一、從一片葉子到96孔板——細胞培養的由來

1885年，Wilhelm Roux用溫鹽水維持雞胚神經組織存活，被視為"組織培養"的濫觴；1907年，Ross Harrison把蛙胚神經節放入蛙淋巴液，觀察到軸突生長，正式宣告"細胞培養"時代開啟。一個多世紀后，細胞培養已從"維持生命"進化為"標準化工業"，成為現代生物學的核心平臺。

二、培養基：細胞的"定制食譜"

1.       基礎營養：DMEM、RPMI-1640提供糖、氨基酸、維生素

2.       蛋白因子：胎牛血清（FBS）含生長因子、激素、黏附因子；無血清時代則用重組蛋白或合成添加物替代

3.       微環境緩沖：NaHCO?-CO?體系維持pH 7.2-7.4；HEPES可在CO?缺失時短期緩沖

4.       附加元素：丙酮酸（替代碳源）、非必需氨基酸、β-巰基乙醇（還原環境）

5.       3D趨勢：基質膠、膠原蛋白、合成水凝膠模擬體內立體支撐

三、培養環境——"37 ℃、5% CO?"背后的邏輯

·         溫度：哺乳動物細胞最適37 ℃；昆蟲細胞27 ℃；魚類細胞15-25 ℃

·         氣體：5% CO?與NaHCO?形成可逆緩沖對；低氧誘導系統（1-3% O?）模擬腫瘤或胚胎微環境

·         濕度：≥90% RH防止96孔板邊緣蒸發，減少"邊緣效應"

·         滲透壓：260-320 mOsm kg?1；過高/過低均會誘導細胞皺縮或膨脹

四、細胞系與原代細胞——"永生"與"原生態"的權衡

五、質量控制——把"隱形殺手"擋在門外

1.       微生物：37 ℃快速培養+PCR檢測支原體（靈敏度≤10 CFU mL?1）

2.       化學：HPLC-MS測定血清中雌二醇、孕酮殘留，避免激素干擾

3.       物理：臺盼藍拒染計數存活率≥95%；實時阻抗儀監測細胞貼壁曲線

4.       遺傳：STR分型確認細胞身份，防止"交叉污染李鬼"

5.       倫理：血清可追溯牧場，符合動物福利法規（EU 2019/1244）

六、從T-Flask到10,000 L——放大之路

·         二維：多層Cell Factory（2-40層）→ 10層=3,200 cm2，相當于32個T-175

·         三維微載體：Cytodex-1 6 g L?1，比表面積>4,400 cm2 g?1，實現貼壁細胞懸浮化

·         灌注式生物反應器：切向流過濾（TFF）或交替式切向流（ATF），維持>10? cells mL?1活率

·         一次性系統：SUB（Single-Use Bioreactor）降低交叉污染與清潔驗證成本

七、前沿技術——細胞培養的"下一站"

1.       器官芯片：微流控通道+細胞外基質，模擬肝臟、肺泡、血腦屏障，用于藥物ADME預測

2.       類器官：腸道、腫瘤、腦類器官保留3D結構與多細胞互作，精準醫學"試藥替身"

3.       無血清/化學限定：避免批間差與病毒風險，助力生物制藥規模放大

4.       實時監測：納米電極連續測定葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺，AI算法預測最佳補料窗口

5.       太空細胞培養：微重力改變細胞骨架與基因表達，為深空醫學與再生醫學提供新模型

八、結語——小細胞，大未來

從一片雞胚神經組織到10,000升一次性反應器，細胞培養技術持續推動生命科學車輪向前。每一次培養基優化、每一臺生物反應器升級，都在縮短實驗室到臨床的距離。未來，隨著器官芯片、類器官、實時傳感與AI控制的深度融合，"細胞工廠"將更高效、更綠色、更智能，為人類健康與生物經濟注入不竭動力。