，原代培养时，培养液中的缓冲系统就显得较为重要。一般的细胞培养基采用的都是平衡盐系统，但不同的培养基或是同一系列的培养基所用平衡盐系统不同，如199系列、MEM系列均有Hanks’系统的培养基及Earle’s系统的培养基。有些培养基不是上述常规的平衡盐系统，例如RPMI1640培养基、F12培养基。MEM低血清培养基的平衡盐系统也不是常规的平衡盐系统，该平衡盐系统的缓冲能力强于常规平衡盐系统的缓冲能力。

细胞培养过程中pH值下降产生的原因有很多。在细胞生长非常快时，pH值通常下降得很快，此时可以通过及时传代、提高传代比例或降低血清量等方法进行解决。此外，培养瓶盖拧得过紧、NaHCO3缓冲系统缓冲能力不够、培养液中盐浓度不正确、细菌、酵母或真菌污染等也能导致pH值通常下降得很快。这时，可以通过以下几种方法解决：

1）增加培养液中NaHCO3浓度或减少培养箱内CO2浓度。NaHCO3含量在2.0 g/L到3.7 g/L之间时对应的CO2浓度为5~10%；

2) 改用不依赖CO2培养液；

3) 适当松开瓶盖。在培养液中加HEPES缓冲液，使终浓度为10~25 mM；

4) 在CO2培养环境中改用基于Earle’s盐配制的培养液，在大气培养环境中培养改用Hanks’盐配制的培养液；

5) 如果是污染造成的则丢弃培养物或用抗生素除菌。

 

细胞培养基常用几种重要的添加成份及使用过程中应注意的问题

酚红在细胞培养基中用作pH值的指示剂。一般情况下，可以通过酚红的指示作用判断培养基的pH值，但低血清或是无血清细胞培养基中酚红的含量与普通细胞培养基中的酚红含量不同，不能通过肉眼观察或通过经验来判定pH值，建议使用pH计进行测定。酚红通常对含血清的细胞培养基生产的生物制品质量并不会产生明显影响，也可通过纯化技术去除，但酚红在无血清细胞培养基中可能带来胞内钠/钾失衡，影响细胞生长。

碳酸氢钠在细胞培养基中主要是作为缓冲系统，此外还具有调节渗透压的作用。通常产品使用说明中的碳酸氢钠推荐量是一个标准、安全量，是在科学的基础上根据实践经验所得。但是由于不同的细胞系（株）不同，同一株细胞适应环境也可能不同（细胞耐受性不同等），且存在的地域性水质差异等，在实际生产过程中也可稍作改动，但使用者需做相应的检测（理化及细胞生产试验等）。

HEPES是一种非离子缓冲液，在pH 7.2 ～7.4范围内具有较好的缓冲能力，在高浓度时对一些细胞可能有毒。HEPES缓冲液可与低水平的碳酸钠（0.34 g /L）共用，以抵消因额外加入HEPES引起的渗透压增加。其安全浓度范围是10～25 mmol/L。

丙酮酸钠可以作为细胞培养中的替代碳源，尽管细胞更倾向于以葡萄糖作为碳源，但是在没有葡萄糖的条件下，细胞也可以代谢丙酮酸钠。

谷氨酰胺在溶液中很不稳定，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，使用前加入细胞培养液中。