干货 | 无血清培养基工艺优化及申报问题

无血清培养基是指不需要添加血清就可以维持细胞在体外较长时间生长和增殖的人工合成培养基，简单的理解就是体外细胞培养过程中的细胞培养基不含有动物血清。无血清培养基的基本成分可以分为基础培养基及添加组分两大部分。大多数的无血清培养基含有必须的向细胞内转运离子的转铁蛋白、调节葡萄糖摄取量的胰岛素和微量元素（如硒），以及一些蛋白质如纤连蛋白、层粘连蛋白、球蛋白、细胞生长因子等。无血清培养基目前被广泛应用于培养哺乳动物和无脊动物细胞以制备单克隆抗体、病毒抗原、重组蛋白、疫苗、干细胞及免疫细胞治疗等多个方面。

1.无血清培养基分类及特点

通常而言，无血清培养基包括了无血清培养基、无蛋白无血清培养基、无动物来源的无血清培养基、化学成分限定培养基等类型。

无血清培养基：是在基础培养基里补充了一些添加物，包括人激素、牛的转铁蛋白、牛血清白蛋白等，广泛的应用于多种细胞系的培养，比如造血细胞系的培养；

无蛋白无血清培养基：该类培养基完全不含有血清和动物来源的蛋白，但仍包含来源于植物蛋白的水解物或合成多肽片段等其他衍生物。由于所含蛋白极低，并且蛋白成分明确，有利于重组蛋白的下游生产、分离和纯化，总体成本也会大幅度下降。但其通用性较差，需要针对目标细胞株进行特异性的优化。目前主要应用于生命科学研究和基因工程药物开发等领域；

无动物来源的无血清培养基：是指以基础培养基配制的培养液无需添加牛血清，且该培养基成分中不含有任何动物来源成分，即可培养细胞和维持生长。仅采用蛋白水解物、重组蛋白或其他化学物质来取代动物源蛋白。它既可以满足细胞生长及增殖的需要，还能够降低培养基的生产成本，提高重组蛋白类药物安全性。目前主要应用于生物药品的研发和生产中。比如CHO细胞、293细胞、Vero细胞、C6细胞等；

化学成分限定培养基：此类培养基完全无血清、无蛋白，成分完全明确，可以保证培养基批次间的一致性。它不但有利于跟踪细胞培养的代谢情况，而且在后续的分离纯化中也非常方便，是目前最为安全和理想的培养基。可是并非所有的细胞都能在化学成分限定培养基中达到较高的表达水平，需要研究者和使用者根据具体的用途不断改进设计方案和配方。

2.无血清培养基工艺优化

优化步骤

无血清培养基优化首先需要做好实验设计方案及获得信息数据的统计方法，这样可以避免重复实验浪费资源，并且可以短时间内观察、记录和评估培养基中添加组分作用效力及组分间的相互影响。

1、筛选：基于市场反馈良好的培养基进行筛选，确定分析其重要组分进行初步优化，可以考虑采用重要组分群单一成分单次验证测试的方法进行初步优化。或者可以考虑从待优化无血清培养基其重要影响因素中筛选出若干个影响因子，在优化阶段使用响应面分析法确定重要影响因子。

2、优化：对于培养基开发和优化实验设计中已确定的重要组分进行优化测试实验，其中主要优化的成分包含基础培养基、补料培养基及添加物，可以通过响应曲面法验证找出体系中重要组分的优化最佳条件。

3、验证：对优化的无血清培养基进行放大验证，与现用培养基及商业无血清培养基对比测试培养细胞，比较培养的细胞生长指标与表达水平。

添加物的选择

添加物作为培养基的重要组分，我们必须清楚了解添加物对每个细胞系的影响作用。以相似细胞系所需要的重要添加物作为参考，可以作为研究点开发优化培养基配方。对于特定的细胞系，生长因子的需求也是变化万千的，不过效仿同样的方法来确定添加组分生长因子也同样是可行的。

上皮细胞：常用的生长因子有EGF、皮质甾类和视黄醇。细胞基质蛋白包括纤维粘连蛋白（FN）、层粘连蛋白和胶原蛋白也是有益的，能促进细胞粘附。

间充质细胞：生长因子包括酸性/碱性FGF（碱性比酸性更有效）、EGF（或TGFα）、IGF/胰岛素（IGF更有效）、PDGF（BB型更有效）和TGFβ（TGFβ在一些情况下起作用，但是对大多数细胞来说是生长抑制因子）。其它的添加剂包括铁转运蛋白、皮质甾类、细胞外基质蛋白如纤维粘连蛋白、微量元素。

转化细胞：通常来说，这些细胞对生长因子的要求比较低。常用的添加剂有IGF/胰岛素、转运蛋白、BSA/肽球蛋白、人转铁蛋白和微量元素。

3.无血清培养基申报要求

近年来，细胞与基因治疗领域（CGT）已成为继小分子靶向药物、抗体药物后最受关注的生物技术领域之一，也被业界当前视为生物医药领域内的下一个十年黄金赛道。尤其是近几年在技术、资本和政策的驱动下，全球CGT行业快速升温，发展态势喜人。在国内，CGT赛道的研发也是在如火如荼地开展着，大量CGT药物企业也已申报进入了临床阶段。

接下来，和大家分享一些我国政府关于细胞与基因治疗药品申报文件中对于培养基的要求。

2015年国家卫生计生委办公厅、国家食品药品监管总局发布了《干细胞制剂质量控制和临床前研究指导原则（试行）》，规定除特殊情况外，应尽可能避免在干细胞培养过程中使用人源或动物源性血清。

2016年中国医药生物技术协会发布了《免疫细胞制剂制备质量管理自律规范》亦有规定尽量避免异种血清。

2017年国家药监局发布了《细胞治疗产品研究与评价技术指导原则(试行)》，亦有规定应尽量避免使用血清。

2021年国家药监局发布了《人源性干细胞产品药学研究与评价技术指导原则》（征求意见稿）亦有规定避免使用动物源性材料。

2022年5月中国药监局发布了《免疫细胞治疗产品药学研究与评价技术指导原则（试行）》亦有规定尽量避免使用动物血清、动物来源蛋白质。

我国国家药监局等机构总体来说还是禁止使用含有血清的培养基，推荐无血清培养基的应用，如细胞的培养和增殖确实需要用到含有血清的培养基，则必须提供足够的相关研究资料，证明使用含有血清培养基的必要性和安全性。

4.小结

目前，无血清培养基在理论研究和实践应用方面均已取得诸多切实有效的成果，为科学研究和国民生产做出了卓有成效的贡献。但是，由于体外培养细胞的类型具有明显的多样性，而现有无血清培养基往往适用范围较为狭窄，因此亟待需要研发出普适性强的无血清培养基配方，提高培养的通用性，以能同时满足不同的要求。

另外，虽然无血清培养基较有血清培养基节约了血清的成本，但是有些无血清培养基的补充因子价格仍较为昂贵，应进一步研发相对廉价而有效的替代品，降低总体培养成本。我们相信，随着基因工程学、发酵工程学、基因组学和蛋白质组学等技术的不断发展和完善，无血清培养基的开发和优化必将会得到更快的发展，特别是生产高效性、培养通用性、安全风险和降低成本等方面应成为今后无血清培养基深入改进的重点方向，从而使其能在生物医药行业和生命科学基础研究等领域得到更为广泛而安全的应用。

关于同立海源

北京同立海源生物科技有限公司，成立十余年专注细胞和基因治疗（CGT）上游GMP级原料试剂研发，致力于为生命科学提供可靠的产品与服务。产品涉及真核重组蛋白、细胞分选试剂、无血清培养基、细胞培养试剂盒、工具酶。为细胞和基因治疗、mRNA开发、抗体药物开发、细胞储存等生物制药和IVD领域提供核心原料试剂与服务。

公司建有符合cGMP标准的万级洁净车间，包括哺乳动物细胞表达蛋白质工程平台、细胞培养技术开发平台、体外诊断试剂生产平台，通过ISO13485和ISO9001双认证，部分产品已获美国FDA DMF备案。