摘要： 动物细胞培养技术在生物技术领域起着重要的作用。它在生物医药领域、细胞工程、酶工程等领域中都是不可缺少的工具。
培养基是人工配制的满足细胞生长和维持的营养基质。培养基的发展大致经过3个阶段：天然培养基阶段(直接采用某些组织凝块、生物性液体和组织提取液等作为细胞的培养基)，合成培养基阶段(如DMEM、RPMl 1640等)和无血清培养基阶段。合成培养基通常需在其中添加一些诸如血清(常用的如小牛血清、胎牛血清等，一般在5% - 10%)等天然的体液性补充物才能较长时间地维持细胞生长。
在无血清培养基出现之前，血清被广泛用于细胞培养达几十年之久。动物血清主要包括胎牛血清、小牛血清、成牛血清、马血清、羊血清、鸡血清、兔血清等，其中以胎牛血清的使用最为普遍。 动物血清在细胞培养中提供细胞增殖所需的生长因子、激素、转移蛋白、贴壁和铺展在培养基质上的因子、蛋白酶抑制剂和其他营养物质。使用血清的优点是血清含有促进细胞增殖和维持的大部分因子，它几乎是通用的生长添加物，适用于动物、人和昆虫细胞等的细胞培养。因而使用血清不需要为每一个细胞系优化培养基，节省了大量时间和精力。
动物血清成分复杂，含有丰富的蛋白质、多肽、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、激素等，其组分及含量常依动物性别、年龄、生理状态、营养条件不同而有差异。尽管大部分成分已知，仍然存在不清楚的组分。因而血清在细胞培养中的作用至今没有完全明确。由于不同生产厂家的血清间及同一厂家生产的不同批次的血清间所含因子的质量和数量差异大，因此影响细胞培养的可重复性，制约动物细胞规模化培养。很多研究人员为了保证同一实验的一致性，不得不购买和储存大量同一批次的经筛选后确定为优质的血清。这一问题也使得比较不同研究者的实验数据极为困难。
血清中蛋白含量大且成分复杂（大于100种），使得实验和生产的标准化困难，使疫苗、单克隆抗体及生物活性蛋白等用培养细胞生产的生物产品的下游分离和纯化更复杂。干细胞培养要求在促进细胞增殖的同时，又要保持细胞的发育特性，不发生分化，对培养基组分的要求更加苛刻。使用血清可能改变细胞在体内的正常状态，可能促进某种细胞（成纤维细胞）生长的同时，抑制另一类细胞生长（表皮细胞）。在培养原代细胞时使用含血清的培养基可能不能阻止成纤维细胞过度增殖，而影响原代细胞的生长。
虽然血清含有促进细胞生长的成分，但同时含有内毒素、血色素、补体、抗体等其他有害成分，影响细胞生长甚至导致细胞死亡，需要大量测试工作才知道对细胞生长的净作用。低质量的血清常被病毒、真菌和支原体等微生物感染。 此外，血清来源不稳定，可能受来源地区环境及牛群疾病影响发生供应紧张，造成价格上的波动。另外，血清使用不方便。
胎牛血清的收集过程遭到伦理学的质疑。怀孕母牛在屠宰前腹部被刨开，取出胎牛。在无菌条件下，刺破胎牛的心脏或颈动脉/脐带静脉以获取血清，给胎牛造成痛苦。更符合人道的无血清培养基应该得到支持。
要实现细胞培养标准化，最好不要在细胞培养过程中使用血清。无血清培养基是不含动物血清或其他生物提取液，但仍可以维持细胞在体外较长时间生长、繁殖的一种培养基。无血清培养基的研究有两个方向：一是培养基中不含有任何动物来源的添加组分；二是培养基中不含有不明确的添加组分。当前应用较多的无血清培养基归纳为以下四种：
1. 一般意义上的无血清培养基：用各类可代替血清功能的生物材料配制细胞培养基，如牛血清白蛋白（BSA）、转铁蛋白、胰岛素等生物大分子物质，以及从血清中提取的去除蛋白质的混合脂类以及水解蛋白等。其特点是培养基中的蛋白含量较高，添加物质的化学成分不明确，其中含有大量的动物来源蛋白。
2. 无动物来源培养基：许多无动物来源培养基是基于生产重组药物安全的考虑，培养基中的添加组分无动物来源，需要的蛋白来源于重组蛋白或者蛋白水解物，这些组分可以保障细胞生长及增殖的需要。
3. 无动物蛋白培养基：培养基完全不用动物来源的蛋白，但仍有部分添加物是来源于植物蛋白的水解片段或合成多肽片段等其他衍生物。此类培养基组分相对稳定，但必须添加类固醇激素和脂类前体，并且对培养的细胞是高度特异性的。
4. 化学组分限定培养基：此类培养基是目前最安全的，最为理想的培养基，首先可以保证培养基批次间的一致性，其中所添加的少量动物来源的蛋白水解物、蛋白都是成分明确的组分。其特点是培养基的性质确定，配起培养基来也比较方便。
无血清培养基可满足细胞生长需要，不仅避免了血清的许多不利因素，还有血清培养无法比拟的优点：组分稳定可大量配制，蛋白含量低，不含有丝分裂原抑制剂可促进细胞增殖，简化各种提纯和鉴定细胞产物的程序。在含血清的合成培养基中，往往不能较长时间地维持细胞高密度培养，同时衰老死亡的细胞可把细胞内的蛋白酶释放到培养基中，降解蛋白类目的产物，这对蛋白类生物制品的生产是极为不利的。在无血清培养条件下，细胞的生长速率和细胞密度及蛋白的表达水平都不亚于血清培养，甚至在某些方面超过血清培养，某些细胞的生长和抗体的产量甚至高于有血清时数倍。细胞易受搅拌等机械因素的影响，无血清培养基粘度小，因此对细胞影响小。在控制细胞生长、增殖、分化及基因表达调控的调节机制的研究中和细胞工程等现代生物技术中，对一致性和确定的条件要求，来自产物纯化的生物技术上的压力，世界范围的血清供应的逐渐紧张的情况，以及严格的质量控制要求，都将迫使普遍采用无血清培养基。 无血清培养基取代含血清的培养基已成为未来细胞培养的趋势。然而无血清培养基也存在着一些劣势。无血清培养基目前价格偏高，另外，一般无血清培养基通用性不高，不同类型的细胞株或细胞系可能需要不同的添加成分。处于发育的不同分化阶段的细胞(例如干细胞与定向前体细胞相比)需要不同的配方，对生长因子和细胞因子的选择尤为重要。细胞在无血清培养基中易受某些机械因素和化学因素的影响，培养基的保存和应用不如传统的合成培养基方便。而且在去除血清的同时，也去除了一些血清蛋白具有的保护、解毒作用，因此对试剂、水的纯度和仪器清洁度的要求更高。
目前市场上部分血清替代品：
KnockOutTM Serum Replacement (Gibco) 胚胎干细胞（ESC）/诱导多能细胞（iPSC）的血清替代品，成分明确，支持未分化的多能干细胞培养。保存：避光，-5 至 -20℃冻存；有效期：12个月。
KNOCKOUTTMSR XenoFree CTSTM（Gibco）支持人胚胎干细胞（hESC）的生长和增殖，只含有人源蛋白或人的重组蛋白。保存：避光，-5 至 -20℃冻存；有效期：18个月。
HyClone AdvanceSTEM Serum Replacement（HyClone）为培养小鼠胚胎干细胞（mESC）设计的配方。保存：冻存。
XerumFreeTM（TNC Bio） 世界首创通用的完全无动物成分的血清替代品，成分明确，含少量重组蛋白，适用于干细胞、其他常用细胞系及昆虫细胞等的培养。100多个研究机构和生产单位成功试用，效果相当或好于血清。保存：避光，2 至8℃；有效期：12个月。 |
