化学的に明確な培地（合成培地とも呼ばれる）は、ヒトまたは動物細胞のin vitro細胞培養に適した増殖培地であり、その化学成分はすべて既知です。標準的な細胞培養培地は、通常、栄養源やその他の不明確な因子として動物血清（ウシ胎児血清（FBS）など）を添加した基本培地で構成されています。血清の使用に伴う技術的な欠点としては、その組成が不明確であること、バッチ間で組成が変動すること、そして汚染のリスクが挙げられます。
血清ベースの培地と化学的に定義された培地には明確な違いがあります。血清ベースの培地には、血清（血液から精製されたもの）、加水分解物、成長因子、ホルモン、キャリアタンパク質、接着因子などの未定義の動物由来製品が含まれることがあります。これらの未定義の動物由来製品には、アルブミンの脂質含有量などの複雑な汚染物質が含まれます。対照的に、化学的に定義された培地では、すべての成分が識別され、正確な濃度が既知である必要があります。したがって、化学的に定義された培地には、動物由来成分がまったく含まれていなければならず、ウシ胎児血清、ウシ血清、またはヒト血清を含めることはできません。これを実現するために、化学的に定義された培地には、通常、米または大腸菌に由来するアルブミンや成長因子の組み換えバージョン、またはBSA/HSAの機能の一部を再現できるポリマーポリビニルアルコールなどの合成化学物質が一般的に補充されます。
化学的に定義された培地の成分は、基礎培地（DMEM、F12、RPMI 1640など、アミノ酸、ビタミン、無機塩、緩衝液、抗酸化物質、エネルギー源を含む）に、組み換えアルブミン、化学的に定義された脂質、組み換えインスリンおよび／または亜鉛、組み換えトランスフェリンまたは鉄、セレン、および2-メルカプトエタノールや1-チオグリセロールなどの抗酸化チオールが添加されたものです。懸濁液中の細胞培養用に設計された化学的に定義された培地には、振盪や撹拌によるせん断応力を軽減するために、ポロキサマーなどの適切な界面活性剤がさらに含まれています。
化学的に定義された培地の利点
- 成長促進特性の不一致の原因となる、ウシ血清またはアルブミンのバッチ間の変動を回避します。
- タンパク質含有量が低いため、製品の精製が妨げられる可能性があります。
- 動物由来製品からのウイルス、マイコプラズマ、プリオンなどの汚染物質のリスクを排除し、牛海綿状脳症 (BSE) や狂牛病など、人間が使用する最終製品に伝染する可能性があります。
- ホルモンや成長因子と細胞の相互作用を研究する際に、ホルモンや成長因子に干渉する可能性のある要因を排除します。
- 世界的な不足期間に伴う、牛胎児血清の入手の制限に関する懸念の解消。
- コストの削減: 大規模培養の場合、ウシ胎児血清は培地全体のコストの最大 85% を占める可能性があります。
- 血清採取中に動物が受ける苦痛に対する懸念が高まっており、可能な限り血清の使用を避けるという倫理的義務が生じています。
化学的に定義された培地を使用すると、細胞生理学（特に細胞外）や分子-細胞相互作用の分野を研究している研究者は、培地内の未知の成分の影響によって生じる可能性のある変数を排除することもできます。
メディアのクラス
動物培養培地は、定義された培地のレベルに基づいて 6 つのサブセットに分類できます (Jayme および Smith、2000)。定義の最も低いものから最も高いものの順に次のとおりです。
- 血清含有培地（通常10～20% FBS）
- 血清減少培地（通常1～5% FBS）
- 無血清培地（合成培地と同義）
- タンパク質を含まない培地（タンパク質は含まれていないが、植物加水分解物由来の未定義のペプチドを含む）
- 化学的に定義された培地（組み換えタンパク質および/またはホルモンのみを含む）
- タンパク質を含まない、化学的に定義された培地（低分子量の成分のみを含みますが、合成ペプチド/ホルモンを含む場合があります）
- ペプチドフリー、タンパク質フリーの化学的に定義された培地（低分子量成分のみを含む）
化学的に定義された培地という用語の誤用
文献では、化学的に定義された培地という用語が、血清アルブミンを含む培地を指すために誤って使用されることがよくあります。この種の培地は、「既知培地」という用語でも表現できます。培地サプリメントB27（Invitrogen社製）を含む培地配合物は、この製品がウシ血清アルブミンを含むにもかかわらず（Chen et al., 2008）、しばしば誤って化学的に定義された培地と呼ばれます（例：Yao et al., 2006）。上記の定義を用いると、この種の培地は無血清培地と呼ばれます。ペプチドフリー、タンパク質フリー、化学的に定義された培地は、CHO細胞や昆虫細胞以外では、ほとんどうまく調製されません。
無血清培地/合成培地の他の種類としては、
動物性タンパク質を含まない培地で、ヒト血清アルブミン、ヒトトランスフェリンを含みますが、動物由来のインスリンおよび脂質が含まれている可能性があります。
ヒト血清アルブミン、ヒトトランスフェリン、ヒトインスリン、および化学的に定義された脂質を含む異種物質を含まない培地。
参照
参考文献
Jayme DW, Smith SR (2000). 「動物細胞培養における動物由来汚染物質の混入を防ぐための培地配合オプションと製造工程管理」Cytotechnology . 33 ( 1– 3): 27– 36. doi :10.1023/A:1008133717035. PMC 3466725. PMID 19002808 .
Yao S, Chen S, Clark J, Hao E, Beattie GM, Hayek A, Ding S (2006). 「化学的に定義された条件下におけるヒト胚性幹細胞の長期的自己複製と誘導性分化」. PNAS . 103 (18): 6907– 6912. Bibcode :2006PNAS..103.6907Y. doi : 10.1073/pnas.0602280103 . PMC 1458992. PMID 16632596 .
Chen, Y.; Stevens, B.; Chang, J.; Milbrandt, J.; Barres, BA; Hell, JW (2008). 「NS21：神経細胞培養のための再定義および修正されたサプリメントB27」. J. Neurosci. Methods . 171 (2): 239– 247. doi :10.1016/j.jneumeth.2008.03.013. PMC 2678682. PMID 18471889 .
サマーズ, MC; ビガーズ, J. (2003). 「化学的に定義された培地と哺乳類の着床前胚の培養：歴史的展望と現在の課題」.ヒューマン・リプロダクション・アップデート. 9 (6): 557– 582. doi : 10.1093/humupd/dmg039 . PMID 14714592.
外部リンク
- 化学的に定義された培地の調製のためのセルシス手順
- GIBCO 細胞培養の展望
- Invitrogen 無血清培養ガイド
- TNC Bioの化学的に定義された製品リスト
- バイオロジカルインダストリーズ（BI）の無血清培地リスト
- 細胞培養培地中の界面活性剤がHEK細胞およびCHO細胞の培養とトランスフェクションに与える影響
- ウシ胎児血清フリーデータベース
