เหตุใดจึงต้องใช้ CO2 ในการเพาะเลี้ยงเซลล์?

ค่า pH ของสารละลายเพาะเลี้ยงเซลล์ทั่วไปอยู่ระหว่าง 7.0 ถึง 7.4 เนื่องจากระบบบัฟเฟอร์ pH คาร์บอเนตเป็นระบบบัฟเฟอร์ pH ทางสรีรวิทยา (เป็นระบบบัฟเฟอร์ pH ที่สำคัญในเลือดมนุษย์) จึงถูกนำมาใช้เพื่อรักษาค่า pH ให้คงที่ในเชื้อเพาะเลี้ยงส่วนใหญ่ มักต้องเติมโซเดียมไบคาร์บอเนตในปริมาณหนึ่งเมื่อเตรียมเชื้อเพาะเลี้ยงด้วยผง สำหรับเชื้อเพาะเลี้ยงส่วนใหญ่ที่ใช้คาร์บอเนตเป็นระบบบัฟเฟอร์ pH เพื่อรักษาค่า pH ให้คงที่ คาร์บอนไดออกไซด์ในตู้เพาะเลี้ยงจำเป็นต้องรักษาให้อยู่ระหว่าง 2-10% เพื่อรักษาความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ในสารละลายเพาะเลี้ยง ในขณะเดียวกัน ภาชนะเพาะเลี้ยงเซลล์จำเป็นต้องระบายอากาศได้บ้างเพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนก๊าซ

การใช้ระบบบัฟเฟอร์ pH อื่นๆ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ตู้เพาะเลี้ยง CO2 หรือไม่? พบว่าเนื่องจากความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศต่ำ หากไม่เพาะเลี้ยงเซลล์ในตู้เพาะเลี้ยง CO2 จะทำให้ HCO3- ในอาหารเลี้ยงเซลล์ลดลง ซึ่งจะไปรบกวนการเจริญเติบโตตามปกติของเซลล์ ดังนั้น เซลล์สัตว์ส่วนใหญ่จึงยังคงเพาะเลี้ยงในตู้เพาะเลี้ยง CO2

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา สาขาวิชาชีววิทยาเซลล์ ชีววิทยาโมเลกุล เภสัชวิทยา ฯลฯ ได้ก้าวหน้าอย่างน่าทึ่งในการวิจัย และในขณะเดียวกัน การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในสาขาเหล่านี้ก็ต้องก้าวให้ทัน แม้ว่าอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ชีวภาพทั่วไปจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก แต่ตู้บ่มเพาะ CO2 ยังคงเป็นส่วนสำคัญของห้องปฏิบัติการ และถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษาและส่งเสริมการเจริญเติบโตของเซลล์และเนื้อเยื่อให้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ฟังก์ชันและการทำงานของตู้บ่มเพาะ CO2 จึงแม่นยำ เชื่อถือได้ และสะดวกสบายมากขึ้น ปัจจุบัน ตู้บ่มเพาะ CO2 ได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการ และถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการวิจัยและการผลิตในสาขาการแพทย์ ภูมิคุ้มกันวิทยา พันธุศาสตร์ จุลชีววิทยา วิทยาศาสตร์การเกษตร และเภสัชวิทยา

ตู้เพาะเลี้ยง CO2 สร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของเซลล์/เนื้อเยื่อ โดยการควบคุมสภาพแวดล้อมโดยรอบ ผลลัพธ์ของการควบคุมสภาวะแวดล้อมนี้จะสร้างสภาวะที่เสถียร เช่น ความเป็นกรด/ด่างคงที่ (pH 7.2-7.4) อุณหภูมิคงที่ (37°C) ความชื้นสัมพัทธ์สูง (95%) และระดับ CO2 คงที่ (5%) ซึ่งเป็นเหตุผลที่นักวิจัยในสาขาดังกล่าวต่างให้ความสนใจกับความสะดวกสบายของการใช้ตู้เพาะเลี้ยง CO2 เป็นอย่างมาก

นอกจากนี้ ด้วยการเพิ่มระบบควบคุมความเข้มข้นของ CO2 และการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อควบคุมอุณหภูมิของตู้เพาะเลี้ยงอย่างแม่นยำ อัตราความสำเร็จและประสิทธิภาพในการเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อชีวภาพ ฯลฯ จึงได้รับการปรับปรุง กล่าวโดยสรุป ตู้เพาะเลี้ยง CO2 เป็นตู้เพาะเลี้ยงรูปแบบใหม่ที่ไม่สามารถใช้แทนตู้เพาะเลี้ยงแบบเทอร์โมสตัทไฟฟ้าทั่วไปในห้องปฏิบัติการทางชีวภาพได้