20％的氧氣是否始終適合細胞培養水平？

更新時間：2021-06-22

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研究人員在體外細胞培養的正確實驗設計上花費了大量時間和金錢，為什么培養的細胞具有與人體相同的生理功能如此困難？您可以在無菌環境中工作，使用實驗室細胞培養設備并使用細胞培養試劑，但是您的細胞仍然不滿意嗎？答案很簡單。氧氣水平。

我們都知道，人體中的每個細胞都需要氧氣才能生存，并通過氧化磷酸化產生能量。氧氣對于細胞的生長和分化至關重要，但是細胞所接觸的氧氣水平對細胞功能至關重要。大多數細胞培養實驗室都設置為在20％氧氣和5％二氧化碳培養箱環境中培養細胞。

這種“標準的護理方案”令人驚奇的是，在正常的生理條件下，人體中幾乎沒有細胞會暴露于20％的氧氣（160毫米汞柱（Hg））。在含氧量為20％的環境中能存活的細胞是肺泡細胞，血液被氧合后不久，動脈血中的氧含量下降至10.5-13％（80-100毫米汞柱）。更為引人注目的是，許多器官在氧氣含量范圍為2-8％（19-70 mm Hg）的范圍內正常運作。那么，當我們在表層氧氣中培養細胞時，我們如何期望細胞發揮相同的功能并對治療產生反應？如果您的背部重50磅，您能在正常時間里跑一英里嗎？不，可能不會。

過量氧氣的生理后果

細胞對表面氧水平的反應是什么？如前所述，您的細胞需要氧氣才能通過氧化磷酸化產生能量。這是我們的線粒體將氧氣（O 2）還原為H 2 0并合成ATP的過程。還記得生物化學課上的那些氧化還原反應嗎？誰會想到在成年生活中我們將討論O 2的驚人氧化能力：O 2可以接受四個電子。雖然此還原反應是相對簡單和有效，具有不產生有害的副產物，如果該反應通過的O-含量過高壓倒2然后的O-還原2效率降低（僅轉移1或2個電子），并且會生成活性氧（ROS）化合物，主要是超氧化物和過氧化物。ROS水平過高會損害線粒體功能，并導致細胞損傷和死亡。當我們將細胞株置于氧化應激狀態時，我們如何期望它們在培養中“正常”？

因此，對于大多數細胞系而言，下一個問題是你要做什么？

1）確定哪種O 2濃度適合您的細胞系。

a）例如，大多數癌細胞系在低氧（<2％）O 2水平下壯成長，而神經元細胞在2-5％O 2水平下存活率，增殖和多巴胺能分化增加。

b）找到自己的水平，并在整個文化中堅持下去。

2）您需要購買所有新設備嗎？

a）不一定。在20％O 2或環境空氣中培養細胞意味著您可以將細胞從二氧化碳培養箱或通風櫥中取出和取出，而不必擔心將其暴露于O 2 水平。因此，如果您的實驗設計不需要細胞操作（更換培養基或成像），那么可以，您可以通過使用氮氣（N 2）將您的O 2水平平衡到所需的設置，直接在現有培養箱中培養細胞（當然，有一個用于N 2的進氣閥。

b）如果降低了培養系統中的O 2含量，并且需要在培養時對細胞進行操作，那么您將需要確保操作環境中的O 2含量與培養環境一致。這將需要購買手套箱，您可以在其中在相同的環境中培養和處理細胞（增加污染）。替代地，并且也許是優選地，可以購買腔室，在腔室中您可以將O 2的水平調節到所需的設置，然后在需要操作細胞時將其移動到設置在相同O 2水平的單獨的手套箱中。

c）同樣重要的是確保您的細胞培養基也已校準到所需的O 2水平。如果不這樣做，那么在更換培養基時，重新充氧將使您的細胞承受壓力。d）如果在培養過程中需要對細胞成像，那么您還需要將顯微鏡放在手套箱中，該手套箱具有用于顯微鏡目鏡的觀察口。

e）有許多公司制造用于在不同O 2水平進行細胞培養的細胞培養設備。這些系統可能非常復雜也可能非常簡單，具體取決于您實驗室的需求。

了解特定細胞系的“正常”生理狀態并在細胞培養系統中概括該環境對于使體外數據對體內發生的事情有意義是很重要的。快樂的細胞=好的結果=翻譯應用。因此，深呼吸，做功課，讓你的細胞也快樂地呼吸！

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