數(shù)十年來(lái)，商業(yè)和學(xué)術(shù)科學(xué)家一直在尋找可靠的無(wú)血清培養(yǎng)基。早在1960年代，就有一些選擇可用于培養(yǎng)某些細(xì)胞系。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)多年的努力，這些早期配方的許多缺點(diǎn)已得到解決，研究人員擁有許多非常成功的替代品。GEN與幾位專家就當(dāng)前細(xì)胞培養(yǎng)基的趨勢(shì)進(jìn)行了交談：

GEN：在體外蛋白質(zhì)生產(chǎn)中有許多可用的培養(yǎng)基。您是否喜歡一種特定的配方，它的主要好處是什么?

Bulpin： 對(duì)于分批進(jìn)料的CHO生物生產(chǎn)，我們建議使用兩種介質(zhì)和進(jìn)料系統(tǒng)。第一，EX-CELL ®高級(jí)CHO補(bǔ)料分批系統(tǒng)中，對(duì)補(bǔ)料分批工藝進(jìn)行了優(yōu)化。第二，Cellvento ® 4CHO介質(zhì)和4Feed，是在該進(jìn)料含有酪氨酸的修飾形式，其允許高濃度的這種氨基酸在中性pH下是唯一的。

兩種系統(tǒng)均僅包含化學(xué)成分，且不含動(dòng)物成分。當(dāng)以分批補(bǔ)料模式運(yùn)行時(shí)，這兩種介質(zhì)系統(tǒng)顯示出高滴度，蛋白質(zhì)質(zhì)量和可擴(kuò)展性。但是，如果生物生產(chǎn)過(guò)程是灌注過(guò)程，那么細(xì)胞系的營(yíng)養(yǎng)需求將有所不同，因此針對(duì)該生產(chǎn)模式進(jìn)行優(yōu)化的培養(yǎng)基至關(guān)重要。

Wellens：在生成蛋白質(zhì)時(shí)，我們建議選擇無(wú)血清培養(yǎng)基，因?yàn)檫@將簡(jiǎn)化下游加工步驟。除了不含血清外，使用化學(xué)成分確定的培養(yǎng)基也是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)它可以減少批次之間的差異。

Alfano：由于各種因素(包括供體之間的變異性)，也歸因于不同培養(yǎng)方法的變異，原代細(xì)胞在代謝活性方面顯示出高度變異性。大規(guī)模臨床生產(chǎn)的目標(biāo)是找出不一致的原因，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程并減少這種變化對(duì)最終產(chǎn)品的影響。這是我們InVitria研發(fā)的目標(biāo)。我們正在設(shè)計(jì)一種系統(tǒng)，以消除在培養(yǎng)方法中產(chǎn)生的變異性，方法是在定義的培養(yǎng)系統(tǒng)中實(shí)施無(wú)血和化學(xué)成分確定的培養(yǎng)基，以減少或消除血清使用或細(xì)胞培養(yǎng)基中不確定成分引起的變異性來(lái)源。

GEN：Dong等。(Cytotechnology。2008 Jul; 57 [3]：251-261)觀察到“人類原代肝細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)表明，不同個(gè)體細(xì)胞的代謝活性差異很大，這使得確定最佳因子水平更加困難。”這自然嗎?變異使得無(wú)法設(shè)計(jì)用于評(píng)估原代肝細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基，或者是否有可以平滑這種自然變異的策略以提供可靠的可比較數(shù)據(jù)?

Bulpin：不，酶活性的個(gè)體差異并不排除開(kāi)發(fā)用于原代人肝細(xì)胞(PHH)培養(yǎng)的高質(zhì)量培養(yǎng)基的可能性。最初針對(duì)動(dòng)物肝細(xì)胞培養(yǎng)(即小鼠，大鼠)優(yōu)化培養(yǎng)基，然后針對(duì)PHH進(jìn)行了改良。從動(dòng)物分離的細(xì)胞的變異性比從人類分離的細(xì)胞的變異性小得多。同樣，可以在給定的PHH中測(cè)試培養(yǎng)基配方的改進(jìn)，以優(yōu)化配方。然后，可以對(duì)其進(jìn)行更多批測(cè)試以驗(yàn)證改進(jìn)后的性能。PHH培養(yǎng)和強(qiáng)大活性的關(guān)鍵成分現(xiàn)已眾所周知。當(dāng)然，對(duì)于PHH文化的特定方面，總是在尋求其他改進(jìn)。

莫琳·班格(Maureen Bunger)

Bunger：這是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)楣w的變異性可能不僅是由于供體之間的固有差異，而且還因?yàn)榻M織健康和加工方法的堅(jiān)固性。我們無(wú)法解決前者，但可以減輕后者。對(duì)于處理，所使用的介質(zhì)是高度專業(yè)化的，并且經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制，以盡可能減少處理的可變性。對(duì)于培養(yǎng)肝細(xì)胞，肝細(xì)胞具有很高的代謝性，因此非常迅速地消耗營(yíng)養(yǎng)，因此，高度補(bǔ)充的培養(yǎng)基和對(duì)pH值變化的良好緩沖非常重要。

GEN：在學(xué)術(shù)和商業(yè)領(lǐng)域都大力追求細(xì)胞培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)，但是由于隱私問(wèn)題，未能研究較舊的文獻(xiàn)以及缺乏有效的溝通，該行業(yè)存在大量重復(fù)。為了避免代價(jià)高昂的重復(fù)，如何改善這種情況?還是不同實(shí)驗(yàn)室中的條件如此復(fù)雜和多面，以至于很難或不可能忠實(shí)地復(fù)制它們?

Bulpin：復(fù)雜商業(yè)媒體配方的隱私保護(hù)非常重要。但是，仍然有機(jī)會(huì)與學(xué)術(shù)伙伴合作，以促進(jìn)該行業(yè)的細(xì)胞培養(yǎng)基技術(shù)的發(fā)展，以及我們對(duì)推動(dòng)性能的細(xì)胞機(jī)制的理解。MilliporeSigma是AMBIC和NIIMBL的活躍成員，我們正在與學(xué)術(shù)伙伴合作，以提高開(kāi)發(fā)新配方的速度，并增進(jìn)我們對(duì)CHO細(xì)胞代謝的了解。

妮可·韋倫斯

妮可·韋倫斯

Wellens：在學(xué)術(shù)(甚至商業(yè))環(huán)境中開(kāi)發(fā)介質(zhì)并不能保證可以大規(guī)模生產(chǎn)該介質(zhì)。內(nèi)部媒體的開(kāi)發(fā)也可以用來(lái)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而獲得專有配方。生物技術(shù)公司將努力追求最佳效果，許多公司甚至為商業(yè)媒體設(shè)置了自己的發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)。

Alfano：盡管發(fā)展緩慢，但多年來(lái)，細(xì)胞培養(yǎng)基行業(yè)已經(jīng)從一種依靠血清和經(jīng)典培養(yǎng)基的組合發(fā)展到了大多數(shù)臨床產(chǎn)品(現(xiàn)在是細(xì)胞療法，基因療法，組織加工和重組蛋白)的領(lǐng)域制造業(yè)—優(yōu)化無(wú)血清。一些人甚至消除了所有不確定的培養(yǎng)基成分，這是因?yàn)槠惹行枰裳搴筒淮_定成分代表的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，以生產(chǎn)臨床藥物產(chǎn)品。

研究界采用化學(xué)定義的無(wú)血細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的速度甚至更慢。部分原因是由于不愿更改已建立的研究方案，或者由于很少重復(fù)使用相同的方案。為此，高度個(gè)性化的流程將推動(dòng)媒體多元化，并引發(fā)針對(duì)特定流程或協(xié)議進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的需求。

但是，隨著行業(yè)繼續(xù)朝著無(wú)血和特定系統(tǒng)的方向發(fā)展，這些細(xì)胞和基因治療產(chǎn)品所源自的研究領(lǐng)域也將發(fā)生這種變化，我們已經(jīng)開(kāi)始在許多人群中看到這種情況。

GEN：原料(細(xì)胞培養(yǎng)基)表示變異性的顯著源到可不利地影響細(xì)胞生長(zhǎng)，生存力和比生產(chǎn)率或改變表達(dá)的治療性蛋白質(zhì)的質(zhì)量分布生物制藥生產(chǎn)過(guò)程(McGilicutty等人，生物技術(shù)快報(bào)。 2018 Jan; 40 [1]：5-21)。這對(duì)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大問(wèn)題嗎?如果是這樣，MilliporeSigma建議如何處理呢?

Bulpin：生物制藥生產(chǎn)過(guò)程中的可變性是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，了解組成細(xì)胞培養(yǎng)基的各個(gè)原材料成分對(duì)于降低變異風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。從歷史上看，這種變化的大部分是在復(fù)雜的不確定成分(例如水解產(chǎn)物)中引入的。但是，隨著我們朝著化學(xué)定義的配方發(fā)展，仍然存在一些會(huì)引起性能變化的成分。

MilliporeSigma采取了積極主動(dòng)的原材料表征方法。根據(jù)復(fù)雜性，供應(yīng)商，采購(gòu)和產(chǎn)品變化的歷史知識(shí)為每個(gè)組件分配風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分。對(duì)于更可能變化的組件，我們實(shí)施了第二層測(cè)試。重要的是，這第二層測(cè)試采用正交方法-首先，分析材料的雜質(zhì)和組成，其次，設(shè)計(jì)基于細(xì)胞的分析法，以測(cè)試生物反應(yīng)。通過(guò)實(shí)施這些第二層測(cè)試，我們可以降低最終介質(zhì)配方性能變化的風(fēng)險(xiǎn)。

Wellens：生物制藥制造公司已經(jīng)遠(yuǎn)離血清，而轉(zhuǎn)向無(wú)血清培養(yǎng)基和化學(xué)成分明確的培養(yǎng)基，以確保結(jié)果的可重復(fù)性。媒體制造行業(yè)已經(jīng)意識(shí)到，生物制造通常始于液態(tài)介質(zhì)。但是當(dāng)進(jìn)入臨床階段研究時(shí)，通常會(huì)改變粉末。為了從粉末中產(chǎn)生液體，將幾種成分合并在一起。最佳標(biāo)準(zhǔn)化意味著將使用一種粉末來(lái)生產(chǎn)液體，從而提供一致性。

托比亞斯·申克(Tobias Schenk)

托比亞斯·申克(Tobias Schenk)

Schenk：原材料將影響媒體表現(xiàn);這就是為什么對(duì)媒體生產(chǎn)商及其原材料來(lái)源進(jìn)行良好的質(zhì)量控制并擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的原因。備有第二個(gè)媒體源對(duì)于確保連續(xù)供應(yīng)具有高批次間一致性至關(guān)重要。

阿爾法諾(Alfano)：這是整個(gè)行業(yè)的一個(gè)重要問(wèn)題，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)乜刂圃牧巷L(fēng)險(xiǎn)對(duì)于確保最終產(chǎn)品的安全絕對(duì)至關(guān)重要。簡(jiǎn)化細(xì)胞培養(yǎng)基以包含最少數(shù)量和濃度的關(guān)鍵成分可以幫助減少不必要的成分變異性。我們已經(jīng)體驗(yàn)到，在優(yōu)化媒體和制造系統(tǒng)上投入的精力越多，收益和實(shí)現(xiàn)制造目標(biāo)的可能性就越大。

GEN：盡管已經(jīng)確定了動(dòng)物血清的關(guān)鍵成分，但它們?nèi)员挥糜谥С衷S多細(xì)胞系的生長(zhǎng)。從細(xì)胞培養(yǎng)蛋白生產(chǎn)方案中完全消除血清是否可能或合乎需要?

Bulpin：動(dòng)物血清會(huì)引起變異性和成本，以及污染的風(fēng)險(xiǎn)。我們堅(jiān)信從重組生物治療生產(chǎn)過(guò)程中去除血清是可能且合乎需要的。除了這些包含動(dòng)物的成分外，進(jìn)一步希望朝著完全化學(xué)上確定的過(guò)程發(fā)展。我們通常會(huì)通過(guò)咨詢幫助他們選擇正確的培養(yǎng)基，或采用我們內(nèi)部的高通量方法來(lái)開(kāi)發(fā)定制配方，從而幫助客戶從蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到化學(xué)定義的培養(yǎng)基。

Wellens：在無(wú)血清的環(huán)境中生產(chǎn)蛋白質(zhì)確實(shí)是可取的。這將有助于減少病毒污染的風(fēng)險(xiǎn)，并減輕下游處理步驟中遇到的困難。

Schenk：對(duì)無(wú)血清培養(yǎng)基應(yīng)用的需求正在增長(zhǎng)，并且正在開(kāi)發(fā)更多的培養(yǎng)基來(lái)支持這種需求。盡管已經(jīng)可以生產(chǎn)無(wú)血清的細(xì)胞培養(yǎng)蛋白，但迫切需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)以最大程度地提高蛋白滴度。

Alfano：對(duì)于蛋白質(zhì)生產(chǎn)，該行業(yè)已經(jīng)能夠消除不確定的成分，包括血清，同時(shí)還提高了生產(chǎn)率。有些舊產(chǎn)品可能使用動(dòng)物或血液來(lái)源的成分，但較新的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。但是，在細(xì)胞和基因療法，疫苗，組織保存和組織加工中，仍然需要在細(xì)胞培養(yǎng)基系統(tǒng)中進(jìn)行創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)定義的高性能培養(yǎng)基的目標(biāo)。但是，最近幾年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，證明了完全定義的無(wú)血清系統(tǒng)可以帶來(lái)多種優(yōu)勢(shì)。

GEN：幾十年來(lái)，細(xì)胞培養(yǎng)基已取得了重要的進(jìn)步。到達(dá)終點(diǎn)了嗎?或者，上述定義的改進(jìn)是否會(huì)無(wú)限延續(xù)下去?

Bulpin：在過(guò)去的十年中，該行業(yè)在改善生物療法制造中的生長(zhǎng)和效價(jià)方面取得了巨大的進(jìn)步。但是，除了增強(qiáng)單元的這些性能特征外，仍然可以實(shí)現(xiàn)顯著的改進(jìn)-尚未達(dá)到終點(diǎn)。新型，難以表達(dá)的療法正變得越來(lái)越普遍，可能需要更具體的優(yōu)化。隨著對(duì)蛋白質(zhì)質(zhì)量的分析變得更加詳細(xì)，對(duì)蛋白質(zhì)質(zhì)量特征的嚴(yán)格控制變得越來(lái)越重要。此外，我們看到了通過(guò)降低細(xì)胞培養(yǎng)基成本或簡(jiǎn)化流程來(lái)大幅降低生物生產(chǎn)的銷售成本(COGS)的驅(qū)動(dòng)力。

最后，我們將灌注過(guò)程視為增加靈活性，減少制造空間和降低成本的一種方式。我們正在探索可以推動(dòng)這些改進(jìn)的新細(xì)胞培養(yǎng)基配方。

韋倫斯：蛋白質(zhì)生產(chǎn)介質(zhì)仍將得到發(fā)展，以提高效率和經(jīng)濟(jì)性。

Schenk：我相信，未來(lái)的發(fā)展將更多地集中在專用媒體的方向上，而不是通用的，通用的媒體上。此類定制培養(yǎng)基將用于確定的目的，以最大化精確的需求，包括最大化尚未達(dá)到其理論最大值的蛋白效價(jià)，細(xì)胞生長(zhǎng)和無(wú)血清增殖。

Alfano：今天的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，因?yàn)槲覀兛吹交虔煼?，CAR-T細(xì)胞療法和先進(jìn)的組織再生系統(tǒng)的推出，以及蛋白質(zhì)生產(chǎn)的進(jìn)步。此外，依靠細(xì)胞培養(yǎng)方法的體內(nèi)肉替代品也處于萌芽狀態(tài)。隨著我們行業(yè)的發(fā)展，我們的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)需要在規(guī)模，性能和成本效益方面進(jìn)行改進(jìn)。細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的進(jìn)步將使我們未來(lái)的藥物，甚至我們選擇用于晚餐的蛋白質(zhì)成為可能。如果要實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)新的承諾，我們將擁有令人興奮的未來(lái)。但是，我們需要漫長(zhǎng)的發(fā)現(xiàn)之路才能取得長(zhǎng)期，持久的成功。