細胞培養(yǎng)是生命科學領域最重要的技術之一，其“初始”形式是從動物或植物中取出細胞、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胞所需營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基。細胞培養(yǎng)中最重要和關鍵的一步是選擇合適的培養(yǎng)基進行體外培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)基通常包含適當?shù)哪芰縼碓匆约罢{(diào)節(jié)細胞周期的化合物。典型的培養(yǎng)基由氨基酸、維生素、無機鹽、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。

　　細胞培養(yǎng)基成分的復雜性為優(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)而設計的，通常需要血清作為關鍵營養(yǎng)素。然而，在需要維持高細胞密度和提高細胞生產(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)：

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

　　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制。

　　對于重組蛋白的生產(chǎn)，通常需要高細胞密度。然而，重組蛋白表達系統(tǒng)一般分為四大系統(tǒng)，因此，仔細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)基的更改不應影響產(chǎn)品質(zhì)量，這一點也非常重要。

　　宿主細胞系：不同的細胞系具有不同的營養(yǎng)需求，因為新陳代謝的差異決定了培養(yǎng)基優(yōu)化方法。生物制藥行業(yè)常用的細胞系有很高的多樣性，包括CHO細胞、HEK293細胞、BHK-21、雜交瘤細胞以及正常二倍體成纖維細胞等。某些細胞系具有特定的營養(yǎng)需求，例如正常二倍體成纖維細胞需要附著因子來粘附并在表面上展開以進行生長，但它們的生長密度通常很低，因此不需要大量的營養(yǎng)物。雜交瘤細胞系通常高度依賴谷氨酰胺，且通常在達到細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胞培養(yǎng)基的選擇，還會影響優(yōu)化方法。細胞培養(yǎng)中通常使用的不同生產(chǎn)模式包括：

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

　　補料分批：在細胞培養(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)基的設計方式使其在接種期間細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)期間保持高細胞生長速率。當培養(yǎng)達到生產(chǎn)階段時，也可以使用具有更高營養(yǎng)物濃度的單獨生產(chǎn)培養(yǎng)基。

　　灌流：細胞灌流培養(yǎng)通過特定的細胞截留裝置（如華致林醫(yī)藥科技生產(chǎn)的灌流培養(yǎng)袋內(nèi)附帶細胞截留膜）去除營養(yǎng)成分耗竭的培養(yǎng)基而將細胞截留在反應器內(nèi)，同時補加新鮮的培養(yǎng)基，從而維持生物反應器內(nèi)恒定的培養(yǎng)環(huán)境，繼而達到相比批次和補料分批模式更高的細胞密度和產(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。