细胞培养基开发的趋势和策略

撰稿人：百因诺生物创始人、总裁赵晓剑博士

细胞培养是各类生物医药产品研究、开发和生产的基础，细胞培养基是其中使用的最重要的基础材料因而可以称为生物医药产业的芯片。细胞培养基的发展经历了需要添加血清的基础培养基，无血清培养基和化学成分界定（除了重组胰岛素和重组胰岛素生长因子以外，不包含任何蛋白）的培养基，而在无血清培养基内又可以进一步分为含有动物来源、无动物来源（AOF）和不含人源以外动物来源成分（Xeno free）的培养基，适用于不同生物医药产品，如蛋白药、人用疫苗、兽用疫苗、疫苗细胞治疗和基因治疗的特殊要求。无血清细胞培养基特别是化学成分界定的培养基是培养基发展的趋势。

细胞培养基的开发经历了不同的阶段：相当一段时间细胞培养基特别是无血清细胞培养基的开发是依靠不断的尝试和使用不同配方的组合，添加、减少和去除成分缺乏可靠的科学依据；在90年代后科学家开始了使用各类高通量的平台开发各类细胞培养基和培养工艺，但在众多培养基成分里选择优化的成分及其组合往往基于历史的经验和数据，而这些选择的基础相对零散和不确定， 造成无血清培养基开发的周期、成本和表现都不是非常有效； 2004-2005年以后无血清培养基特别是化学成分界定的高端培养基的开发进入了一个快速发展的阶段，其基础是科学家们借鉴了微生物和酵母等系统代谢组学的研究，开展了细胞的代谢研究，建立了有效的代谢模型和代谢分析手段， 从早期基于关键物质平衡的元素进入和输出模型发展到关键前体、中间体和代谢产物分析为基础的代谢模型， 大大提高了无血清细胞培养基开发的效率和效果。

在具体应用代谢模型和分析手段时我们重点关注五个方面：1、平衡和丰富营养和中间体及前体成分；2、是与细胞培养工艺契合的代谢分析和模型；3、能量和代谢物的平衡和控制；4、尽早考虑蛋白等产品质量；5、结合工艺放大。

细胞培养和细胞培养基的开发的趋势还体现在紧密针对于细胞培养工艺的有效开发，传统的适合于批培养的单一培养基不能有效地和针对流加培养的添加剂配合支撑更高的蛋白产量和蛋白质量，传统的即支撑细胞扩增又支撑生物医药产品产量和质量的培养基被针对工艺阶段的目标的培养基和添加剂体系而替代。我们发现好的流加细胞培养工艺在细胞高速扩增期后往往需要细胞代谢途径的转换，具体体现在能量转换效率大大提高，代谢产物和代谢中间体的累积降低，和细胞扩增的停滞。这得益于适用于细胞扩增和活性的高效的初始培养基和有效的高浓度添加剂产生的代谢转换。贯流工艺水平的提高也借助于有效的无血清贯流培养基的开发，这类培养基基于培养基的置换和代谢产物的去除有效地增加蛋白等产品的产量和质量。

无血清细胞培养基开发的另一个趋势和策略是增加培养基成分的协调统一，培养基的成分从上百个减少到60-70个，大大改善了培养基优化的效率，减少了培养基成分之间的相互抑制，降低了成本并增加了培养基生产的稳定性。

百因诺生物创始人、总裁赵晓剑博士