สภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยงเซลล์ส่งผลต่อการผลิตเซลล์

ข้อได้เปรียบหลักประการหนึ่งของการเพาะเลี้ยงเซลล์คือความสามารถในการควบคุมคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของการสืบพันธุ์ของเซลล์ (เช่น อุณหภูมิ ค่า pH แรงดันออสโมติก ความตึงเครียดของ O2 และ CO2) และสภาพแวดล้อมทางสรีรวิทยา (เช่น ความเข้มข้นของฮอร์โมนและสารอาหาร)นอกจากอุณหภูมิแล้ว สภาพแวดล้อมในการเพาะเลี้ยงยังถูกควบคุมโดยอาหารเลี้ยงเชื้อ

แม้ว่าสภาพแวดล้อมทางสรีรวิทยาของการเพาะเลี้ยงจะไม่ชัดเจนเท่าสภาพแวดล้อมทางกายภาพและทางเคมี แต่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับส่วนประกอบของซีรั่ม การระบุปัจจัยการเจริญเติบโตที่จำเป็นสำหรับการเพิ่มจำนวน และความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมจุลภาคของเซลล์ในการเพาะเลี้ยง(เช่นปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์กับเซลล์, การแพร่กระจายของก๊าซ, การโต้ตอบกับเมทริกซ์) ขณะนี้อนุญาตให้เพาะเลี้ยงเซลล์บางสายพันธุ์ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ปราศจากซีรั่ม

1. สภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยงมีผลต่อการเจริญเติบโตของเซลล์
โปรดทราบว่าเงื่อนไขการเพาะเลี้ยงเซลล์จะแตกต่างกันสำหรับเซลล์แต่ละประเภท
ผลที่ตามมาของการเบี่ยงเบนจากเงื่อนไขการเพาะเลี้ยงที่จำเป็นสำหรับเซลล์บางประเภทมีตั้งแต่การแสดงออกของฟีโนไทป์ที่ผิดปกติไปจนถึงความล้มเหลวโดยสิ้นเชิงของการเพาะเลี้ยงเซลล์ดังนั้น เราขอแนะนำให้คุณทำความคุ้นเคยกับเซลล์ที่คุณสนใจและปฏิบัติตามคำแนะนำที่ให้ไว้สำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์ที่คุณใช้ในการทดลองอย่างเคร่งครัด

2.ข้อควรระวังในการสร้างสภาพแวดล้อมการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่ดีที่สุดสำหรับเซลล์ของคุณ:
อาหารเลี้ยงเชื้อและเซรั่ม (ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่าง)
ระดับ pH และ CO2 (ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่าง)
ปลูกฝังพลาสติก (ดูด้านล่างสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม)
อุณหภูมิ (ดูด้านล่างสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม)

2.1 สื่อวัฒนธรรมและเซรั่ม
อาหารเลี้ยงเชื้อเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของสภาพแวดล้อมในการเพาะเลี้ยง เนื่องจากให้สารอาหาร โกรทแฟคเตอร์ และฮอร์โมนที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ และควบคุมค่า pH และแรงดันออสโมติกของอาหารเลี้ยงเชื้อ

แม้ว่าการทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์เบื้องต้นจะดำเนินการโดยใช้อาหารเลี้ยงจากธรรมชาติที่ได้จากสารสกัดจากเนื้อเยื่อและของเหลวในร่างกาย แต่ความต้องการมาตรฐาน คุณภาพอาหารเลี้ยงเชื้อ และความต้องการที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การพัฒนาอาหารเลี้ยงเชื้อขั้นสุดท้ายสื่อพื้นฐานสามประเภท ได้แก่ สื่อพื้นฐาน สื่อในซีรั่มที่ลดลง และสื่อที่ปราศจากซีรั่ม และพวกเขามีความต้องการที่แตกต่างกันสำหรับการเสริมซีรั่ม

2.1.1 สื่อพื้นฐาน
อาหารเลี้ยงเซลล์ Gibco
เซลล์ส่วนใหญ่เติบโตได้ดีในสื่อพื้นฐานที่มีกรดอะมิโน วิตามิน เกลืออนินทรีย์ และแหล่งคาร์บอน (เช่น กลูโคส) แต่สูตรอาหารเลี้ยงเชื้อพื้นฐานเหล่านี้ต้องเสริมด้วยซีรั่ม

2.1.2 ตัวกลางซีรั่มลดลง
ขวดที่มี Gibco Low Serum Medium
อีกกลยุทธ์หนึ่งในการลดผลกระทบของซีรั่มในการทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์คือการใช้สื่อที่ลดซีรั่มรีดิวซ์ซีรั่มมีเดียมเป็นสูตรพื้นฐานที่อุดมไปด้วยสารอาหารและปัจจัยที่ได้จากสัตว์ ซึ่งสามารถลดปริมาณซีรั่มที่ต้องการได้

2.1.3 สารที่ปราศจากเซรั่ม
ขวดที่มีสื่อปราศจากเซรั่ม Gibco
สารที่ปราศจากซีรั่ม (SFM) หลีกเลี่ยงการใช้ซีรั่มจากสัตว์โดยแทนที่ซีรั่มด้วยสารอาหารและสูตรฮอร์โมนที่เหมาะสมวัฒนธรรมปฐมภูมิและสายพันธุ์เซลล์จำนวนมากมีสูตรอาหารกลางที่ปราศจากซีรั่ม รวมถึงสายการผลิตรีคอมบิแนนท์โปรตีนรังไข่หนูแฮมสเตอร์จีน (CHO) สายพันธุ์เซลล์ลูกผสมต่างๆ สายพันธุ์แมลง Sf9 และ Sf21 (Spodoptera frugiperda) รวมถึงโฮสต์สำหรับการผลิตไวรัส (ตัวอย่างเช่น 293, VERO, MDCK, MDBK) เป็นต้น ข้อดีหลักอย่างหนึ่งของการใช้สื่อที่ปราศจากซีรั่มคือความสามารถในการเลือกสื่อสำหรับเซลล์เฉพาะประเภทโดยการเลือกส่วนผสมของปัจจัยการเจริญเติบโตที่เหมาะสมตารางต่อไปนี้แสดงข้อดีและข้อเสียของสื่อที่ปราศจากซีรั่ม

ข้อได้เปรียบ
เพิ่มความกระจ่างใส
ประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้น
การทำให้บริสุทธิ์และการประมวลผลขั้นปลายน้ำง่ายขึ้น
ประเมินการทำงานของเซลล์อย่างแม่นยำ
เพิ่มผลผลิต
ควบคุมปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาได้ดีขึ้น
การตรวจจับสื่อเซลล์ที่ปรับปรุงแล้ว
ข้อเสีย
ข้อกำหนดสูตรอาหารเลี้ยงเชื้อเฉพาะประเภทเซลล์
ต้องการความบริสุทธิ์ของรีเอเจนต์ที่สูงขึ้น
การเจริญเติบโตช้าลง

2.2.1 ระดับความเป็นกรดด่าง
เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมปกติส่วนใหญ่เติบโตได้ดีที่ pH 7.4 และความแตกต่างระหว่างเซลล์ต่างๆ มีขนาดเล็กอย่างไรก็ตาม มีการแสดงเซลล์ที่เปลี่ยนรูปบางสายพันธุ์ให้เติบโตได้ดีขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อย (pH 7.0 – 7.4) ในขณะที่เซลล์ไฟโบรบลาสต์ปกติบางเซลล์ชอบสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเล็กน้อย (pH 7.4 – 7.7)เซลล์แมลงเช่น Sf9 และ Sf21 เติบโตได้ดีที่สุดที่ pH 6.2

2.2.2 ระดับ CO2
อาหารเลี้ยงเชื้อจะควบคุมค่า pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อและบัฟเฟอร์เซลล์ในอาหารเลี้ยงเพื่อต้านทานการเปลี่ยนแปลงค่า pHโดยปกติแล้ว การบัฟเฟอร์นี้ทำได้โดยการบรรจุบัฟเฟอร์อินทรีย์ (เช่น HEPES) หรือ CO2-ไบคาร์บอเนตเนื่องจากค่า pH ของตัวกลางขึ้นอยู่กับความสมดุลที่ละเอียดอ่อนของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำ (CO2) และไบคาร์บอเนต (HCO3-) การเปลี่ยนแปลงของ CO2 ในชั้นบรรยากาศจะเปลี่ยนค่า pH ของตัวกลางดังนั้น เมื่อใช้ตัวกลางที่บัฟเฟอร์ด้วยบัฟเฟอร์ที่มี CO2-ไบคาร์บอเนต จึงจำเป็นต้องใช้ CO2 จากภายนอก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเพาะเลี้ยงเซลล์ในจานเพาะเลี้ยงแบบเปิดหรือเพาะเลี้ยงสายพันธุ์เซลล์ที่ถูกเปลี่ยนรูปที่มีความเข้มข้นสูงแม้ว่านักวิจัยส่วนใหญ่มักใช้ CO2 ในอากาศ 5-7% แต่การทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์ส่วนใหญ่มักใช้ CO2 4-10%อย่างไรก็ตาม สื่อแต่ละชนิดมีความตึงของ CO2 และความเข้มข้นของไบคาร์บอเนตที่แนะนำเพื่อให้ได้ค่า pH และแรงดันออสโมติกที่ถูกต้องสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดูคำแนะนำจากผู้ผลิตสื่อ

2.3 การเพาะปลูกพลาสติก
พลาสติกเพาะเลี้ยงเซลล์มีหลายรูปแบบ ขนาด และพื้นผิวเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานในการเพาะเลี้ยงเซลล์ต่างๆใช้คู่มือพื้นผิวพลาสติกเพาะเลี้ยงเซลล์และคำแนะนำภาชนะเพาะเลี้ยงเซลล์ด้านล่างเพื่อช่วยคุณเลือกพลาสติกที่เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้ในการเพาะเลี้ยงเซลล์
ดูพลาสติกเพาะเลี้ยงเซลล์ของ Thermo Scientific Nunc ทั้งหมด (ลิงก์โฆษณา)

2.4 อุณหภูมิ
อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิร่างกายของโฮสต์ที่แยกเซลล์ออก และในระดับที่น้อยกว่านั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาคของอุณหภูมิ (ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิผิวหนังอาจต่ำกว่าอุณหภูมิของกล้ามเนื้อโครงร่าง ).สำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ ความร้อนสูงเกินไปเป็นปัญหาที่ร้ายแรงกว่าความร้อนสูงเกินไปดังนั้นอุณหภูมิในตู้ฟักไข่จึงมักจะตั้งไว้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมเล็กน้อย

2.4.1 อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับเซลล์ต่างๆ
เซลล์ของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่ถูกเก็บไว้ที่ 36°C ถึง 37°C เพื่อการเติบโตที่เหมาะสม
เพาะเลี้ยงเซลล์แมลงที่อุณหภูมิ 27°C เพื่อการเจริญเติบโตที่เหมาะสมพวกมันเติบโตช้ากว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่าและอุณหภูมิระหว่าง 27°C ถึง 30°Cอุณหภูมิที่สูงกว่า 30°C เซลล์ของแมลงจะลดลง แม้ว่าอุณหภูมิจะกลับมาที่ 27°C เซลล์จะไม่ฟื้นตัว
เซลล์ของนกต้องการอุณหภูมิ 38.5°C เพื่อให้เติบโตสูงสุดแม้ว่าเซลล์เหล่านี้สามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 37°C ได้ แต่พวกมันจะเติบโตช้ากว่า
เซลล์ที่ได้จากสัตว์เลือดเย็น (เช่น สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ปลาในน้ำเย็น) สามารถทนอุณหภูมิได้กว้างตั้งแต่ 15°C ถึง 26°C