Pilihan buffer merupakan keputusan kritis dalam penelitian biologi, secara langsung memengaruhi stabilitas kondisi eksperimental dan viabilitas sistem biologis. Di antara yang paling sering dibahas adalah buffer HEPES dan bikarbonat, masing-masing dengan seperangkat kelebihan dan kekurangannya sendiri. Memahami perbedaan ini adalah kunci untuk memilih buffer yang paling sesuai untuk aplikasi tertentu.

Sistem buffer bikarbonat, yang sering direpresentasikan oleh NaHCO3, adalah pilihan tradisional untuk banyak aplikasi kultur sel. Buffer ini secara alami ada dalam cairan biologis dan secara historis digunakan karena efektivitasnya dan biayanya yang rendah. Aksi buffering bikarbonat bergantung pada kesetimbangan antara CO2 terlarut dan ion bikarbonat, yang diatur oleh anhidrase karbonat dalam sel. Sistem ini sangat efektif dalam kisaran pH optimal fisiologis (sekitar 7,4) tetapi sangat bergantung pada atmosfer CO2 yang terkontrol, yang biasanya disediakan oleh inkubator CO2.

Batasan utama buffer bikarbonat muncul ketika eksperimen dilakukan di luar lingkungan yang terkontrol CO2. Dalam sistem terbuka, tekanan parsial CO2 atmosfer jauh lebih rendah daripada yang diperlukan untuk mempertahankan kesetimbangan bikarbonat. Hal ini menyebabkan hilangnya CO2 dengan cepat, yang menyebabkan buffer menjadi semakin basa, yang dapat merusak sel. Di sinilah buffer HEPES menawarkan keuntungan yang signifikan.

HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) adalah buffer zwitterionik dengan pKa sekitar 7,5, menjadikannya buffer yang sangat baik dalam kisaran pH 6,8-8,2. Tidak seperti bikarbonat, buffering HEPES tidak bergantung pada kadar CO2 atmosfer. Ketidakbergantungan ini memberikan lingkungan pH yang stabil bahkan dalam sistem terbuka, menjadikannya ideal untuk inkubasi jangka pendek, mikroskopi, manipulasi sel, dan berbagai uji biokimia di mana kontrol CO2 tidak praktis atau tidak mungkin. Kisaran pH buffer HEPES sangat cocok untuk sebagian besar kultur sel mamalia.

Meskipun HEPES menawarkan stabilitas pH yang unggul dalam banyak skenario, ia memiliki beberapa pertimbangan. Pertama, HEPES umumnya lebih mahal daripada bikarbonat. Kedua, meskipun umumnya dianggap memiliki toksisitas rendah, beberapa penelitian menunjukkan bahwa pada konsentrasi yang lebih tinggi atau dalam kondisi tertentu (seperti paparan cahaya berkepanjangan), HEPES dapat menunjukkan fototoksisitas dengan menghasilkan spesies oksigen reaktif. Hal ini mengarah pada pentingnya perhatian penggunaan buffer HEPES untuk menyimpan larutan di tempat gelap. Selain itu, HEPES terkadang dapat mengganggu uji protein tertentu, seperti metode Folin-Ciocalteu, yang merupakan pertimbangan saat merencanakan analisis hilir.

Sebaliknya, buffer bikarbonat hemat biaya dan terintegrasi secara alami ke dalam sistem biologis. Namun, ketergantungan mereka pada CO2 membuat mereka kurang serbaguna untuk eksperimen di luar atmosfer yang terkontrol. Diskusi HEPES buffer vs bikarbonat sering berpusat pada pertukaran antara kenyamanan dan biaya.

Pada akhirnya, pilihan antara buffer HEPES dan bikarbonat bergantung pada kebutuhan eksperimental spesifik. Untuk kultur sel rutin di dalam inkubator CO2, bikarbonat mungkin sudah cukup. Namun, untuk aplikasi apa pun yang memerlukan stabilitas pH yang ditingkatkan, keserbagunaan, atau operasi di luar lingkungan CO2, buffer HEPES menonjol sebagai pilihan yang unggul. Memahami aplikasi buffer HEPES dalam biologi molekuler dan kultur sel memungkinkan para peneliti untuk mengoptimalkan kondisi eksperimental mereka untuk hasil yang lebih baik.