세포 배양 배지 및 PBS의 구성과 삼투압

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문서 내 토픽

• 1. 세포 배양 배지의 주요 성분

  세포 배양 배지는 포도당, 아미노산, 지방, 비타민, 무기염류, pH 완충제 등의 기본 성분으로 구성된다. 포도당은 주요 에너지원으로 작용하며, L-글루타민은 필수 아미노산으로 뉴클레오타이드 합성과 단백질 생산에 중요한 역할을 한다. 염화나트륨은 삼투압 조절과 막 전위 유지에 필수적이며, 탄산수소나트륨은 젖산 축적으로 인한 산성화를 방지하는 pH 완충제로 작용한다. IMDM은 DMEM을 개량한 배지로 다양한 비타민, 아미노산, 셀레늄, HEPES 완충제를 포함하고 있다.

• 2. 화학적으로 정의된 배지와 일반 배지의 차이

  화학적으로 정의된 배지는 모든 성분과 양이 명확하게 알려져 있어 재현성과 품질 관리가 우수하며, 특정 세포 유형 배양을 위해 특이적으로 조성된다. 반면 일반 배지(복합 배지)는 효모 추출물 등 화학적으로 정량화되지 않은 성분을 포함하여 다양한 미생물 배양에 적합하다. LB 배지는 복합 배지의 대표 예로 트립톤, 염화나트륨, 효모 추출물로 구성되어 있다.

• 3. 세포 배양액 멸균 방법: 여과와 오토클레이브

  오토클레이브는 121°C 고온 고압으로 멸균하지만 탄산수소나트륨의 CO₂ 손실, 포도당 분해산물 생성, L-글루타민의 열 변형, 수용성 비타민 분해 등의 문제를 야기한다. 따라서 여과 멸균을 사용하며, 감압 여과는 부흐너 깔때기와 진공 펌프를 이용해 용액을 빠르게 여과한다. 주사기 필터는 100ml 이하의 소량 용액 멸균에 사용된다.

• 4. PBS의 구성과 삼투압 계산

  PBS는 염화나트륨, 염화칼륨, 인산수소나트륨, 인산이수소칼륨으로 구성되며 pH, 삼투압, 이온 농도가 인체와 유사하여 세포 세척, 운반, 시약 희석에 사용된다. 삼투압은 반트 호프 방정식 π=iMRT를 사용하여 계산되며, 전해질의 경우 반트 호프 계수를 적용한다. PBS의 삼투압은 약 7.66atm(301.6mOsm/kg)으로 생리적 등장액의 300-312mOsm/L과 유사하다.

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• 1. 세포 배양 배지의 주요 성분

  세포 배양 배지는 세포의 생존과 증식을 위한 필수적인 환경을 제공합니다. 주요 성분으로는 아미노산, 비타민, 무기염, 포도당 등의 영양소와 pH 완충제, 성장 인자 등이 포함됩니다. 특히 혈청은 전통적으로 중요한 성분이었으나, 최근에는 동물 유래 성분을 최소화하는 추세가 있습니다. 배지의 구성은 배양하는 세포의 종류와 목적에 따라 달라지며, 정확한 성분 조성은 세포 배양의 성공률과 재현성을 크게 좌우합니다. 따라서 배지 성분에 대한 이해는 효율적인 세포 배양을 위해 매우 중요합니다.

• 2. 화학적으로 정의된 배지와 일반 배지의 차이

  화학적으로 정의된 배지(Defined Medium)는 모든 성분이 정확히 알려져 있고 정량화되어 있어 배치 간 일관성이 우수합니다. 반면 일반 배지는 혈청 같은 복잡한 성분을 포함하여 성분이 완전히 정의되지 않습니다. 정의된 배지는 재현성과 표준화 측면에서 우수하며 동물 유래 성분 제거로 윤리적 이점이 있습니다. 그러나 개발 비용이 높고 특정 세포 유형에 최적화 필요합니다. 일반 배지는 다양한 세포에 적용 가능하고 비용 효율적이지만, 배치 간 변동성이 있습니다. 현대 생명공학에서는 정의된 배지로의 전환이 진행 중이며, 이는 산업 표준화와 규제 요구사항 충족에 중요합니다.

• 3. 세포 배양액 멸균 방법: 여과와 오토클레이브

  여과 멸균과 오토클레이브는 각각 장단점이 있는 상보적 멸균 방법입니다. 여과 멸균은 열에 민감한 성분(단백질, 비타민, 호르몬 등)을 보존하므로 배지 멸균에 선호됩니다. 0.22μm 필터를 사용하여 박테리아와 곰팡이를 제거하며, 바이러스는 제거하지 못합니다. 오토클레이브는 고온 고압 증기로 모든 미생물을 완전히 제거하여 신뢰성이 높지만, 열에 불안정한 성분이 손상될 수 있습니다. 실제 배양 실무에서는 배지 기본 성분은 오토클레이브로, 열민감 성분은 여과로 멸균하는 방식을 병행합니다. 선택은 배지 구성과 세포 요구사항에 따라 결정되어야 합니다.

• 4. PBS의 구성과 삼투압 계산

  PBS(인산염 완충액)는 세포 배양과 생화학 실험에서 가장 널리 사용되는 완충액입니다. 일반적으로 인산염, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 황산마그네슘 등을 포함하며, pH 7.2-7.4로 조절됩니다. 삼투압은 용질 입자의 총 농도에 의존하며, 생리적 PBS는 약 300 mOsm/kg의 등장액입니다. 삼투압 계산은 반트호프 방정식(π = iMRT)을 사용하며, 여기서 i는 반트호프 계수, M은 몰농도입니다. PBS의 정확한 삼투압 유지는 세포의 용해나 수축을 방지하여 세포 생존성을 보장합니다. 따라서 PBS 제조 시 정확한 성분 비율과 삼투압 검증은 신뢰할 수 있는 실험 결과를 위해 필수적입니다.