細胞培養にCO2が必要なのはなぜですか？

典型的な細胞培養液のpHは7.0～7.4です。炭酸塩pH緩衝液は生理的なpH緩衝液（ヒトの血液中の重要なpH緩衝液）であるため、ほとんどの培養において安定したpHを維持するために使用されます。粉末培養を行う際には、一定量の重炭酸ナトリウムを添加する必要があります。炭酸塩をpH緩衝液として使用するほとんどの培養では、安定したpHを維持するために、インキュベーター内の二酸化炭素濃度を2～10%に維持し、培養液中の溶存二酸化炭素濃度を維持する必要があります。同時に、細胞培養容器はガス交換を可能にするためにある程度の通気性が必要です。

他のpH緩衝システムを使用すれば、CO2インキュベーターは不要になるのでしょうか？空気中の二酸化炭素濃度が低いため、細胞をCO2インキュベーターで培養しないと、培養液中のHCO3-が枯渇し、細胞の正常な成長が妨げられることが判明しています。そのため、ほとんどの動物細胞は依然としてCO2インキュベーターで培養されています。

過去数十年にわたり、細胞生物学、分子生物学、薬理学などの分野は研究において驚異的な進歩を遂げてきました。同時に、これらの分野における技術の応用もそれに追いつく必要がありました。典型的なライフサイエンス実験装置は劇的に変化しましたが、CO2インキュベーターは依然として実験室の重要な部分であり、より良い細胞と組織の成長を維持および促進するために使用されます。しかし、技術の進歩に伴い、その機能と操作はより正確で信頼性が高く、便利になりました。今日では、CO2インキュベーターは実験室で一般的に使用される日常的な機器の1つになり、医学、免疫学、遺伝学、微生物学、農学、薬理学の研究と生産に広く使用されています。

CO2インキュベータは、周囲の環境条件を制御することで、細胞や組織の成長に適した環境を作り出します。この環境制御の結果、安定した環境（例えば、一定の酸性度／アルカリ度（pH：7.2～7.4）、安定した温度（37℃）、高い相対湿度（95%）、安定したCO2濃度（5%）など）が実現します。そのため、上記の分野の研究者は、CO2インキュベータの利便性に非常に熱心です。

さらに、CO2濃度制御機能の追加とマイクロコントローラーによるインキュベーターの精密温度制御により、生物細胞や組織などの培養の成功率と効率が向上しました。つまり、CO2インキュベーターは、生物学実験室において、一般的な電気式恒温インキュベーターでは代替できない、新しいタイプのインキュベーターなのです。