細胞培養環境が細胞生産に影響を与える

細胞培養の主な利点の 1 つは、細胞再生の物理化学 (つまり、温度、pH、浸透圧、O2 および CO2 圧) および生理学的環境 (つまり、ホルモンおよび栄養素の濃度) を操作できることです。温度に加えて、培養環境は増殖培地によって制御されます。

培養の生理学的環境は物理的および化学的環境ほど明確ではありませんが、血清成分の理解、増殖に必要な成長因子の同定、培養細胞の微小環境の理解が深まります。(つまり、細胞間相互作用、ガス拡散、マトリックスとの相互作用)、特定の細胞株を無血清培地で培養できるようになりました。

1.培養環境は細胞の増殖に影響を与える
細胞の培養条件は細胞の種類ごとに異なりますのでご注意ください。
特定の細胞型に必要な培養条件から逸脱すると、異常な表現型の発現から細胞培養の完全な失敗に至るまで、その影響は多岐にわたります。したがって、興味のある細胞株についてよく理解し、実験で使用する各製品に提供されている指示に厳密に従うことをお勧めします。

2.細胞に最適な細胞培養環境を構築するための注意事項:
培地と血清 (詳細については下記を参照)
pH および CO2 レベル (詳細については以下を参照)
プラスチックの栽培 (詳細については下記を参照)
温度 (詳細については下記を参照してください)

2.1 文化メディアと血清
培地は、細胞の成長に必要な栄養素、成長因子、ホルモンを提供し、培養物の pH と浸透圧を調節するため、培養環境の最も重要な部分です。

初期の細胞培養実験は組織抽出物と体液から得られた天然培地を使用して行われましたが、標準化、培地の品質、需要の増加の必要性により、最終的な培地の開発が行われました。培地の 3 つの基本的なタイプは、基礎培地、低血清培地、および無血清培地であり、血清補充に対する異なる要件があります。

2.1.1 基本媒体
ギブコ細胞培養液
ほとんどの細胞株は、アミノ酸、ビタミン、無機塩、炭素源 (グルコースなど) を含む基本培地でよく増殖しますが、これらの基本培地製剤には血清を補充する必要があります。

2.1.2 減量血清培地
Gibco Low Serum Medium 入りボトル
細胞培養実験における血清の悪影響を軽減する別の戦略は、血清を減らした培地を使用することです。減血清培地は、必要な血清の量を減らすことができる、栄養素と動物由来の因子が豊富な基本的な培地です。

2.1.3 無血清培地
Gibco 無血清培地の入ったボトル
無血清培地 (SFM) は、血清を適切な栄養とホルモン配合物で置き換えることにより、動物血清の使用を回避します。チャイニーズハムスター卵巣 (CHO) 組換えタンパク質生産ライン、さまざまなハイブリドーマ細胞株、昆虫株 Sf9 および Sf21 (Spodoptera fragiperda)、ウイルス生産の宿主など、多くの初代培養および細胞株には無血清培地が配合されています。無血清培地を使用する主な利点の 1 つは、成長因子の適切な組み合わせを選択することにより、培地を特定の細胞タイプに対して選択的にできることです。次の表に、無血清培地の利点と欠点を示します。

アドバンテージ
明瞭度を高める
より安定したパフォーマンス
精製と下流処理が容易になる
細胞機能を正確に評価する
生産性を高める
生理学的反応のより良い制御
強化された細胞培地検出
不利益
細胞タイプ固有の培地配合要件
より高い試薬純度が必要
成長の鈍化

2.2.1 pH レベル
ほとんどの正常な哺乳類細胞株は pH 7.4 でよく増殖し、異なる細胞株間の差異はわずかです。ただし、一部の形質転換細胞株は弱酸性環境 (pH 7.0 ～ 7.4) でよりよく増殖することが示されていますが、一部の正常な線維芽細胞株は弱アルカリ性環境 (pH 7.4 ～ 7.7) を好みます。Sf9 や Sf21 などの昆虫細胞株は、pH 6.2 で最もよく増殖します。

2.2.2 CO2 レベル
増殖培地は培養液の pH を制御し、培養液内の細胞を緩衝して pH の変化に耐えます。通常、この緩衝作用は有機緩衝液 (HEPES など) または CO2 重炭酸塩ベースの緩衝液を使用することで実現されます。培地の pH は溶存二酸化炭素 (CO2) と重炭酸塩 (HCO3-) の微妙なバランスに依存するため、大気中の CO2 が変化すると培地の pH も変化します。したがって、CO2-重炭酸塩ベースの緩衝液で緩衝された培地を使用する場合、特に開放培養皿で細胞を培養する場合、または形質転換細胞株を高濃度で培養する場合には、外因性CO2を使用する必要があります。通常、ほとんどの研究者は空気中に 5 ～ 7% の CO2 を使用しますが、ほとんどの細胞培養実験では通常 4 ～ 10% の CO2 が使用されます。ただし、各培地には、正しい pH と浸透圧を達成するために推奨される CO2 圧と重炭酸塩濃度があります。詳細については、媒体メーカーの説明書を参照してください。

2.3 プラスチックの栽培
細胞培養プラスチックは、さまざまな細胞培養用途に合わせて、さまざまな形状、サイズ、表面で入手できます。以下の細胞培養プラスチック表面ガイドと細胞培養容器ガイドを使用して、細胞培養アプリケーションに適切なプラスチックを選択してください。
Thermo Scientific Nunc 細胞培養プラスチックをすべて表示 (広告リンク)

2.4 温度
細胞培養に最適な温度は、細胞が単離される宿主の体温に大きく依存しますが、解剖学的温度変化にはそれほど依存しません（たとえば、皮膚の温度は骨格筋の温度よりも低い場合があります）。 ）。細胞培養の場合、過熱よりも過熱の方が深刻な問題です。したがって、通常、インキュベーター内の温度は最適温度よりもわずかに低く設定されます。

2.4.1 さまざまな細胞株の最適温度
ほとんどのヒトおよび哺乳動物の細胞株は、最適な増殖を実現するために 36°C ～ 37°C で保存されます。
昆虫細胞は最適な増殖を実現するために 27°C で培養されます。低温や27℃から30℃の間では成長が遅くなります。30℃を超えると昆虫の細胞の活力が低下し、27℃に戻しても細胞は回復しません。
鳥類細胞株が最大の増殖に達するには 38.5°C が必要です。これらの細胞は 37°C で保存できますが、増殖は遅くなります。
冷血動物（両生類、冷水魚など）由来の細胞株は、15°C ～ 26°C の広い温度範囲に耐えることができます。