1976年，Sato等首次发现在不加入血清的培养基中加入少量生长因子能够维持GH3细胞株的生长，自此无血清培养技术越来越得到人们的重视。无血清培养基是继天然培养基，合成培养基之后的第三类培养基。与传统的培养基相比较，无血清培养基是不含动物血清，但仍可以维持细胞在体外较长时间生长、增殖的一种培养基。无血清培养基由于其组成成分相对清楚，制备过程简单，在现代生物技术学领域得到广泛应用。

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无血清培养基体现出以下几方面的优势：

1. 培养基化学组成明确可控；

2. 培养基性能受原料批次影响小；

3. 培养基被病原微生物污染的潜在风险大大降低；

4. 简单、明晰的组分有利于下游生产工艺（如细胞表达产物的分离和纯化）；

5. 有利于体外培养细胞的分化。

劣势：

1. 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。

2. 成本较高。

3. 针对性强，一种无血清培养基仅适合某一类细胞的培养。

无血清培养基组成

大多数细胞在基础培养基中单独培养时都不能增殖，它们需要补充额外的生长因子和细胞因子，如激素、转运蛋白、微量元素或ECM因子。激素如胰岛素、生长激素等胰岛素作为一种多肽激素，对哺乳动物细胞具有多效合成作用，促进葡萄糖和氨基酸摄取、脂肪生成、单价阳离子和磷酸转运、蛋白质和核酸合成。转运蛋白，如转铁蛋白，转铁蛋白作为铁的载体，也有助于降低氧自由基和过氧化氢的毒性水平。ECM因子是某些贴壁生长细胞所必需的组分，如纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白等。

无血清与血清体系培养MSC的比较

实验原材料：

BM-MSCs（骨髓来源，P5）；MSCs无血清培养基；DMEM培养基及胎牛血清。

实验动物模型：

将大鼠随机分为4组（每组6只）：SF-MSCs（无血清体系培养）；10%MSCs（DMEM+10%FBS培养）；PBS组；假手术组。

实验操作：

对大鼠进行单侧输尿管结扎，假手术组未进行单侧输尿管结扎。术后4天，SF-MSCs和10%MSCs（5×10⁶细胞/大鼠）重悬于0.5 ml PBS，通过尾静脉注射入大鼠体内。在PBS组和假手术组中，只注射0.5 ml PBS。在术后7或10天，处死大鼠并对其肾脏进行分析。

实验结果：

与假手术组相比，PBS组在术后7、10天，促纤维化标志物TGF-β1、α-SMA 的mRNA和蛋白水平均升高；注射DMEM+10%FBS培养的MSCs可抑制这些增加，而注射SF-MSCs（无血清培养的MSCs）则抑制得更明显。肾切片免疫染色显示，PBS组TGF-β1阳性细胞数量增加。在术后10天，PBS组α-SMA阳性区域增加，SF-MSCs组比10%MSCs组更显著地抑制α-SMA阳性区域的表达。无血清培养的MSCs可抑制UUO（单侧输尿管结扎）诱导的肾小管间质纤维化。

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共培养MSCs和THP-1细胞来源的巨噬细胞，结果显示SF-hMSCs显著增强了由促炎M1型向免疫抑制M2型巨噬细胞的转化，提示SF-hMSCs强烈抑制了炎症的持续。M2巨噬细胞的两种标记物CD163和CD206在单独巨噬细胞中未检测到很大程度的表达。然而与10%hMSCs共培养的巨噬细胞CD163阳性细胞数量显著增加，CD206阳性细胞轻度增加；与SF-hMSCs共培养的巨噬细胞，CD163和CD206阳性细胞呈较高水平升高。相比于10%hMSCs共培养的巨噬细胞，与SF-hMSCs共培养的巨噬细胞CD163和CD206阳性细胞显著增加。在无血清条件下培养的MSCs能增强巨噬细胞从促炎性M1到免疫抑制M2的转变。

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.

无血清培养基的新应用

随着无血清培养体系的研究越来越深入，无血清培养基的优势已越来越被人们所熟知。目前，几乎所有的动物细胞均可使用无血清培养基来进行培养，无血清培养基逐渐取代含血清培养基已成为动物细胞培养的一种趋势。无血清培养基目前已被广泛应用于细胞生物学、药理学、肿瘤学和细胞工程等领域。如：

1. 用来研究细胞的分化条件。

2. 用于激素，生长因子，药物等于细胞相互作用的研究。

3. 用于从混杂的细胞中选取目标细胞。

4. 用于肿瘤病理学和病因学的研究。

5. 用于生产疫苗，单克隆抗体，生物活性蛋白等生物制品。

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REFERENCES
  参考文献

1. 宗超等, 无血清培养基中蛋白类补充因子重组生产研究进展. 药物生物技术, 2014. 021（002）: p. 162-165.

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