Оптимизация состава питательных сред для культур животных кле-
ток развивалась в двух направлениях – разработка сред, требующих вне-
сения природных добавок (сыворотки, эмбриональные экстракты и др.),
и создание сред химически определенного состава.
В настоящее время наиболее широко применяются среды, содержа-
щие источники энергии (углеводы) и азота; незаменимые аминокислоты;
витамины; неорганические соли – источники макро- и микроэлементов,
включая селенит; нуклеозиды; жиры и жирорастворимые компоненты;
гормоны (инсулин, трансферрин, глюкокортикоиды, эстроген, андроген,
тироксин, трииодтиронин); ростовые факторы (фактор роста, синтези-
руемый тромбоцитами, фактор роста фибробластов, фактор роста эпи-
дермиса), а также сыворотку (до 10 %) и в ряде случаев некоторые дру-
гие добавки (бактопептон, триптозофосфат и т. п.).
В 40−50-е гг. прошлого века большая часть клеток выращивалась в
плазме или на фибриногеновом сгустке в присутствии тканевых экстрак-
тов или их ультрафильтратов. Начиная со среды 199, предложенной
Г. Моргоном в 1950 г. и содержащей более 60 синтетических ингредиен-
тов, широко осуществляется подбор состава и методов приготовления
различных питательных сред. В своей классической работе в 1955 г.
Х. Игл исследовал потребности клеточных линий мышей L и HeLa в пи-
тательных веществах. Это злокачественные клетки, характеризующиеся
различным кариотипом и сходные по своей морфологии с клетками59
плоского эпителия. Х. Игл использовал среды определенного состава,
содержащие смесь аминокислот, витаминов, солей и углеводов, а также
небольшое количество диализированной сыворотки лошади или челове-
ка. В ходе исследований 27 факторов были определены как незаменимые
для роста. Они составили основу среды, известной как «базальная среда
Игла», или БСИ. Из 20 аминокислот 13 оказались незаменимыми, а ос-
тальные 6 могли быть синтезированы клетками из других источников уг-
лерода. Удаление любого из 7 витаминов приводило к развитию симпто-
мов недостаточности. Таким образом, Х. Игл, используя метод культи-
вирования клеток, продемонстрировал питательные потребности клеток
мыши и человека. Вскоре БСИ была заменена минимальной средой Игла
(МСИ), в которой концентрация различных компонентов была повыше-
на, что обеспечивало непрерывный рост клеток в культуре в течение не-
скольких суток без смены среды. Указанные среды широко используют-
ся для культивирования различных клеточных линий. Сыворотка в их
составе служит источником неидентифицированных факторов.
До сих пор нет общего мнения относительно роли сыворотки в клеточ-
ных культурах, как нет и общего мнения относительно физиологической
роли некоторых ее компонентов. Считается, что сыворотка обеспечивает
клетки гормональными факторами, стимулирующими их рост и функции,
служит источником низкомолекулярных соединений, требующихся клет-
кам в очень малых дозах и переносимых сывороточными белками, а также
обеспечивает клетки незаменимыми соединениями. В конце 1950-х гг. бы-
ло показано, что ά-глобулиновая сывороточная фракция (фетуин) способ-
ствует прикреплению клеток к стеклу и их распластыванию, т. е. процес-
сам, необходимым для размножения клеток. В сыворотке содержатся кол-
лаген и фибронектин. В 70-х гг. исследователей заинтересовала роль сыво-
роточного альбумина в культурах в связи со способностью этого белка
служить переносчиком для небольших молекул гормонов, которые могут
стимулировать in vivo или in vitro рост различных типов клеток.
Однако культивирование клеток в присутствии сыворотки обнаружи-
вает ряд недостатков:
1) для большинства клеток сыворотка не является физиологической
жидкостью, с которой они контактировали в исходной ткани;
2) часто недооценивается возможность цитотоксичности сыворотки;
3) сыворотки могут содержать недостаточное количество специфиче-
ских для данного вида клеток ростовых факторов;
4) возможны изменения свойств сыворотки от партии к партии.
В настоящее время предпринимаются попытки создания и примене-
ния бессывороточных питательных сред, в которых сыворотка заменяет-60
ся смесью гормонов (инсулин, трансферрин, глюкокортикоиды и др.) и
ростовых факторов. Эти среды необходимы, если по условиям экспери-
мента требуется избежать присутствия чужеродного белка и из-за высо-
кой стоимости эмбриональной сыворотки крупного рогатого скота. Од-
нако в настоящее время бессывороточная среда имеет существенные не-
достатки: добавление в дешевую среду гормонов и факторов роста дела-
ет ее такой же дорогой, как среда с сывороткой. Кроме того, чаще всего
бессывороточные среды пригодны для ограниченного числа клеток.
Одна из проблем, возникающих при попытках получить культуры
одиночных клеток или культуры клеток с низкой плотностью
(100 кл\мл), заключается в том, что в этих условиях клетки погибают или
растут очень медленно. В результате подробных исследований была раз-
работана концепция «кондиционированной среды», т. е. среды, в которой
концентрация метаболитов находится на таком уровне, что наступает
равновесие между выходом метаболитов из клеток в среду и обратным
захватом этих метаболитов клетками.
