在過去的三十年里，生物制藥行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。生物制藥生產(chǎn)追求工藝效率高，這要求生物制藥企業(yè)提升工藝速度，節(jié)約成本，增強工藝靈活性，同時確保最終產(chǎn)品的質量，完成商業(yè)化工藝開發(fā)。目前，生物制品中的大部分產(chǎn)品都是多肽、蛋白、單克隆抗體和抗體片段。而在獲批的生物制品中，有大部分都采用了哺乳動物細胞生產(chǎn)。生物制藥中的動物細胞培養(yǎng)是大規(guī)模制備生物大分子藥物的基礎，在培養(yǎng)過程中，往往需要企業(yè)投入大量的時間與人力物力財力。
上游細胞培養(yǎng)工藝是生物制藥工藝開發(fā)的核心部分，作為制備生物大分子藥物的基礎，優(yōu)化動物細胞培養(yǎng)工藝是生物制藥領域發(fā)展的重要選擇。然而細胞培養(yǎng)工藝開發(fā)的過程并不簡單，動物細胞培養(yǎng)工藝開發(fā)過程中不確定因素較多，需要考慮溫度、pH 值、pO2、攪拌速率和壓力等。細胞對培養(yǎng)環(huán)境的要求較為苛刻，改善細胞培養(yǎng)工藝，提供良好的穩(wěn)定的生長環(huán)境、且能減少代謝廢物對細胞的不利影響至關重要。
細胞培養(yǎng)基的分類
細胞培養(yǎng)基是細胞培養(yǎng)實驗中至關重要的組成部分，在動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)過程中，如何選擇培養(yǎng)基是細胞體外生長、增殖、分化的關鍵。作為一種人工制備的液體或凝膠，細胞培養(yǎng)基提供了細胞生長所需的營養(yǎng)物質、生長因子、激素和其他必要的組分，以模擬體外環(huán)境，使細胞能夠在體外生長、分裂和維持其生存狀態(tài)。
細胞培養(yǎng)基市場需求大，技術含量高，利潤空間大，目前市場上分天然培養(yǎng)基以及人工培養(yǎng)基兩種。天然培養(yǎng)基僅由天然存在的生物體液組成，而人工培養(yǎng)基是通過添加營養(yǎng)素（包括有機和無機）、維生素、鹽、O2和 CO2 氣相、血清蛋白、碳水化合物、輔助因子來制備的。
人工培養(yǎng)基的應用更為廣泛。人工培養(yǎng)基大體上可分為四類：
①含血清培養(yǎng)基：含血清培養(yǎng)基是代謝研究中最常用的培養(yǎng)基，可以使細胞快速增殖。
②無血清培養(yǎng)基：無血清培養(yǎng)基是在合成培養(yǎng)基的基礎上發(fā)展起來的。其既能滿足細胞在體外長時間培養(yǎng)的要求，又能避免動物血清所帶來的不利因素。
③化學成分限定培養(yǎng)基：由無污染的超純無機和有機成分組成，是目前最安全最為理想的培養(yǎng)基。
④無蛋白培養(yǎng)基：無蛋白培養(yǎng)基不含任何蛋白質，可促進細胞生長和蛋白質表達，并有利于表達產(chǎn)物的下游純化。
培養(yǎng)工藝的優(yōu)化
工藝優(yōu)化永無止境，在確定好細胞株之后，研發(fā)人員需要對細胞培養(yǎng)工藝進行研究優(yōu)化。培養(yǎng)工藝的優(yōu)化通?？梢詮膬蓚€方面進行。
培養(yǎng)基的優(yōu)化
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)。培養(yǎng)基主要用以促進維持細胞生長發(fā)育。細胞培養(yǎng)基的開發(fā)策略包含自上而下與自下而上兩種。自上而下的策略是指將將培養(yǎng)基分成許多個不同的亞型，針對各個亞型先進行篩選和組合，而后再進行組內(nèi)的優(yōu)化。自下而上的策略指的是，對培養(yǎng)基中各種單一營養(yǎng)成分的不同濃度造成其對細胞生長和對產(chǎn)物產(chǎn)生的不同影響進行考察。
細胞培養(yǎng)基優(yōu)化的基本步驟分為：
1.對不同的培養(yǎng)基進行單因素多水平測試，獲取不同培養(yǎng)基在培養(yǎng)上的實驗數(shù)據(jù)；
2.對有機氮源進行氨基酸分析；
3.數(shù)據(jù)處理，根據(jù)不同培養(yǎng)基氨基酸水平，可以計算出每個測試中初始氨基酸的組成，然后再使用方差分析，計算每種氨基酸對培養(yǎng)結果的影響。
4.驗證，如果方差分析結果顯示某種或某些氨基酸是關鍵因素，則可以通過添加或稀釋或混合使這些氨基酸達到優(yōu)化的含量,然后經(jīng)過測試，確定優(yōu)化配方。
培養(yǎng)方式的優(yōu)化
隨著技術的不斷進步發(fā)展，細胞培養(yǎng)已經(jīng)形成規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。大規(guī)模細胞培養(yǎng)可分為分批式、流加式、連續(xù)式、灌流式、細胞工廠5種技術形式。
分批式培養(yǎng)：分批式培養(yǎng)是細胞規(guī)模培養(yǎng)發(fā)展進程中較早采用的方式。該方式采用機械攪拌式生物反應器，將細胞擴大培養(yǎng)后，一次性轉入生物反應器內(nèi)進行培養(yǎng)。分批式培養(yǎng)操作簡單，培養(yǎng)周期短，染菌和細胞突變的風險小。
流加式培養(yǎng)：流加培養(yǎng)工藝是采用細胞攪拌式發(fā)酵系統(tǒng)連續(xù)懸浮培養(yǎng)的方式。流加培養(yǎng)工藝操作相對簡便，可重復性強，然而流加培養(yǎng)產(chǎn)能受限于發(fā)酵罐的尺寸。
連續(xù)式培養(yǎng)：連續(xù)培養(yǎng)是指在深入研究分批培養(yǎng)中生長曲線形成的內(nèi)在機制的基礎上，開放培養(yǎng)系統(tǒng)，不斷補充營養(yǎng)液、解除抑制因子、優(yōu)化生長代謝環(huán)境的培養(yǎng)方式。連續(xù)培養(yǎng)可使某個時期的細胞加速或降低代謝速率，從而大大提高培養(yǎng)過程的人為可控性和效率。
灌流式培養(yǎng)：灌流培養(yǎng)工藝是一種常用的發(fā)酵工藝，多采用攪拌式細胞發(fā)酵系統(tǒng)，也可采用管式系統(tǒng)。灌流工藝可在發(fā)酵過程中不斷去除細胞碎片和副產(chǎn)物，降低細胞死亡后釋放的各種酶類可能對產(chǎn)物的影響。
細胞工廠：細胞工廠是一種多層結構的細胞培養(yǎng)容器，其在有限的空間內(nèi)大限度利用了培養(yǎng)表面，相對滾瓶和生物反應器而言節(jié)省了大量的廠房空間，從而實現(xiàn)擴大產(chǎn)能的目的。
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