MEM 细胞培养基：细胞生长的 “营养宝库”​

在现代生命科学研究与生物技术产业中，细胞培养是一项至关重要的基础技术。无论是探索生命奥秘的基础研究，还是开发创新疗法的临床应用，都离不开细胞在体外的成功培养。而在细胞培养的众多要素中，细胞培养基扮演着 “生命之源” 的关键角色，为细胞提供生长、增殖和维持功能所必需的营养物质与环境条件。在种类繁多的细胞培养基中，MEM 细胞培养基凭借其独特的配方和广泛的适用性，成为科研人员和生物技术从业者的常用选择之一。​

一、MEM 细胞培养基的发展历程​

MEM 细胞培养基，全称 Minimum Essential Medium，即最低必需培养基，由美国国立卫生研​

究（NIH）的 Harry Eagle 博士在 1955 年首次开发。最初，Eagle 博士的目标是确定细胞在体外生长所需的最基本营养成分，以简化细胞培养的条件，降低成本，并提高实验的可重复性。他通过系统地研究细胞对各种营养物质的需求，精心筛选出了一组包含氨基酸、维生素、无机盐、碳水化合物等成分的基础培养基配方，这便是初代 MEM 培养基。​

随着细胞生物学研究的不断深入和细胞培养技术的持续发展，科研人员对 MEM 培养基进行了多次改良和优化。1979 年，Dulbecco 对原始的 MEM 培养基进行了改进，开发出了 DMEM（Dulbecco’s Modified Eagle Medium）。DMEM 在 MEM 的基础上，大幅提高了氨基酸和维生素的浓度，尤其是增加了葡萄糖的含量，以满足某些细胞系更高的代谢需求。此后，又衍生出了多种不同版本的 MEM 培养基，如 α-MEM（Alpha Modified Eagle Medium），它添加了额外的氨基酸、维生素和核苷等成分，进一步增强了培养基对细胞生长和分化的支持能力，适用于更广泛的细胞类型和培养目的 。​

二、MEM 细胞培养基的成分与分类​

（一）核心成分​

1. 氨基酸：氨基酸是构成蛋白质的基本单位，对于细胞的生长、修复和代谢调节至关重要。MEM 培养基中包含了细胞生长所必需的 12 种非必需氨基酸和 8 种必需氨基酸。必需氨基酸是细胞自身无法合成，必须从培养基中获取的氨基酸，如赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等；非必需氨基酸虽然细胞能够合成，但在培养基中添加它们可以减轻细胞的代谢负担，促进细胞的快速生长。院维生素：维生素在细胞代谢过程中作为辅酶或辅酶前体，参与多种重要的生化反应。MEM 培养基中含有多种水溶性维生素，如维生素 B1（硫胺素）、维生素 B2（核黄素）、维生素 B6（吡哆醇）、泛酸、叶酸、生物素等，以及脂溶性维生素维生素 C（抗坏血酸）。这些维生素对于维持细胞的正常生理功能、能量代谢和抗氧化防御系统起着不可或缺的作用。​

3. 无机盐：无机盐在维持细胞内的渗透压平衡、酸碱平衡以及作为酶的辅助因子等方面发挥着重要作用。MEM 培养基中包含了钠、钾、钙、镁、磷、氯等多种无机盐离子。例如，钠离子和氯离子主要负责维持细胞外液的渗透压和电荷平衡；钙离子参与细胞信号传导、肌肉收缩和细胞骨架的稳定；镁离子是许多酶的激活剂，参与核酸和蛋白质的合成等重要过程。​

4. 碳水化合物：葡萄糖是 MEM 培养基中主要的碳水化合物，为细胞提供能量来源。细胞通过糖酵解和有氧呼吸途径将葡萄糖分解，产生 ATP（三磷酸腺苷），以满足细胞生长、分裂和各种生理活动的能量需求。此外，葡萄糖还可以作为合成其他生物大分子的碳源。​

5. 其他成分：除了上述主要成分外，MEM 培养基中还通常含有酚红作为 pH 指示剂，它可以根据培养基的酸碱度呈现不同的颜色，帮助科研人员直观地监测培养基的 pH 变化；同时，在实际应用中，还需要添加血清（如胎牛血清）或无血清添加剂，以提供细胞生长所需的生长因子、激素和其他未知营养成分 。​

（二）分类​

根据添加成分和应用场景的不同，MEM 细胞培养基可以分为多种类型：​

1. 含血清 MEM 培养基：在基础 MEM 培养基中添加一定比例的血清（通常为 5% – 20% 的胎牛血清），血清中含有丰富的生长因子、激素、转铁蛋白、贴壁因子等成分，能够为细胞提供全面的营养支持，促进细胞的贴壁和生长，提高细胞的存活率和增殖能力。含血清 MEM 培养基适用于大多数细胞系的常规培养，但由于血清成分复杂且存在批次间差异，可能会对实验结果的稳定性和重复性产生一定影响，同时也存在潜在的病毒污染和免疫原性问题。​

2. 无血清 MEM 培养基：为了克服含血清培养基的局限性，科研人员开发了无血清 MEM 培养基。它通过添加人工合成的生长因子、激素、结合蛋白（如胰岛素、转铁蛋白）、贴壁因子（如纤连蛋白、层粘连蛋白）以及特定的营养成分，替代血清为细胞提供生长所需的物质。无血清 MEM 培养基具有成分明确、批次间稳定性好、易于纯化和放大生产等优点，适用于对实验结果准确性要求较高的研究，以及生物制药等需要大规模细胞培养的领域。然而，无血清培养基的配方通常需要根据不同的细胞类型进行优化，开发成本较高，且某些细胞在无血清条件下可能生长状态不佳。​

3. 低血清 MEM 培养基：低血清 MEM 培养基是在含血清培养基和无血清培养基之间的一种折中选择，它在基础 MEM 培养基中添加较低比例的血清（一般为 1% – 5%），同时配合添加适量的无血清添加剂。低血清 MEM 培养基既保留了血清对细胞生长的促进作用，又减少了血清带来的潜在问题，降低了实验成本和复杂性，适用于一些对血清依赖性较低的细胞培养 。​

三、MEM 细胞培养基的应用场景​

（一）科研领域​

1. 细胞生物学研究：在细胞生物学的基础研究中，MEM 细胞培养基被广泛用于培养各种细胞系，以研究细胞的生长、增殖、分化、凋亡等基本生命过程。例如，通过在 MEM 培养基中培养神经细胞，科研人员可以研究神经细胞的分化机制和突触形成过程；培养肿瘤细胞系，则有助于深入了解肿瘤细胞的生物学特性、基因突变与肿瘤发生发展的关系，以及筛选潜在的抗癌药物 。​

2. 分子生物学研究：在基因克隆、基因表达调控、蛋白质合成等分子生物学实验中，需要培养大量的细胞来获取足够的生物材料。MEM 培养基能够为细胞提供稳定的生长环境，保证细胞正常的生理功能，从而为分子生物学实验提供可靠的细胞来源。例如，在基因转染实验中，将外源基因导入细胞后，使用 MEM 培养基培养细胞，使转染后的细胞能够正常表达目的基因，并产生相应的蛋白质产物，以便进一步研究基因的功能和蛋白质的生物学活性 。​

3. 干细胞研究：干细胞具有自我更新和多向分化的潜能，在再生医学和组织工程领域具有广阔的应用前景。α-MEM 等改良型 MEM 培养基可以为胚胎干细胞、诱导多能干细胞（iPSCs）和间充质干细胞等不同类型的干细胞提供适宜的培养条件，维持干细胞的干性和增殖能力，促进干细胞的定向分化。例如，在诱导间充质干细胞向骨细胞、软骨细胞或脂肪细胞分化的研究中，特定配方的 MEM 培养基可以通过添加相应的诱导因子和营养成分，引导干细胞按照预期的方向分化，为组织修复和再生提供种子细胞 。​

（二）生物技术与制药产业​

1. 生物制药：在生物制药领域，利用细胞培养技术生产重组蛋白药物、单克隆抗体、疫苗等生物制品是重要的生产方式。MEM 培养基及其改良版本可以作为细胞培养的基础培养基，为生产用细胞系（如中国仓鼠卵巢细胞 CHO、人胚胎肾细胞 HEK293 等）提供充足的营养，支持细胞的高密度培养和高效表达目的产物。通过优化 MEM 培养基的配方和培养条件，可以提高生物制品的产量和质量，降低生产成本，加速药物的研发和生产进程 。​

2. 细胞治疗：近年来，细胞治疗技术如 CAR – T 细胞疗法、干细胞疗法等在癌症治疗和疾病修复等方面展现出巨大的潜力。在细胞治疗的制备过程中，需要对细胞进行体外扩增和修饰，MEM 培养基能够为细胞提供合适的生长环境，保证细胞的活性和功能。例如，在 CAR – T 细胞疗法中，从患者体内提取 T 细胞后，使用特定的 MEM 培养基进行体外培养和基因改造，使其表达嵌合抗原受体（CAR），然后再回输到患者体内，以发挥抗肿瘤作用 。​

四、MEM 细胞培养基的优势与局限​

（一）优势​

1. 营养成分均衡：MEM 培养基的配方经过精心设计，包含了细胞生长所需的各种基本营养成分，能够满足大多数细胞系的生长需求，为细胞提供稳定且适宜的营养环境，保证细胞的正常生理功能和代谢活动。​

2. 广泛的适用性：由于其基础配方的通用性，MEM 培养基适用于多种细胞类型的培养，包括正常细胞和肿瘤细胞，以及不同来源的细胞（如哺乳动物细胞、昆虫细胞等）。同时，通过对其进行改良和添加不同的成分，还可以进一步拓展其应用范围，满足各种特殊的细胞培养需求。​

3. 成本效益高：相比一些高端的特殊培养基，MEM 培养基的成分相对简单，生产成本较低，在保证细胞培养效果的前提下，能够为科研和生产节省大量的成本，尤其适合大规模细胞培养和常规的细胞培养实验 。​

4. 成熟的使用经验：自开发以来，MEM 培养基在生命科学领域已经应用了数十年，积累了丰富的使用经验和大量的文献资料。科研人员和技术人员可以很容易地获取相关的培养方案和操作指南，快速上手并开展细胞培养工作 。​

（二）局限​

1. 血清的不确定性：在含血清的 MEM 培养基中，血清的成分复杂且存在批次间差异，这可能导致细胞培养结果的不稳定，影响实验的重复性和可靠性。此外，血清中还可能含有病毒、支原体等微生物污染物以及免疫原性物质，存在生物安全风险和潜在的免疫反应问题。​

2. 特定细胞需求的局限性：虽然 MEM 培养基适用于大多数细胞，但对于一些特殊类型的细胞，如某些原代细胞、对营养要求苛刻的细胞或需要特定生长因子才能维持功能的细胞，其基础配方可能无法完全满足细胞的生长和功能需求，需要进一步优化培养基配方或添加特殊的成分 。​

3. 无血清培养基开发难度大：尽管无血清 MEM 培养基具有诸多优点，但开发适用于特定细胞的无血清培养基需要深入了解细胞的生物学特性和营养需求，进行大量的实验优化和筛选工作，研发成本高、周期长，限制了其在一些实验室和小型企业中的应用 。