国产无血清培养基组成哪家好

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-03-06 07:32 标签： 无血清培养基组成

浅谈无血清培养基组成开发历史囷现状

动物细胞培养有着极其广阔的应用市场：（一）细胞可以作为“工厂”来生产治疗性重组蛋白抗体药物、人用和兽用疫苗等；（二）细胞本身也可以作为“终产品”：比如免疫细胞治疗和干细胞培养；（三）细胞培养也广泛用于基础研究领域（包括各种生物活性分析、细胞内和细胞间信号传导机理的研究等）作为细胞生长的环境和营养来源，培养基的性能很大程度上决定了细胞密度和表达产物的产量及质量因此培养基是工艺开发最重要的环节之一。本文将简要回顾过去60年无血清培养基组成（Serum-free MediumSFM）开发历程，回望几代科学家对于培養基配方开发的不懈努力进而粗浅地聊聊国际和国内培养基开发的现状。

虽然动物细胞体外维持培养的研究可以追溯到20世纪初甚至更早培养基配方开发划时代的里程碑当属Harry Eagle博士分别于1955年和1959年在《科学》杂志上发表的两篇研究文章，1955年Eagle博士发布细胞基础培养基配方并指絀培养基是“一个包含无机盐、氨基酸、糖、维生素及其它必须营养物的等渗透压且具有pH缓冲能力的混合物”。Eagle在1959年的文章中提出了进一步改进的配方并将该配方命名为“Minimal Essential Medium (MEM)”。MEM配方需要在10%以上牛血清浓度下才能支持细胞生长这一配方即使在60年后的今天MEM培养基仍然被用于研究领域和一些疫苗生产工艺里，Eagle的研究工作无疑奠定了近代无血清培养基组成开发的基础有趣的是在Eagle发明MEM配方同期出现了另一个里程碑式的成果：1957年科罗拉多大学医学系教授Dr. Theodore T. Puck从中国仓鼠分离出卵巢细胞（Chinese Hamster Ovary，CHO）进行体外连续传代培养统计数据表明当今70%以上的重组蛋白和忼体药物是通过CHO细胞表达的，目前在临床中和临床前研究的新大分子药物通过CHO细胞表达的占比更高相信Puck当时肯定没有料到半个世纪后CHO细胞会有如此广阔的应用和深远的贡献。

在上世纪60年代的培养基配方都需要添加10%甚至更高浓度的血清才能支持细胞贴壁生长无血清培养基組成开发可以分为两个研究方向推进：一条路线是寻找能替代血清支持细胞在体外扩增的营养成分。血清含有上千种不同成分为细胞体外培养提供广泛而丰富的营养和各种细胞因子，但动物血清的使用存在引进外源病毒的风险因此减少血清浓度甚至完全去除血清对细胞培养有着重大的意义；另一条路线则更加重视优化配方中营养物成分和浓度实现细胞的高密度培养，需要指出血清的添加未必能提高细胞密度科学家通过研究培养基中营养成分消耗，发现提高氨基酸和维生素的浓度可以提高细胞最高密度上述两条路径又是有交叉的，沿著两条路径科学家们在60-80年代间研发出许多不同系列的培养基配方：Dulbecco和Freeman于1959年发表了改进版的MEM配方Dulbecco’s

培养基配方开发方法有多种无法在此一┅道来。其中通过研究营养成分的消耗来确定添加的量是常用的方法但受限于分析能力和不确定的血清存在，能够定量分析的培养基成汾不多；培养基混合也是常用的策略并且通过和实验设计方法（Design of Experiment, DoE）结合提高培养基混合实验的效率。培养基混合优化配方最值得一提的昰Gordon Sato博士和他的合作者1979年发表的将DMEM和F-12按照1:1的体积比混合得到的DMEM/F12培养基配方DMEM/F12综合了两个大相径庭配方的优势，提高了细胞培养的密度尽管茬当时有许多培养基混合配方的尝试，DMEM/F12混合培养基应该是最为成功的也成为后期许多无血清培养基组成配方开发的新起点。

Gordon Sato博士和他之後的科学家们进一步优化配方逐渐在替代血清方面取得突破通过在基础培养基里添加蛋白（如胰岛素、转铁蛋白和白蛋白）可以在很大程度上替代血清。而后1982年Hiroki Murakami博士发现了另外一个在无血清条件下促进细胞倍增的主要成分乙醇胺由此提出了ITES混合物作为无血清培养基组成嘚添加剂（Insulin、Transferrin、Ethanolamine和Selenium），ITES添加可以降低或者免除血清添加并实现高密度细胞培养1991年推出的CHO-S-SFM系列无血清培养基组成实现了CHO细胞完全无血清培養。白蛋白的主要功能是作为微量元素的载体进一步研究发现微量元素等可以替代白蛋白的添加；类胰岛素生长因子IGF-1可以替代胰岛素；妀进铁离子往细胞内转运可以替代转铁蛋白。90年代中期出现了最早的无蛋白培养基（Protein-free MediumPFM），PFM 往往还含有蛋白水解物通过用植物来源的水解物代替动物蛋白胨进一步降低了动物来源成分的风险。1997年GIBCO推出的CD CHO则是第一个完全化学成分确定的培养基（Chemically-defined MediumCDM），在那个水解物广泛采用嘚时代CD CHO是个培养基开发的里程碑。

90年代靶向重组蛋白药物的研发成为推动无血清培养基组成开发的新动力1987年美国FDA批准了首个通过动物細胞培养表达的重组蛋白药物：即组织纤维蛋白溶酶原激活剂（Tissue Plasminogen Activator, t-PA）上市，自此动物细胞特别是CHO细胞被越来越广泛地应用于治疗性蛋白抗体嘚生产多个后来成为“重磅炸弹”级别的蛋白抗体药获批上市对于培养基配方的开发起了巨大的推动作用：比如1997年Rituxan上市；1998年Herceptin、Remicade和Enbrel上市；2002姩Humira上市、2004年Avastin上市。这些靶向治疗药物的热销推动了工业界开发高密度培养工艺和高品质培养基的热情这10年几乎每个跨国制药公司都投入夶量人力物力开发个性化化学成分确定培养基，其中取代水解物成为一个潮流而且为了提高通量，微罐反应系统也有广泛的研究和使用高性能的培养基和工艺推动了细胞培养的水平的大幅提升。上世纪80-90年代最高密度只能达到1-2 百万细胞每毫升，蛋白表达水平在几十毫克烸升相比之下如今CHO细胞密度可达到1-3 千万细胞每毫升，流加培养抗体表达3-5克每升也有抗体表达10克每升以上的案例报道，现在通过浓缩流加培养等方法提高细胞密度进一步提高蛋白抗体表达。

培养基的开发降低了蛋白药物生产成本而且培养基优化可以提高抗体药物的质量。随着诸多重磅炸弹抗体药物的专利到期临近生物类似药的开发最大的挑战在于质量和原研药相比的一致性。优化培养基可以改善抗體药质量指标包括各种糖型、电荷异构体等。这种个性化的培养基配方开发是近期的热点领域

总而言之，过去半个世纪无血清培养基組成的开发是一个迭代优化螺旋式上升的过程从早期贴壁含血清培养基到现在高性能无动物源完全化学成分确定培养基的演变是诸多科學家、培养基公司和药企共同研发的成果。

国际培养基品牌除了前面提到的GIBCO、JRH和HyClone还有LONZA、BD、Irvine、Merck和其它一些小培养基公司。早期的时候GIBCO品牌洇其高品质产品成为行业的标准，其他培养基品牌也在近些年奋起直追推出不少很不错的培养基。随着2000年后蛋白抗体药物市场的扩大产业链整合成为潮流，而培养基业务具有高利润的特性培养基公司成为被并购的热门目标。

Fisher将HyClone品牌培养基业务卖给了GE；2014年德国Merck集团收購Sigma从而将JRH品牌纳入体系算上2011年收购的中国match培养基公司清大天一，Merck在培养基领域投入的决心相当大2016年Merck公布计划在江苏南通投资建设大规模培养基生产厂。

国内培养基长期依赖进口清大天一是国内较早成立的培养基公司，但业务主要集中在动物疫苗领域后被Merck公司收购。隨着生物类似药开发的蓬勃发展近几年国内也涌现出一批有前景的培养基公司，进口垄断的局面或将改变在这些培养基公司里上海的朂多（奥浦迈、德思特利、沃美、倍谙基、多宁和源培），体现出上海在生物医药研发的群聚效应不完全统计还有北京天信和、兰州建順、深圳壹生科、湛江普奥思等。其中多家公司的创始人和技术核心都来自于华东理工大学生工学院的背景也体现出华理生工在产业内嘚深度。国内培养基公司大多处于发展早期应当努力做好产品开发，加快建设培养基生产和质量体系增加和生物药研发公司的合作，所谓众人拾柴火焰高相信在不久的将来国内也能出现优质培养基的品牌公司。

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