在过去的三十年里，生物制药行业稳步发展。生物制药生产追求工艺效率高，这要求生物制药企业提升工艺速度，节约成本，增强工艺灵活性，同时确保最终产品的质量，完成商业化工艺开发。目前，生物制品中的大部分产品都是多肽、蛋白、单克隆抗体和抗体片段。而在获批的生物制品中，有大部分都采用了哺乳动物细胞生产。生物制药中的动物细胞培养是大规模制备生物大分子药物的基础，在培养过程中，往往需要企业投入大量的时间与人力物力财力。

上游细胞培养工艺是生物制药工艺开发的核心部分，作为制备生物大分子药物的基础，优化动物细胞培养工艺是生物制药领域发展的重要选择。然而细胞培养工艺开发的过程并不简单，动物细胞培养工艺开发过程中不确定因素较多，需要考虑温度、pH 值、pO2、搅拌速率和压力等。细胞对培养环境的要求较为苛刻，改善细胞培养工艺，提供良好的稳定的生长环境、且能减少代谢废物对细胞的不利影响至关重要。

细胞培养基的分类

细胞培养基是细胞培养实验中至关重要的组成部分，在动物细胞大规模培养过程中，如何选择培养基是细胞体外生长、增殖、分化的关键。作为一种人工制备的液体或凝胶，细胞培养基提供了细胞生长所需的营养物质、生长因子、激素和其他必要的组分，以模拟体外环境，使细胞能够在体外生长、分裂和维持其生存状态。

细胞培养基市场需求大，技术含量高，利润空间大，目前市场上分天然培养基以及人工培养基两种。天然培养基仅由天然存在的生物体液组成，而人工培养基是通过添加营养素（包括有机和无机）、维生素、盐、O2和 CO2 气相、血清蛋白、碳水化合物、辅助因子来制备的。

人工培养基的应用更为广泛。人工培养基大体上可分为四类：

①含血清培养基：含血清培养基是代谢研究中最常用的培养基，可以使细胞快速增殖。

②无血清培养基：无血清培养基是在合成培养基的基础上发展起来的。其既能满足细胞在体外长时间培养的要求，又能避免动物血清所带来的不利因素。

③化学成分限定培养基：由无污染的超纯无机和有机成分组成，是目前最安全最为理想的培养基。

④无蛋白培养基：无蛋白培养基不含任何蛋白质，可促进细胞生长和蛋白质表达，并有利于表达产物的下游纯化。

培养工艺的优化

工艺优化永无止境，在确定好细胞株之后，研发人员需要对细胞培养工艺进行研究优化。培养工艺的优化通常可以从两个方面进行。

培养基的优化

细胞培养基成分的复杂性为优化培养基的各个成分带来了许多挑战。培养基主要用以促进维持细胞生长发育。细胞培养基的开发策略包含自上而下与自下而上两种。自上而下的策略是指将将培养基分成许多个不同的亚型，针对各个亚型先进行筛选和组合，而后再进行组内的优化。自下而上的策略指的是，对培养基中各种单一营养成分的不同浓度造成其对细胞生长和对产物产生的不同影响进行考察。

细胞培养基优化的基本步骤分为：

1.对不同的培养基进行单因素多水平测试，获取不同培养基在培养上的实验数据；

2.对有机氮源进行氨基酸分析；

3.数据处理，根据不同培养基氨基酸水平，可以计算出每个测试中初始氨基酸的组成，然后再使用方差分析，计算每种氨基酸对培养结果的影响。

4.验证，如果方差分析结果显示某种或某些氨基酸是关键因素，则可以通过添加或稀释或混合使这些氨基酸达到优化的含量,然后经过测试，确定优化配方。

培养方式的优化

随着技术的不断进步发展，细胞培养已经形成规模化、产业化生产。大规模细胞培养可分为分批式、流加式、连续式、灌流式、细胞工厂5种技术形式。

分批式培养：分批式培养是细胞规模培养发展进程中较早采用的方式。该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养。分批式培养操作简单，培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。

流加式培养：流加培养工艺是采用细胞搅拌式发酵系统连续悬浮培养的方式。流加培养工艺操作相对简便，可重复性强，然而流加培养产能受限于发酵罐的尺寸。

连续式培养：连续培养是指在深入研究分批培养中生长曲线形成的内在机制的基础上，开放培养系统，不断补充营养液、解除抑制因子、优化生长代谢环境的培养方式。连续培养可使某个时期的细胞加速或降低代谢速率，从而大大提高培养过程的人为可控性和效率。

灌流式培养：灌流培养工艺是一种常用的发酵工艺，多采用搅拌式细胞发酵系统，也可采用管式系统。灌流工艺可在发酵过程中不断去除细胞碎片和副产物，降低细胞死亡后释放的各种酶类可能对产物的影响。

细胞工厂：细胞工厂是一种多层结构的细胞培养容器，其在有限的空间内大限度利用了培养表面，相对滚瓶和生物反应器而言节省了大量的厂房空间，从而实现扩大产能的目的。

为了深入培养基开发，优化生物制药上游培养工艺，9月14日19:00，药融圈邀请药明生物副主任曹伟佳老师以及多宁生物高级研发总监王龙老师就“新一代生物制药上游培养工艺开发策略”为主题进行分享。