细胞培养基优化简述

　　细胞培养是生命科学领域最重要的技术之一，其“初始”形式是从动物或植物中取出细胞、组织或器官，然后将它们放置到有利于它们生存或增殖的人工环境中。

　　细胞最佳生长的基本环境要求是：受控的温度、适宜的pH、一定的渗透压及提供细胞所需营养物质的培养基。细胞培养中最重要和关键的一步是选择合适的培养基进行体外培养。细胞培养基通常包含适当的能量来源以及调节细胞周期的化合物。典型的培养基由氨基酸、维生素、无机盐、葡萄糖和作为生长因子、激素和附着因子来源的血清组成。除营养物质外，培养基还有助于维持pH值和渗透压。

　　细胞培养基成分的复杂性为优化培养基的各个成分带来了许多挑战。大多数经典培养基都是针对小规模低密度培养而设计的，通常需要血清作为关键营养素。然而，在需要维持高细胞密度和提高细胞生产力的生物制药行业，培养基的开发和优化非常关键。通常，用于生物制药行业的培养基是无血清的，并且具有比传统培养基高得多的营养物浓度。培养基优化需要考虑以下参数：

　　目标产品：目标产品的类型将决定培养基优化策略。为了快速到达细胞目标数量，细胞生长速率和活性至关重要。因此，细胞培养基应支持最大细胞生长并在增加细胞密度时维持细胞活性。

　　对于病毒的生产，不仅需要高密度，而且培养基中必须有丰富的营养物质、以维持感染后的病毒复制。

　　对于重组蛋白的生产，通常需要高细胞密度。然而，重组蛋白表达系统一般分为四大系统，因此，仔细确定给定适合的培养基可以维持所需生产力水平的最高细胞密度。此外，还需要考虑在优化过程中，任何对培养基的更改不应影响产品质量，这一点也非常重要。

　　宿主细胞系：不同的细胞系具有不同的营养需求，因为新陈代谢的差异决定了培养基优化方法。生物制药行业常用的细胞系有很高的多样性，包括CHO细胞、HEK293细胞、BHK-21、杂交瘤细胞以及正常二倍体成纤维细胞等。某些细胞系具有特定的营养需求，例如正常二倍体成纤维细胞需要附着因子来粘附并在表面上展开以进行生长，但它们的生长密度通常很低，因此不需要大量的营养物。杂交瘤细胞系通常高度依赖谷氨酰胺，且通常在达到细胞密度峰值后缺乏稳定期，活性出现迅速下降。因此，培养基的优化将旨在减少活性的下降并提高抗体的产量。

　　生产工艺模式：生产工艺模式不仅会影响细胞培养基的选择，还会影响优化方法。细胞培养中通常使用的不同生产模式包括：

　　批次：单一培养基用于维持细胞生长和生产力。因此，培养基应富含营养物质，但应保持在细胞的生理极限内。

　　补料分批：在细胞培养过程中使用多种培养基，具体取决于工艺过程的阶段。生长培养基的设计方式使其在接种期间细胞密度较低时具有较低的营养浓度，但在放大和早期生产期间保持高细胞生长速率。当培养达到生产阶段时，也可以使用具有更高营养物浓度的单独生产培养基。

　　灌流：细胞灌流培养通过特定的细胞截留装置（如华致林医药科技生产的灌流培养袋内附带细胞截留膜）去除营养成分耗竭的培养基而将细胞截留在反应器内，同时补加新鲜的培养基，从而维持生物反应器内恒定的培养环境，继而达到相比批次和补料分批模式更高的细胞密度和产物产量。灌流过程需要消耗大量的培养基，也是产品成本的重要影响因素。可以通过分析耗竭培养基中营养物的使用状态，降低或富集灌流培养基中的特定成分，从而在维持所需培养密度和产量的同时，降低灌流速率，优化生产效率。