RPMI 1640 培養基

RPMI 1640 由 Moore、Gerner 與 Franklin 三位研究者，在美國紐約州水牛城的羅斯威爾帕克紀念研究所開發，並於 1967 年發表在一篇關於培養正常人類白血球的論文中。RPMI 取自該研究所英文名稱的首字母；1640 則是一系列配方中的編號。它最初是 McCoy's 5A（這個配方有時也被稱為 RPMI 1630）的改良版本，目標非常明確：解決 Eagle 系列培養基不擅長的問題——在懸浮狀態下培養類淋巴母細胞。

這樣的出身，幾乎解釋了這個培養基所有的特徵。懸浮細胞不需要促進貼附的高濃度鈣，甚至會被它抑制。連續培養數日的白血球，需要一套能在標準培養箱的 CO2 濃度下穩住酸鹼值的緩衝系統。而這個培養基還必須支持對氧化還原狀態相當挑剔的細胞，這就是它含有還原型麩胱甘肽的原因——這在傳統基礎培養基中幾乎是獨一無二的成分。

RPMI 1640 後來被證實遠比它的名字所暗示的更通用。它可以良好支持許多貼壁細胞株，也是 NCI-60 腫瘤細胞株組合、融合瘤培養、周邊血單核球實驗，以及多數人類白血病與淋巴瘤細胞株的標準基礎培養基。

所有主要供應商提供的標準 RPMI 1640 配方如下：

無機鹽類與主要成分

胺基酸（mg/L）

L-精胺酸 200；L-天門冬醯胺 50；L-天門冬胺酸 20；L-胱胺酸二鹽酸鹽 65；L-麩胺酸 20；甘胺酸 10；L-組胺酸 15；L-羥脯胺酸 20；L-異白胺酸 50；L-白胺酸 50；L-離胺酸鹽酸鹽 40；L-甲硫胺酸 15；L-苯丙胺酸 15；L-脯胺酸 20；L-絲胺酸 30；L-蘇胺酸 20；L-色胺酸 5；L-酪胺酸二鈉鹽二水合物 29；L-纈胺酸 20。

維生素（mg/L）

肌醇 35；氯化膽鹼 3；對胺基苯甲酸 1；葉酸 1；菸鹼醯胺 1；硫胺鹽酸鹽 1；D-泛酸鈣 0.25；生物素 0.2；核黃素 0.2；維生素 B12（氰鈷胺）0.005。

這份清單裡有四件事值得停下來看，因為它們正是讓 RPMI 之所以是 RPMI 的原因：

• 鈣濃度非常低。 0.42 mM，相對於 DMEM 與 MEM 的 1.8 mM。這是刻意的設計——低鈣會抑制細胞與細胞、細胞與基材之間的貼附，而貼附正是懸浮培養的大敵。
• 磷酸鹽濃度非常高。 光是磷酸氫二鈉就提供約 5.6 mM，大約是 DMEM 的六倍。這讓 RPMI 在碳酸氫鹽之外還具備可觀的二次緩衝能力，日常操作中也因此更穩定。
• 含有還原型麩胱甘肽，濃度 1 mg/L。沒有任何其他傳統基礎培養基含有這個成分。它提供抗氧化能力，對初代白血球特別重要。
• 含有生物素、維生素 B12、PABA 與羥脯胺酸，這四者在 DMEM 或 MEM 中都不存在。RPMI 的胺基酸濃度雖然低得多，維生素的涵蓋面卻比 Eagle 系列培養基更廣。

也要注意它缺少什麼：RPMI 不含任何鐵來源，也不含微量元素。這些都由血清提供。

RPMI 1640 含有 2,000 mg/L 的 D-葡萄糖——也就是 2.0 g/L，或 11.1 mM。 這是標準配方的數值，各家供應商都一樣，因為 RPMI 1640 是一份已公開的標準配方，不是專有配方。當你拿某一家的規格書去對照另一家寫的實驗流程時，只要產品名稱沒有特別註明，葡萄糖就都是 2.0 g/L。

例外的情況都會明確標示在產品名稱上：

• ATCC 改良型 RPMI 1640 把葡萄糖提高到 4,500 mg/L（4.5 g/L，25 mM），並加入 1 mM 丙酮酸鈉與 10 mM HEPES。
• 無葡萄糖 RPMI 1640 完全不含葡萄糖，用於需要自行設定碳源的代謝研究。
• 含 HEPES 的 RPMI 1640 維持 2.0 g/L 葡萄糖，另外加入緩衝劑。

11.1 mM 這個濃度接近生理血糖值，大約是高糖 DMEM 的一半。對代謝與免疫代謝研究而言，這是實質上的優勢：25 mM 葡萄糖已經是藥理級的濃度，在許多細胞類型中會抑制氧化磷酸化。但對非常高密度的培養而言，這是劣勢——葡萄糖會更早耗盡，需要更頻繁地餵食。

RPMI 1640 的工作 pH 為 7.2 ± 0.2，量測條件是完全培養基在 5% CO2 中平衡之後。和所有以碳酸氫鹽緩衝的培養基一樣，冰的瓶子在實驗檯上量會偏高，因為溶解的 CO2 已經逸失；放回培養箱後就會回到規格範圍。RPMI 的高磷酸鹽含量，讓它擁有比 DMEM 更強、且不依賴 CO2 的緩衝能力，因此在操作過程中漂移得比較慢。

這是兩種最常用的基礎培養基，而且它們不能互換。主要差異在鈣、磷酸鹽、葡萄糖、胺基酸濃度與碳酸氫鹽——本頁最下方的比較表提供完整的逐項成分對照，以及每一項差異在實務上的後果。

實務上的取捨，通常歸結為三個問題。

這個培養是懸浮還是貼壁？ 懸浮的淋巴系與造血細胞用 RPMI；貼附牢固的纖維母細胞與上皮細胞株用 DMEM。RPMI 的低鈣不利於強力貼附，而 DMEM 的 1.8 mM 鈣則支持貼附。

這株細胞已公開的操作流程怎麼寫？ 對既有細胞株而言，這不是偏好問題。Jurkat、K562、THP-1、Raji、U937、HL-60、MOLT-4、多數 NCI-60 細胞株組合成員與多數融合瘤，參考流程用的都是 RPMI 1640；HEK293、HeLa、NIH/3T3、Vero、COS-7 與 C2C12 用的是 DMEM。把一株細胞在兩者之間換過去，會改變倍增時間、飽和密度，往往也會改變蛋白質表現，因此除非重新完整鑑定，否則就失去了與文獻比較的基礎。

代謝需求有多大？ DMEM 的葡萄糖為 25 mM，胺基酸濃度約為 RPMI 的四倍，是為高密度、快速生長、需求量大的培養而設計。RPMI 的葡萄糖為 11 mM、胺基酸濃度中等，是為在懸浮狀態下以中等速率連續培養數日的細胞而設計。在 RPMI 中硬推高需求的培養，代價就是要更頻繁地餵食。

確實有一種混合型配方很好用：ATCC 改良型 RPMI 1640 把葡萄糖提高到 4.5 g/L，並加入 1 mM 丙酮酸鈉與 10 mM HEPES。它保留了 RPMI 的離子特性，同時提供高糖培養基的營養儲備，對融合瘤以及其他依賴 RPMI、卻要養到高密度的培養來說是很好的選擇。

既有的淋巴系與造血細胞株。 Jurkat、K562、HL-60、THP-1、U937、Raji、Ramos、MOLT-4、Daudi，以及多數 B 細胞與 T 細胞來源的類淋巴母細胞株。標準添加為 10% FBS 與 2 mM L-麩醯胺酸。

初代人類白血球。 周邊血單核球（PBMC）、分離出的 T 細胞、B 細胞、單核球與樹突細胞培養。這正是 RPMI 當初設計要解決的情境。在長時間的初代培養中，RPMI 的麩胱甘肽含量與較廣的維生素涵蓋面是實質優勢。

融合瘤與抗體生產。 RPMI 1640（通常再加上額外的添加物）是傳統的融合瘤基礎培養基。生產階段現在多改用化學成分明確的融合瘤培養基，但在細胞融合與選殖階段，RPMI 仍然是標準。

許多貼壁腫瘤細胞株。 MCF-7、A549、PC-3、HT-29、SK-MEL 系列與其他非常多的細胞株，日常都以 RPMI 維持。並沒有「RPMI 只能用於懸浮細胞」這條規則；NCI-60 細胞株組合中不論貼壁或懸浮成員，都是以 RPMI 培養的。

RPMI 不適合的場合： 需要高鈣才能形成細胞連接或進行分化的細胞、沒有改良配方就要跑的高密度流加批次製程，以及在無血清條件下的低密度選殖生長——後者需要以 F-12 為骨架或專門設計的基礎培養基。

RPMI 1640 的碳酸氫鈉濃度 2,000 mg/L（23.8 mM）是為 5% CO2 環境設定的，而 5% 正是幾乎所有培養箱的標準設定。這是 RPMI 相對於 DMEM 一個低調卻實用的優勢——DMEM 的 3,700 mg/L 碳酸氫鹽是為 10% CO2 配製的，因此在 5% 條件下偏鹼。

RPMI 的高磷酸鹽還提供一組不依賴 CO2 的二次緩衝，因此在碳酸氫鹽濃度相同的情況下，它比低磷酸鹽的培養基更耐得住放在實驗檯上的時間。但它仍然會逸失 CO2 而往鹼性漂移，所以瓶子打開的時間要盡量短。

含 HEPES 的版本通常提供 25 mM（ATCC 改良型則為 10 mM）。流式細胞術、活細胞影像、長時間的細胞分選，或任何會讓細胞離開 CO2 環境超過幾分鐘的流程，都適合使用。但有兩個但書：HEPES 在光照下會產生過氧化氫，而 25 mM 對某些初代細胞具有毒性。不要把它當成免費的升級。

無酚紅的 RPMI 可用於螢光與吸光度分析、酚紅會拉高背景值的流式細胞術，以及荷爾蒙反應相關的實驗——酚紅具有微弱的雌激素活性，這在 MCF-7 之類雌激素受體陽性的細胞株中，是已被記錄的干擾因子。

血清。 標準是 10% FBS；某些流程對初代或低密度培養使用 20%，對已適應良好的細胞株則用 5%。

麩醯胺酸。 含麩醯胺酸版本的 RPMI 含有 300 mg/L（約 2 mM）。由於麩醯胺酸在溶液中會分解成氨，改買不含麩醯胺酸的 RPMI、臨用前再新鮮添加——或改用穩定的二胜肽 L-丙胺醯-L-麩醯胺酸——結果會更一致，對每週餵食一次（而不是每兩天一次）的培養尤其明顯。

2-巰基乙醇。 初代淋巴球、融合瘤與小鼠 T 細胞培養的標準添加量為 50 µM。它促進胱胺酸的攝取，並協助維持細胞內的麩胱甘肽濃度。對某些初代培養而言，這是真正的必要條件，而不是可有可無的選項。

丙酮酸鈉與非必需胺基酸。 1 mM 丙酮酸鈉與 1× 非必需胺基酸（NEAA）是常見的添加，特別是在 NCI-60 相關流程與降低血清的培養中。RPMI 本身已含有數種非必需胺基酸，因此補充 NEAA 在這裡帶來的效果，比加進 DMEM 時要小。

無葡萄糖的 RPMI 用於代謝研究——以半乳糖取代葡萄糖，強制細胞走氧化代謝；或把葡萄糖滴定到指定的濃度。這類實驗以 RPMI 當基礎優於 DMEM，因為它本身的葡萄糖濃度就比較接近生理值。

粉末狀 RPMI 是大規模使用時較經濟的選擇。粉末不含碳酸氫鈉，需要在配製時加入（2.0 g/L），並把 pH 調到比目標值低約 0.1–0.2 個單位，以預留過濾期間的上升，最後以 0.22 µm 過濾除菌。

液態 RPMI 1640 應保存於 2–8 °C 並避光，未開封的效期一般為 12–24 個月。加入麩醯胺酸之後，可用期約四週；已添加血清的培養基則是兩到四週。

光照是最被低估的保存問題。核黃素、葉酸與色胺酸會光解，而含 HEPES 的配方在光照下還會產生過氧化氫。放在實驗室燈光下、開放層架上的培養基，其鋪盤效率會出現可量測的下降。請把瓶子放在不透光的冰箱裡，而不是有照明的展示冰箱；工作用的分裝也不要在使用空檔留在檯面上。

要用多少就溫多少。反覆把整瓶 500 mL 培養基加溫到 37 °C，會加速麩醯胺酸水解並趕走碳酸氫鹽。多數餵食作業用室溫的培養基就足夠。

瓶子開封後顏色由淡粉紅轉深至洋紅，是正常的碳酸氫鹽逸失，放回培養箱後會回復。但未接種的瓶子出現混濁、顆粒或轉黃，就不正常——請直接丟棄，並檢查你的過濾流程或無菌操作，而不是懷疑培養基本身。

以為 RPMI 只能用於懸浮細胞。 相當大比例的貼壁腫瘤細胞株，日常就是用它維持的。

在專案進行到一半時把細胞株從 DMEM 換成 RPMI（或反過來）。 生長速率、飽和密度與部分基因的表現都會改變。如果非換不可，請跨數個繼代逐步適應，並重新建立你的分析基準。

初代淋巴球或融合瘤培養忘了加 2-巰基乙醇。 少了它，是初代 T 細胞培養表現不佳的常見原因。

把 RPMI 用在需要鈣的細胞上。 在 0.42 mM 的鈣濃度下，RPMI 無法支持某些上皮細胞流程所依賴的細胞連接形成或鈣驅動的分化。

把 ATCC 改良型當成一般 RPMI。 兩者在葡萄糖（4.5 對 2.0 g/L）、丙酮酸與 HEPES 上都不同。請記錄你用的是哪一種。

加了麩醯胺酸卻沒有在瓶子上註記日期。 麩醯胺酸分解產生的氨會累積，而淋巴系細胞對氨的耐受濃度，比許多貼壁細胞株更低。