Химически определенная среда ( также известная как синтетическая среда) — это среда для роста , подходящая для in vitro клеточной культуры человеческих или животных клеток , в которой известны все химические компоненты. Стандартные среды для клеточной культуры обычно состоят из базальной среды, дополненной сывороткой животных (например, сывороткой плода крупного рогатого скота, FBS) в качестве источника питательных веществ и других плохо определенных факторов. Технические недостатки использования сыворотки включают ее неопределенную природу, изменчивость состава от партии к партии и риск загрязнения.
Существует четкое различие между средами на основе сыворотки и химически определенными средами. Среды на основе сыворотки могут содержать неопределенные продукты животного происхождения, такие как сыворотка (очищенная от крови), гидролизаты, факторы роста, гормоны, белки-носители и факторы прикрепления. Эти неопределенные продукты животного происхождения будут содержать сложные загрязняющие вещества, такие как липидное содержание альбумина. Напротив, химически определенные среды требуют, чтобы все компоненты были идентифицированы и чтобы их точные концентрации были известны. Поэтому химически определенная среда должна быть полностью свободна от компонентов животного происхождения и не может содержать ни эмбриональную бычью сыворотку , ни бычью сыворотку, ни человеческую сыворотку. Для достижения этого химически определенные среды обычно дополняются рекомбинантными версиями альбумина и факторов роста, обычно получаемыми из риса или E. coli , или синтетическими химикатами, такими как полимерный поливиниловый спирт , который может воспроизводить некоторые функции BSA/HSA.
Составляющие химически определенной среды включают: базальную среду (такую как DMEM, F12 или RPMI 1640, содержащую аминокислоты, витамины, неорганические соли, буферы, антиоксиданты и источники энергии), которая дополнена рекомбинантным альбумином, химически определенными липидами, рекомбинантным инсулином и/или цинком, рекомбинантным трансферрином или железом, селеном и антиоксидантным тиолом, таким как 2-меркаптоэтанол или 1-тиоглицерин . Химически определенные среды, предназначенные для культивирования клеток в суспензии, дополнительно содержат подходящие поверхностно-активные вещества, такие как полоксамеры, для снижения напряжения сдвига, вызванного встряхиванием и перемешиванием.
Химически определенные среды также позволяют исследователям, изучающим физиологию клеток (особенно внеклеточную) и/или взаимодействие молекул и клеток, исключить любые переменные, которые могут возникнуть из-за воздействия неизвестных компонентов в среде.
Питательные среды для животных можно разделить на шесть подгрупп в зависимости от уровня определения среды (Джейми и Смит, 2000). От самого низкого до самого высокого определения это:
Термин «химически определённые среды» часто неправильно используется в литературе для обозначения сред, содержащих сывороточный альбумин. Термин «определённые среды» также может использоваться для описания этого типа сред. Составы сред, содержащие добавку к средам B27 (поставляемую Invitrogen ), часто ошибочно называют химически определёнными средами (например, Yao et al., 2006), несмотря на то, что этот продукт содержит бычий сывороточный альбумин (Chen et al., 2008), используя приведенные выше определения, этот тип сред называют бессывороточными средами. Среды без пептидов, без белков, химически определённые среды редко успешно формулируются, за исключением CHO и клеток насекомых.
Среда без животных белков, содержащая человеческий сывороточный альбумин, человеческий трансферрин, но потенциально инсулин и липиды животного происхождения.
Среда без ксенобиологии, содержащая человеческий сывороточный альбумин, человеческий трансферрин, человеческий инсулин и химически определенные липиды.
Jayme DW, Smith SR (2000). «Варианты рецептуры среды и контроль производственного процесса для защиты от попадания загрязняющих веществ животного происхождения в культуру клеток животных». Cytotechnology . 33 (1–3): 27–36. doi :10.1023/A:1008133717035. PMC 3466725 . PMID 19002808.
Яо С, Чен С, Кларк Дж, Хао Э, Битти ГМ, Хайек А, Дин С (2006). «Длительное самообновление и направленная дифференциация эмбриональных стволовых клеток человека в химически определенных условиях». 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: переопределенная и модифицированная добавка B27 для нейрональных культур». J. Neurosci. Methods . 171 (2): 239–247. doi :10.1016/j.jneumeth.2008.03.013. PMC 2678682. PMID 18471889 .
Summers, MC; Biggers, J. (2003). «Химически определенные среды и культура преимплантационных эмбрионов млекопитающих: историческая перспектива и текущие проблемы». Human Reproduction Update . 9 (6): 557–582. doi : 10.1093/humupd/dmg039 . PMID 14714592.