Питательные среды для культивирования клеток

Технология культивирования клеток и тканей значительно продвинулась вперёд за последние десятки лет и теперь активно применяется в различных областях: от молекулярной биологии до фармацевтической промышленности. Суть заключается в выделении клеток, органов, либо тканей из живых организмов или растений с последующим помещением их в синтетическую питательную среду. При этом важно создать нужные условия, чтобы был возможен рост и пролиферация структурных единиц. А именно обеспечить:

• контроль температурного режима;
• правильный состав культуральной среды;
• СО₂-инкубатор для регулирования кислотности;
• поддержание осмотического давления;
• субстрат (для прикрепления адгезивных клеточных культур).

Из всех этих условий наиболее значимым считается культуральная среда. Именно от неё зависит качество роста и размножения клеток.

Питательные среды — это многокомпонентные жидкости или плотные гели, созданные специально для выращивания клеток разного типа. В их состав входят различные аминокислоты, соли, витамины, гормоны, факторы прикрепления и роста, смешанные в определённых пропорциях. Среда должна содержать все необходимые питательные компоненты в легкоусвояемой форме, быть изотонической, сбалансированной с высокой буферной ёмкостью.

Компоненты питательной среды

Для обеспечения буферной системы

Оптимальные показатели pH для культивируемых клеток — от 7,2 до 7,4. Повышение или понижение уровня кислотности крайне нежелательно.

Бикарбонат натрия помогает нейтрализовать избыток водородных ионов, поддерживая оптимальный уровень кислотности (буферность). Для правильного действия ему нужно 5-10% содержания СО₂. Это обеспечивается с помощью специального инкубатора.

HEPES — это фосфатный буферный агент, который поддерживает физиологический pH между 7,2 и 7,4. Для него не требуется специальная среда с диоксидом углерода, но высокие концентрации вещества могут нанести вред некоторым видам клеток.

Феноловый красный — это кислотно-основный индикатор. Становится красным при показателях pH 7,4. При понижении значения приобретает цвет от оранжевого до жёлтого. Подходит не для всех клеток: некоторые из них могут быть чувствительны к эстрогену.

Соли

С помощью неорганических солей поддерживается изотоничность. Кроме того, они способствуют нормализации мембранного напряжения, насыщая среду ионами основных электролитов (калия, кальция, натрия). Осмоляльность не менее важна, чем уровень pH. Её показатели (для разных видов клеток) должны находиться между 260 и 340 миллиосмоль/кг.

Аминокислоты

Являясь основным стройматериалом для синтеза белков, аминокислоты обязательно присутствуют в культуральных средах. L-глютамин наиболее важен среди всех. Он насыщает азотом НАД, НАДФН и нуклеотиды, а также выступает в роли одного из источников энергии, необходимой для внутриклеточного обмена веществ. Кроме него в состав могут входить заменимые аминокислоты.

Углеводороды

Глюкоза и галактоза — составляющие, которые обеспечивают клетки энергией. Содержатся в большинстве сред.

Белки, пептиды

Чаще всего в растворы добавляют три вещества. Альбумин — простой водорастворимый белок, отвечающий за связывание воды и различных веществ (солей, витаминов), а также дальнейший их транспорт в структуру тканей и клеток. Фибронектин — важный субстрат, обеспечивающий клеточную адгезию. Трансферрин доставляет атомы железа в клеточную мембрану.

Жиры, жирные кислоты

Необходимы для выращивания клеток в бессывороточных средах. В составе сывороток уже присутствуют.

Витамины

Для роста и пролиферации нужны витамины, которые клетки не могут синтезировать. В растворах чаще всего содержатся рибофлавин, биотин, тиамин.

Добавки

Сыворотка — значимый компонент, который добавляется перед использованием раствора, в концентрации от 5 до 10%. Она представляет собой состав, содержащий водорастворимые белки, факторы и ингибиторы роста, аминокислоты, жиры, микроэлементы. Чаще всего это эмбриональная сыворотка, бычья или телячья.

Антибиотики добавляют, чтобы снизить риск загрязнения среды бактериями или грибами. Но они не защищают от заражения микоплазмой.

Выбор культуральной среды: таблица