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無血清培養
細胞體外培養時需要在培養基中加入血清，以維持細胞的生長和存活。而血清，尤其是牛血清，成分復雜、批間差大和存在病原體污染的可能性，不確定的動物源性對細胞培養會帶來顯著的外源物質污染風險，因此科研人員對無血清培養基的需求日益增加，目前無血清培養基廣泛應用于疫苗生產、單抗、活性蛋白等生物制品和細胞治療等的領域中。無血清培養基中不含血清，為能夠實現與含血清培養基相似的維持和促進細胞生長的功能，其中必須添加白蛋白(Albumin)、胰島素(Insulin) 和轉鐵蛋白(Transferrin)等營養成分來替代血清。
生長因子在無血清培養中的作用
促細胞貼壁
許多細胞必須添加促貼壁物質才能貼壁生長，促貼壁物質一般為細胞外基質，如纖連蛋白、層粘連蛋白、玻連蛋白和膠原蛋白等。
增加細胞存活率
無血清培養基中不含有血清成分，細胞在無血清培養基中生長需要的營養成分更為單一，因此細胞的存活率可能會受到影響。添加適當的生長因子可以改善無血清培養基中的營養條件，進而提高細胞的存活率。無血清培養必需補充的細胞生長的營養物質，如胰島素、轉鐵蛋白和血清白蛋白等。
促進細胞增殖和功能維持
生長因子可以促進細胞增殖，從而提高細胞的生長速度。在無血清培養基中，添加一些能夠促進細胞增殖的生長因子，如表皮生長因子（EGF）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）等，能夠有效地促進細胞的增殖。
促進細胞分化
生長因子可以促進細胞分化，從而促進細胞的功能發揮。在無血清培養基中，添加一些能夠促進細胞分化的生長因子，如轉化生長因子β（TGF-β）、神經營養因子（NGF）等，能夠有效地促進細胞的分化。
提高細胞表型的穩定性
無血清培養基中不含有血清成分，對于某些細胞來說，可能會導致細胞的表型不穩定。添加適當的生長因子可以提高細胞表型的穩定性，從而提高細胞的應用效果。
無血清培養基中常添加的生長因子
堿性成纖維細胞生長因子 (bFGF)
bFGF是一種肝素結合促有絲分裂蛋白，可在無血清或減血清條件下促進多種細胞的增殖。bFGF是干細胞培養中的一種關鍵生長因子，它不僅是重要的促有絲分裂因子，還是形態發生和分化的誘導因子。在胚胎干細胞培養中，bFGF有助于干細胞在無血清培養基中保持未分化狀態。
胰島素（Insulin）
胰島素可維持無血清細胞培養液中細胞的生長，調節細胞對葡萄糖、氨基酸和脂肪酸的攝取、利用和貯存，同時抑制糖原、蛋白質和脂肪的分解。胰島素也具有對抗細胞凋亡的作用。胰島素通常以每升1-10mg的濃度添加到細胞培養基中。
表1. 胰島素對細胞作用的分類及特點
胰島素樣生長因子-1 (IGF-1)
在無血清培養基的配制中，常用IGF-I 來替代胰島素，IGF-I 在很低的濃度即可實現促細胞生長作用，而胰島素需要遠遠高于生理濃度。IGF-1通過與IGF-1受體結合，促進蛋白質合成代謝，影響糖原代謝、DNA合成和葡萄糖攝取，具有抗凋亡作用。在無血清培養基中，IGF-1有助于細胞維持較高的活率和持續增殖的能力。
長效IGF-I（LR3 IGF-I）
Long R3 IGF-I (LR3 IGF-I) 也可稱為長效IGF-I，與胰島素相比，LR3 IGF-I添加到無血清培養基中后不容易被降解，作用更持久，因此也叫長效IGF-1。
LR3 IGF-I 是以IGF-I 為基礎改造而來。改造后，LR3 IGF-I 仍具有高親合力結合IGF-IR 的能力，因此保持著與IGF-I 相似的促細胞增殖活性。同時，改造后，LR3 IGF-I與IGF 結合蛋白( IGFBPs)的親合力明顯下降。所有哺乳動物細胞均會分泌IGFBPs，而IGFBP可結合并抑制IGF-I 的活性，而改造后的LR3 IGF-I 與IGFBPs 的親合力比其原型分子IGF-I 下降1000 多倍，因此其活性可極大程度地避免被IGFBPs 所抑制，從而使LR3 IGF-I 的活性較IGF-I 大為提高。
LR3 IGF-1相比胰島素，促細胞增殖能力更強，培養的細胞密度更高，細胞活力更好，且LR3 IGF-1比胰島素在培養液中半衰期更長，生物活性更長效。
表2. 人 LR3 IGF-1、IGF-1和胰島素的區別
參數 | Insulin | IGF-1 | LR3 IGF-1 |
中文名 | 胰島素 | 胰島素樣生長因子-1 | 長型胰島素樣生長因子-1 |
蛋白來源 | 重組表達 | 重組表達 | 重組表達 |
分子結構 | 異源二聚體 | 單體 | 單體 |
分子量 | 5.8 kDa(51個氨基酸） | 7.6 kDa(70個氨基酸） | 9.1 kDa(83個氨基酸） |
受體 | 胰島素受體（IR） | IGF-1受體（IGF-IR） | IGF-1受體（IGF-IR） |
與IGF-1受體結合的親和力 生物學效應 | 低親和力 促進細胞生長 | 高親和力 促進細胞生長 | 高親和力 促進細胞生長 |
與胰島素受體結合的親和力 生物學效應 | 高親和力 調節細胞代謝 | 低親和力 調節細胞代謝 | 低親和力 調節細胞代謝 |
與IGF結合蛋白（IGFBP）的結合 | 不結合 | 高親和力 | 低親和力 |
在細胞培養過程中的穩定性 | 比較不穩定 | 穩定 | 很穩定 |
無血清培養基中的添加劑量 是否高于生理濃度 | 1-10mg/L 遠高于（約100倍） | 10-100μg/L 不高于 | 10-100μg/L 不高于 |
表皮生長因子 (EGF)
一種重要的促有絲分裂生長因子，通過與細胞表面受體結合，促進培養細胞的長期增殖。在無血清細胞或減血清條件下培養基中，誘導多種細胞的分化。
肝細胞生長因子 (HGF)
HGF是成熟實質肝細胞的一種強效、間質衍生的有絲分裂原，廣泛組織和細胞類型的生長因子。HGF通過MET的跨膜酪氨酸激酶受體發出信號。HGF的活性包括誘導細胞增殖、運動、形態發生、抑制細胞生長和增強神經元存活。HGF是肝臟再生過程中至關重要的有絲分裂原。HGF能夠刺激原代無血清培養的肝細胞DNA的合成，對多種組織器官的生長發育具有重要的生理調節功能。
轉鐵蛋白 (Transferrin)
無血清培養基為達到與含血清培養基相同或相似的細胞培養性能，其中也必須添加轉鐵蛋白，以實現對細胞鐵離子平衡的調節，以及對細胞生長和增殖的維持。
分類：轉鐵蛋白以三種形態存在：脫鐵（Apo）（不結合鐵離子）、飽和鐵(Holo）（結合兩分子鐵離子）和部分飽和。
如何選擇：無血清培養基中多數都添加Holo-transferrin，因為Holo-transferrin 除發揮轉鐵作用外，自身即可作為細胞的鐵源，無需在培養基中另加外源性鐵。但在某些本身含鐵量高的培養基(如DMEM/F12)中，則可使用Apo-transferrin 這種不含鐵的轉鐵蛋白。
使用濃度：細胞種類不同，對轉鐵蛋白的需求量也不同，下表僅供參考。具體的濃度還是要根據細胞的種類、狀態和想要實現的功能來通過實驗確定。
表3.轉鐵蛋白在無血清培養基中的使用濃度
細胞類型 | 原代細胞 | CHO(中國倉鼠卵巢細胞） | 雜交瘤和Vero細胞 |
轉鐵蛋白工作濃度 | 5-100mg/L | 10-50mg/mL | 5-20mg/mL |
轉鐵蛋白在無血清培養基中的作用：
避免細胞外環境中自由基的產生，防止細胞受到傷害
轉鐵蛋白可以與鐵離子高親合力結合，當被添加入無血清培養基后，在細胞外的培養環境中基本不會存在游離的鐵離子，也就不會發生自由基反應，故可避免自由基對細胞的損傷。
維持細胞的生長和增殖
細胞內有很多重要的蛋白，如血紅素、核糖核苷酸還原酶、DNA解旋酶、DNA聚合酶、DNA引物酶等，需要結合鐵離子后才能發揮其活性，這些蛋白基本上都與DNA 的復制、修復以及DNA 的穩定性有關，也就是說它們影響著細胞的生長和增殖。轉鐵蛋白通過與其在細胞表面的受體結合，將鐵離子轉運并釋放到細胞內后，這些鐵離子會與需鐵蛋白結合，然后發揮后者維持細胞生長和增殖的功能。如果無血清培養基中不含轉鐵蛋白，細胞內的需鐵蛋白將無法獲得鐵離子，會失去活性，導致細胞生長停滯或死亡。
維持細胞內的鐵平衡
在細胞培養中，并不是鐵越多越好，而應當是在適當的時間獲得適量的鐵。如果細胞內的鐵過多，也跟細胞外環境一樣，鐵會誘導產生破壞力強的羥基自由基。而如果細胞內鐵過少，則不足以維持細胞的生長和增殖。轉鐵蛋白調節細胞內的鐵平衡，與細胞表面的轉鐵蛋白受體有關。細胞表面轉鐵蛋白受體的數目不是固定不變的，而是隨著細胞對鐵的需求程度而上調或下調，因而可自主影響細胞對鐵的攝取量一般而言，靜止未活化的細胞表面轉鐵蛋白受體相對較少，而活化增殖的細胞表面轉鐵蛋白受體數目顯著增加。此外，在細胞培養中，轉鐵蛋白受體數目與培養環境中鐵的含量也密切相關。培養環境中的含鐵介質比較多，則細胞表面轉鐵蛋白受體的數目會減少，從而避免細胞攝入過量的鐵。
白蛋白（HSA）
白蛋白是許多無血清細胞培養的重要組成部分，例如雜交瘤或中國倉鼠卵巢（CHO）細胞的系統。白蛋白具有多種生理功能，包括：金屬離子結合劑、自由基清除劑、滲透壓和pH值的調節劑、生長因子的運載體、表面活性劑以及營養劑等。
纖維連接蛋白（fibronectin，FN）
纖維連接蛋白添加到培養基中，替換或降低血清使用量，促進細胞貼壁、遷移、移動生長、維持細胞狀態。具體作用如下：
纖維連接蛋白可以與細胞表面整合素等受體結合,促進細胞與培養皿的粘附,這是細胞成功培養的前提。特別是一些黏附力較弱的細胞,添加纖維連接蛋白可以顯著提高其培養成功率。
纖維連接蛋白除了增強細胞附著外,還可以通過與細胞表面受體的相互作用,激活下游信號轉導通路,促進細胞周期進程,實現細胞的增殖。
維持細胞形態。纖維連接蛋白與細胞結合后,可以影響細胞骨架的排列和細胞形態的維持。此作用對于某些依賴于reshape的細胞功能和分化很重要。
促進細胞遷移。纖維連接蛋白在體內發揮著引導細胞遷移的作用。在體外培養中可以形成化學梯度以誘導細胞的定向遷移,這對研究細胞轉移機制很重要。
誘導細胞分化。不同濃度和構象的纖維連接蛋白，可以與不同類型的細胞相互作用，展示不同的生物學效應，誘導細胞向特定的方向分化。這在定向誘導多潛能細胞分化中很重要。
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產品名稱 | 貨號 | 規格 | 目錄價（元） | 促（元） |
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Recombinant Human Insulin 重組人胰島素 | 40112ES | 25mg/100mg | 387/1327 | 308/1063 |
Human IGF-1 Protein | 92211ES | 10μg/100μg | 535/1345 | 268/673 |
Human LR3 IGF-1 Protein | 92210ES | 5μg/100μg | 385/535 | 193/268 |
Human EGF Protein | 92708ES | 100μg/500μg | 815/1985 | 408/993 |
Human HGF Protein | 92055ES | 10μg/50μg | 815/3285 | 385/1155 |
Human Holo-Transferrin Protein 重組人轉鐵蛋白（飽和鐵） | 92288ES | 100 mg/500 mg | 1185/4265 | 593/2133 |
Human Holo-Transferrin Protein 重組人轉鐵蛋白（脫鐵） | 92289ES | 100 mg/500 mg | 985/3455 | 493/1728 |
Human Transferrin 人轉鐵蛋白 | 40133ES | 100 mg/500 mg | 1187/4587 | 950/3670 |
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Human Serum Albumin Protein 重組人血清白蛋白（凍干粉） | 20901ES | 1g/5g | 853/3453 | 683/2763 |
Recombinant Human Fibronectin 重組人纖維連接蛋白 | 40113ES | 1mg/10mg | 655/3355 | 538/2688 |
