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

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： 對于分批進料的CHO生物生產(chǎn)，我們建議使用兩種介質(zhì)和進料系統(tǒng)。第一，EX-CELL ®高級CHO補料分批系統(tǒng)中，對補料分批工藝進行了優(yōu)化。第二，Cellvento ® 4CHO介質(zhì)和4Feed，是在該進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，且不含動物成分。當以分批補料模式運行時，這兩種介質(zhì)系統(tǒng)顯示出高滴度，蛋白質(zhì)質(zhì)量和可擴展性。但是，如果生物生產(chǎn)過程是灌注過程，那么細胞系的營養(yǎng)需求將有所不同，因此針對該生產(chǎn)模式進行優(yōu)化的培養(yǎng)基至關(guān)重要。

Wellens：在生成蛋白質(zhì)時，我們建議選擇無血清培養(yǎng)基，因為這將簡化下游加工步驟。除了不含血清外，使用化學(xué)成分確定的培養(yǎng)基也是一個優(yōu)勢，因為我們發(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)的目標是找出不一致的原因，以簡化生產(chǎn)過程并減少這種變化對最終產(chǎn)品的影響。這是我們InVitria研發(fā)的目標。我們正在設(shè)計一種系統(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)中實施無血和化學(xué)成分確定的培養(yǎng)基，以減少或消除血清使用或細胞培養(yǎng)基中不確定成分引起的變異性來源。

GEN：Dong等。(Cytotechnology。2008 Jul; 57 [3]：251-261)觀察到“人類原代肝細胞培養(yǎng)的實驗表明，不同個體細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?變異使得無法設(shè)計用于評估原代肝細胞的標準培養(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，酶活性的個體差異并不排除開發(fā)用于原代人肝細胞(PHH)培養(yǎng)的高質(zhì)量培養(yǎng)基的可能性。最初針對動物肝細胞培養(yǎng)(即小鼠，大鼠)優(yōu)化培養(yǎng)基，然后針對PHH進行了改良。從動物分離的細胞的變異性比從人類分離的細胞的變異性小得多。同樣，可以在給定的PHH中測試培養(yǎng)基配方的改進，以優(yōu)化配方。然后，可以對其進行更多批測試以驗證改進后的性能。PHH培養(yǎng)和強大活性的關(guān)鍵成分現(xiàn)已眾所周知。當然，對于PHH文化的特定方面，總是在尋求其他改進。

莫琳·班格(Maureen Bunger)

Bunger：這是一個挑戰(zhàn)，因為供體的變異性可能不僅是由于供體之間的固有差異，而且還因為組織健康和加工方法的堅固性。我們無法解決前者，但可以減輕后者。對于處理，所使用的介質(zhì)是高度專業(yè)化的，并且經(jīng)過質(zhì)量控制，以盡可能減少處理的可變性。對于培養(yǎng)肝細胞，肝細胞具有很高的代謝性，因此非常迅速地消耗營養(yǎng)，因此，高度補充的培養(yǎng)基和對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)域都大力追求細胞培養(yǎng)基的設(shè)計，但是由于隱私問題，未能研究較舊的文獻以及缺乏有效的溝通，該行業(yè)存在大量重復(fù)。為了避免代價高昂的重復(fù)，如何改善這種情況?還是不同實驗室中的條件如此復(fù)雜和多面，以至于很難或不可能忠實地復(fù)制它們?

Bulpin：復(fù)雜商業(yè)媒體配方的隱私保護非常重要。但是，仍然有機會與學(xué)術(shù)伙伴合作，以促進該行業(yè)的細胞培養(yǎng)基技術(shù)的發(fā)展，以及我們對推動性能的細胞機制的理解。MilliporeSigma是AMBIC和NIIMBL的活躍成員，我們正在與學(xué)術(shù)伙伴合作，以提高開發(fā)新配方的速度，并增進我們對CHO細胞代謝的了解。

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)部媒體的開發(fā)也可以用來獲得競爭優(yōu)勢，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)布標準。

Alfano：盡管發(fā)展緩慢，但多年來，細胞培養(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，這是因為迫切需要消除由血清和不確定成分代表的供應(yīng)鏈風(fēng)險，以生產(chǎn)臨床藥物產(chǎn)品。

研究界采用化學(xué)定義的無血細胞培養(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，高度個性化的流程將推動媒體多元化，并引發(fā)針對特定流程或協(xié)議進行進一步優(yōu)化的需求。

但是，隨著行業(yè)繼續(xù)朝著無血和特定系統(tǒng)的方向發(fā)展，這些細胞和基因治療產(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)開始在許多人群中看到這種情況。

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

Bulpin：生物制藥生產(chǎn)過程中的可變性是一個關(guān)鍵問題，了解組成細胞培養(yǎng)基的各個原材料成分對于降低變異風(fēng)險至關(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，仍然存在一些會引起性能變化的成分。

MilliporeSigma采取了積極主動的原材料表征方法。根據(jù)復(fù)雜性，供應(yīng)商，采購和產(chǎn)品變化的歷史知識為每個組件分配風(fēng)險評分。對于更可能變化的組件，我們實施了第二層測試。重要的是，這第二層測試采用正交方法-首先，分析材料的雜質(zhì)和組成，其次，設(shè)計基于細胞的分析法，以測試生物反應(yīng)。通過實施這些第二層測試，我們可以降低最終介質(zhì)配方性能變化的風(fēng)險。

Wellens：生物制藥制造公司已經(jīng)遠離血清，而轉(zhuǎn)向無血清培養(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)意識到，生物制造通常始于液態(tài)介質(zhì)。但是當進入臨床階段研究時，通常會改變粉末。為了從粉末中產(chǎn)生液體，將幾種成分合并在一起。最佳標準化意味著將使用一種粉末來生產(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);這就是為什么對媒體生產(chǎn)商及其原材料來源進行良好的質(zhì)量控制并擁有豐富經(jīng)驗的原因。備有第二個媒體源對于確保連續(xù)供應(yīng)具有高批次間一致性至關(guān)重要。

阿爾法諾(Alfano)：這是整個行業(yè)的一個重要問題，因為適當?shù)乜刂圃牧巷L(fēng)險對于確保最終產(chǎn)品的安全絕對至關(guān)重要。簡化細胞培養(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，收益和實現(xiàn)制造目標的可能性就越大。

GEN：盡管已經(jīng)確定了動物血清的關(guān)鍵成分，但它們?nèi)员挥糜谥С衷S多細胞系的生長。從細胞培養(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：動物血清會引起變異性和成本，以及污染的風(fēng)險。我們堅信從重組生物治療生產(chǎn)過程中去除血清是可能且合乎需要的。除了這些包含動物的成分外，進一步希望朝著完全化學(xué)上確定的過程發(fā)展。我們通常會通過咨詢幫助他們選擇正確的培養(yǎng)基，或采用我們內(nèi)部的高通量方法來開發(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：在無血清的環(huán)境中生產(chǎn)蛋白質(zhì)確實是可取的。這將有助于減少病毒污染的風(fēng)險，并減輕下游處理步驟中遇到的困難。

Schenk：對無血清培養(yǎng)基應(yīng)用的需求正在增長，并且正在開發(fā)更多的培養(yǎng)基來支持這種需求。盡管已經(jīng)可以生產(chǎn)無血清的細胞培養(yǎng)蛋白，但迫切需要對其進行改進以最大程度地提高蛋白滴度。

Alfano：對于蛋白質(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，同時還提高了生產(chǎn)率。有些舊產(chǎn)品可能使用動物或血液來源的成分，但較新的產(chǎn)品已經(jīng)進行了轉(zhuǎn)換。但是，在細胞和基因療法，疫苗，組織保存和組織加工中，仍然需要在細胞培養(yǎng)基系統(tǒng)中進行創(chuàng)新，以實現(xiàn)化學(xué)定義的高性能培養(yǎng)基的目標。但是，最近幾年取得了長足的進步，證明了完全定義的無血清系統(tǒng)可以帶來多種優(yōu)勢。

GEN：幾十年來，細胞培養(yǎng)基已取得了重要的進步。到達終點了嗎?或者，上述定義的改進是否會無限延續(xù)下去?

Bulpin：在過去的十年中，該行業(yè)在改善生物療法制造中的生長和效價方面取得了巨大的進步。但是，除了增強單元的這些性能特征外，仍然可以實現(xiàn)顯著的改進-尚未達到終點。新型，難以表達的療法正變得越來越普遍，可能需要更具體的優(yōu)化。隨著對蛋白質(zhì)質(zhì)量的分析變得更加詳細，對蛋白質(zhì)質(zhì)量特征的嚴格控制變得越來越重要。此外，我們看到了通過降低細胞培養(yǎng)基成本或簡化流程來大幅降低生物生產(chǎn)的銷售成本(COGS)的驅(qū)動力。

最后，我們將灌注過程視為增加靈活性，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這些改進的新細胞培養(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)濟性。

Schenk：我相信，未來的發(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，包括最大化尚未達到其理論最大值的蛋白效價，細胞生長和無血清增殖。

Alfano：今天的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，因為我們看到基因療法，CAR-T細胞療法和先進的組織再生系統(tǒng)的推出，以及蛋白質(zhì)生產(chǎn)的進步。此外，依靠細胞培養(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，我們的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)需要在規(guī)模，性能和成本效益方面進行改進。細胞生物學(xué)和細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的進步將使我們未來的藥物，甚至我們選擇用于晚餐的蛋白質(zhì)成為可能。如果要實現(xiàn)這些創(chuàng)新的承諾，我們將擁有令人興奮的未來。但是，我們需要漫長的發(fā)現(xiàn)之路才能取得長期，持久的成功。