細(xì)胞培養(yǎng)是生命科學(xué)領(lǐng)域最重要的技術(shù)之一，其“初始”形式是從動物或植物中取出細(xì)胞、組織或器官，然后將它們放置到有利于它們生存或增殖的人工環(huán)境中。

　　細(xì)胞最佳生長的基本環(huán)境要求是：受控的溫度、適宜的pH、一定的滲透壓及提供細(xì)胞所需營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基。細(xì)胞培養(yǎng)中最重要和關(guān)鍵的一步是選擇合適的培養(yǎng)基進(jìn)行體外培養(yǎng)。細(xì)胞培養(yǎng)基通常包含適當(dāng)?shù)哪芰縼碓匆约罢{(diào)節(jié)細(xì)胞周期的化合物。典型的培養(yǎng)基由氨基酸、維生素、無機(jī)鹽、葡萄糖和作為生長因子、激素和附著因子來源的血清組成。除營養(yǎng)物質(zhì)外，培養(yǎng)基還有助于維持pH值和滲透壓。

　　細(xì)胞培養(yǎng)基成分的復(fù)雜性為優(yōu)化培養(yǎng)基的各個成分帶來了許多挑戰(zhàn)。大多數(shù)經(jīng)典培養(yǎng)基都是針對小規(guī)模低密度培養(yǎng)而設(shè)計(jì)的，通常需要血清作為關(guān)鍵營養(yǎng)素。然而，在需要維持高細(xì)胞密度和提高細(xì)胞生產(chǎn)力的生物制藥行業(yè)，培養(yǎng)基的開發(fā)和優(yōu)化非常關(guān)鍵。通常，用于生物制藥行業(yè)的培養(yǎng)基是無血清的，并且具有比傳統(tǒng)培養(yǎng)基高得多的營養(yǎng)物濃度。培養(yǎng)基優(yōu)化需要考慮以下參數(shù)：

　　目標(biāo)產(chǎn)品：目標(biāo)產(chǎn)品的類型將決定培養(yǎng)基優(yōu)化策略。為了快速到達(dá)細(xì)胞目標(biāo)數(shù)量，細(xì)胞生長速率和活性至關(guān)重要。因此，細(xì)胞培養(yǎng)基應(yīng)支持最大細(xì)胞生長并在增加細(xì)胞密度時維持細(xì)胞活性。

　　對于病毒的生產(chǎn)，不僅需要高密度，而且培養(yǎng)基中必須有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)、以維持感染后的病毒復(fù)制。

　　對于重組蛋白的生產(chǎn)，通常需要高細(xì)胞密度。然而，重組蛋白表達(dá)系統(tǒng)一般分為四大系統(tǒng)，因此，仔細(xì)確定給定適合的培養(yǎng)基可以維持所需生產(chǎn)力水平的最高細(xì)胞密度。此外，還需要考慮在優(yōu)化過程中，任何對培養(yǎng)基的更改不應(yīng)影響產(chǎn)品質(zhì)量，這一點(diǎn)也非常重要。

　　宿主細(xì)胞系：不同的細(xì)胞系具有不同的營養(yǎng)需求，因?yàn)樾玛惔x的差異決定了培養(yǎng)基優(yōu)化方法。生物制藥行業(yè)常用的細(xì)胞系有很高的多樣性，包括CHO細(xì)胞、HEK293細(xì)胞、BHK-21、雜交瘤細(xì)胞以及正常二倍體成纖維細(xì)胞等。某些細(xì)胞系具有特定的營養(yǎng)需求，例如正常二倍體成纖維細(xì)胞需要附著因子來粘附并在表面上展開以進(jìn)行生長，但它們的生長密度通常很低，因此不需要大量的營養(yǎng)物。雜交瘤細(xì)胞系通常高度依賴谷氨酰胺，且通常在達(dá)到細(xì)胞密度峰值后缺乏穩(wěn)定期，活性出現(xiàn)迅速下降。因此，培養(yǎng)基的優(yōu)化將旨在減少活性的下降并提高抗體的產(chǎn)量。

　　生產(chǎn)工藝模式：生產(chǎn)工藝模式不僅會影響細(xì)胞培養(yǎng)基的選擇，還會影響優(yōu)化方法。細(xì)胞培養(yǎng)中通常使用的不同生產(chǎn)模式包括：

　　批次：單一培養(yǎng)基用于維持細(xì)胞生長和生產(chǎn)力。因此，培養(yǎng)基應(yīng)富含營養(yǎng)物質(zhì)，但應(yīng)保持在細(xì)胞的生理極限內(nèi)。

　　補(bǔ)料分批：在細(xì)胞培養(yǎng)過程中使用多種培養(yǎng)基，具體取決于工藝過程的階段。生長培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)方式使其在接種期間細(xì)胞密度較低時具有較低的營養(yǎng)濃度，但在放大和早期生產(chǎn)期間保持高細(xì)胞生長速率。當(dāng)培養(yǎng)達(dá)到生產(chǎn)階段時，也可以使用具有更高營養(yǎng)物濃度的單獨(dú)生產(chǎn)培養(yǎng)基。

　　灌流：細(xì)胞灌流培養(yǎng)通過特定的細(xì)胞截留裝置（如華致林醫(yī)藥科技生產(chǎn)的灌流培養(yǎng)袋內(nèi)附帶細(xì)胞截留膜）去除營養(yǎng)成分耗竭的培養(yǎng)基而將細(xì)胞截留在反應(yīng)器內(nèi)，同時補(bǔ)加新鮮的培養(yǎng)基，從而維持生物反應(yīng)器內(nèi)恒定的培養(yǎng)環(huán)境，繼而達(dá)到相比批次和補(bǔ)料分批模式更高的細(xì)胞密度和產(chǎn)物產(chǎn)量。灌流過程需要消耗大量的培養(yǎng)基，也是產(chǎn)品成本的重要影響因素?？梢酝ㄟ^分析耗竭培養(yǎng)基中營養(yǎng)物的使用狀態(tài)，降低或富集灌流培養(yǎng)基中的特定成分，從而在維持所需培養(yǎng)密度和產(chǎn)量的同時，降低灌流速率，優(yōu)化生產(chǎn)效率。