动物细胞培养生物反应器

p　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "简介/span/strong/pp　　用于重组蛋白和单克隆抗体(mAb)生产的细胞培养工艺有不同的方式。补料分批(Feb-Batch)工艺由于操作简单，且较易规模放大，被临床和商业化生产广泛采用，目前的技术发展已可在18天内获得20-30x10^6cells/mL的细胞密度，同时获得 10g/L的滴度水平。/pp　　灌流工艺以往更多用于生产不稳定的产品，如血液凝集因子和酶类产品，但也有用于生产 mAb产品，如Remicade(英利昔单抗)。在灌流培养中，通过培养基置换，降低产物在反应器内的滞留时间，而灌流速率取决于特异性的产物和/或工艺需求。/pp　　近几年，在上游工艺中，基于灌流的工艺强化获得了极大的发展，驱动力主要来自于对降低成本和占地的需求，以及提高设备灵活性。随着细胞系、培养基和细胞截留设备的发展，现在的灌流工艺已可获得较高的细胞密度和产量，使其成为一个非常有吸引力的选择，包括mAb的生产。例如，在mAb生产中，结合2vvd的培养基置换速率，通常可达到50-60x10^6cells/mL的稳态细胞密度，以及高达4g/L/day的生物反应器产率。此外，浓缩补料分批(CFB)也可以通过培养基置换，维持高细胞密度，而将产物截留在生物反应器内。/pp　　灌流和CFB的差异在于所用的中空纤维膜的孔径。对于抗体，使用Per.C6细胞系，可在12-13天内，达到21.4g/L的终产物滴度(峰细胞密度 150x10^6cells/mL)，而使用CHO细胞系时，可在16天内达到25.3g/L的滴度，峰细胞密度 180x10^6cells/mL。随着生物反应器产率的提高，可使用占地更小、成本更低的一次性设备，来替代大规模的不锈钢设备(10,000-25,000L)，通过增加设备轮转或连续工艺，生产等量的产物。/pp　　尽管灌流工艺可使用基于过滤的细胞截留设备，如TFF和ATF，在生物反应器内获得并维持高细胞密度，但通常会要求使用较高的培养基置换速率，以将高密度细胞的活性维持在可接受的水平。与不同工艺相关的培养基成本是评估其生产等量产物时经济性的关键因素。而即使单位培养基成本适当，较高的培养基置换速率也会显著影响生产产品成本(CoG)，亦即，上游操作成本与培养基成本紧密相关。/pp　　生产单位产品的总生产CoG和上/下游成本的比重会随产物滴度和设备尺寸的变化而变化。在分析CoG的所有输入值中，一旦工艺确定，培养基用量及其成本是固定的，不管设备、设施等是否发生改变。细胞培养工程师的一个主要目标是降低培养基成本，同时获得高产量。本文使用相同的基础(basal)和补料(feed)培养基，稍作优化，开发了具有高生物反应器产率的不同细胞培养工艺(补料分批、灌流和CFB)，并比较了不同操作模式的生物反应器产率及其相关的培养基成本。/pp　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "实验/span/strong/pp　　实验使用生产单克隆抗体的重组CHO细胞系，不同工艺使用相同的3L生物反应器，培养基使用专利的基础(basal)和补液(feed)培养基，后者又分为两种补液-A和补液-B，均富含葡萄糖、氨基酸、维他命等。详细细胞系和种子扩增、生物反应器操作信息请参看原文。/pp　　对于补料分批培养，反应器起始工作体积1.5L，接种密度为0.5或2x10^6cells/mL，后者通过3天的N-1灌流来达到目标密度。生物反应器补液以每日葡萄糖水平为基础进行。/pp　　对于CFB工艺，使用50kD PS中空纤维过滤器的灌流设备，对于灌流，使用0.2μm PES中空纤维过滤器的灌流设备。接种密度1x10^6cells/mL，工作体积1.3L，一般第2天开始培养基置换，最大置换速率1vvd。灌流培养在第8天开始进行细胞废弃(cell bleeding)，以维持所需细胞密度和活性。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/b370cbae-a09d-4aad-901e-9998bacb5c16.jpg" title="1_副本.jpg"//pp style="text-align: center "　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "不同细胞培养模式图解(xu et al, 2017)/span/strong/pp　　细胞培养每日取样分析，详细分析内容和方法，请参考原文。/pp　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "讨论/span/strong/pp　　不同操作模式的细胞培养性能/pp　　实验测试操作模式包括：补料分批、灌流和CFB，使用相同的3L生物反应器规格以及基础和补料培养基组合，以便比较细胞/生物反应器产率和培养基成本。/pp　　补料分批模式 对于补料分批模式，接种密度为0.5或2x10^6cells/mL，后者通过N-1灌流，可使对数生长期降低2天，所以8天就可达到峰密度，而前者需要10天。两种条件达到的峰细胞密度范围均为20.2-26.2x10^6cells/mL。两种接种密度在第14天分别达到5.4± 0.1g/L和6.8± 0.2g/L的滴度。生物反应器单位体积产率(VPR)按最终生物反应器滴度除以培养周期计算。2x10^6cells/mL接种密度条件，相比0.5x10^6cells/mL，可获得更高的VPR(0.49± 0.01g/L/day vs. 0.39± 0.01g/L/day)，主要是由于前者降低了起始生长阶段的时间，延长了生产期。/pp　　灌流模式 在灌流培养中，使用了2种不同的培养基组成：1种只使用基础培养基，另一种为基础加补液-A。在培养过程中，通过合适的cell bleeding，维持较高的活性 85%。只使用基础培养基时，平均细胞密度为44± 4.1x10^6cells/mL，从第8天至32天的日产量为0.7± 0.04g/L/day。在基础+补液条件中，随细胞密度的增加，补液-A作为培养基置换的一部分，逐渐引入，而总培养基置换率保持为1vvd，平均细胞密度增加至73.9± 5.4x10^6cells/mL，日产量增加至2.29± 0.28g/L/day。细胞特异性产率从16.0± 1.2pg/cell/day增加至30.1± 2.3pg/cell/day，从而使反应器产量增加~230%。/pp　　浓缩补料分批模式(CFB) 与灌流相似，评估了只使用基础培养基和使用基础+补液培养基的条件。与灌流工艺相比，CFB不需要进行cellbleeding，细胞质累积至更高的水平。当只使用基础培养基时，在第18天达到峰细胞密度72.0± 9.6x10^6cells/mL，上清液滴度为12.2± 0.6g/L。使用基础+6%补液-A+2%补液-B时，峰细胞密度为117.4x10^6cells/mL，第18天上清液滴度为21.4g/L，使用基础+8% 补液-A +8% Feed-B时，峰细胞密度为83.4x10^6cells/mL，第18天上清液滴度为36.7g/L。可见，增加补液-A和补液-B的量，可显著提高细胞特异性产率至45.1pg/cell/day。/pp　　细胞特异性产率、生物反应器产率和产物质量/pp　　当只使用基础培养基时，批次、灌流和CFB工艺可达到相似的qP，范围为14.7-17.1pg/cell/day。在此条件下，累积的细胞数量会直接影响产物滴度和单位体积产率。正如预期，批次培养的VPR显著较低，仅为0.08g/L/day，而灌流和CFB工艺由于可维持更高的细胞密度，可获得相当的VPR，0.68-0.70g/L/day。/pp　　浓缩补液培养基通常用于补料分批工艺，以提高细胞生长和细胞特异性产率。在此研究中，补加补液培养基，可显著提高qP和VPR。对于补料分批培养，qP提高至29.4-32.0pg/cell/day，VPR达到0.39g/L/day(接种密度0.5x10^6cells/mL)或0.49g/L/day(接种密度2x10^6cells/mL)。N-1灌流获得的更高的接种密度可提高VPR，因为缩短了生长期的时间，延长了生产期，提高产量。但是，即使与只使用基础培养基的灌流和CFB相比，补料分批培养的VPR仍较低，因为细胞密度差别显著。/pp　　相比补料分批工艺，只使用基础培养基以1vvd的速率进行培养基置换时，可轻松地将细胞密度提高2-3倍。而与只使用基础培养基的条件相比，在灌流培养中补充10%补液-A可使VPR提高~230%，qP提高~90%。相似的，在CFB工艺中，补充不同比例的补液-A和补液-B可将VPR提高至1.19-2.04g/L/day。/pp　　最近有报道显示，长寿命的人浆细胞可在体外维持120pg/cell/day的IgG分泌率，对于基因工程哺乳动物细胞，最高生产速率估计为~100pg/cell/day。qP的提高将来自于细胞系和培养基的优化。所以，理论上，在灌流工艺中，如稳态细胞密度维持为100x10^6cells/mL时，每日产量可高达10g/L/day。/pp　　实验同时评估了不同操作模式的产物质量特征，结果显示，CFB会形成更高水平的HMW和稍高的酸性异构体，主要是由于产物所暴露的细胞培养环境。在补料分批和浓缩补料分批中，产物滞留时间为整个培养周期。此外，在仅使用基础培养基的CFB工艺中，HMW最高，说明培养基组成可能在HMW形成中扮演了重要的角色。但是，产生的HMW仍低于5%，且大部分可在纯化步骤中去除。另一方面，即使是相同的高细胞密度环境和相似的培养基组成，灌流培养的酸性异构体和HMW更低，可能是由于产物在罐内更低的滞留时间。/pp　　培养基成本分析/pp　　由于细胞系或培养基组成的变化会显著影响产物滴度/产率，所以对不同操作模式的比较需使用相同的细胞系和培养基条件才有意义。本文使用从小规模生物反应器获得的细胞培养性能，来比较不同操作模式的培养基成本，并假定在规模放大时，不同工艺没有显著的产率下降。需要指出的是，实验中的灌流速率没有在对数生长期，以细胞特异性为基础，进行良好的优化。相反，在整个培养周期中，将灌流速率固定为1vvd。在不同的培养阶段，对细胞特异性灌流速率进行精细调节，应可进一步降低培养基用量和成本。/pp　　当只使用基础培养基时，生产每克抗体的培养基成本在批量和灌流工艺中都很高。加入适量的补料培养基，可降低每克mAb的培养基成本，且即使补料培养基相对较贵，细胞密度和qP的增加相比培养基成本的增加更加显著。/pp　　使用N-1灌流的补料分批的培养基成本比常规补料分批工艺低，N-1灌流需要3x基础培养基置换，但因接种密度的提高，继而获得的滴度的增加，抵消了培养基用量的增加。N-1灌流的补料分批和灌流的培养基成本相当，~$10/g mAb。这说明，虽然往常认为由于较高的灌流速率，灌流的培养基用量更高，继而培养基成本更高，但只需要生物反应器产率达到一定的阈值，从培养基成本上来看，还是相当有竞争力的。/pp　　CFB工艺的培养基成本与其它操作模式的趋势不同。在只使用基础培养基的条件中，成本与批量和灌流工艺相当，但CFB培养基成本会随补料培养基的使用而增加，其相对较高的培养基成本( $17/g)可能是因为需要较长的细胞生长时间，在培养中，直到第10天，细胞密度达到峰水平，才开始出现显著的产物滴度增加。降低CFB培养基成本的一种方法是优化细胞寿命，延长批次时间，但更长的罐内滞留时间，可能会影响产物质量属性，或是进一步优化培养基，如替换昂贵的成分和优化其滴度。/pp　　总生产COG/pp　　除了培养基成本的不同，使用诸如灌流和CFB之类的工艺，结合一次性设备，在小规模上进行生物制品生产，可显著降低成本投入，从而获得更加灵活的生产策略，当产品需求增加时，可以快速地进行规模扩展(scale out)，而不是规模放大(ScaleuP)。与传统不锈钢设备相关的固定成本，可以转变为“可变”的成本结构。基于此处的案例，灌流工艺的培养基成本实际上低于补料分批工艺。/pp　　进行总成本分析时，如下游均以批量模式进行，且认为不同工艺的劳动力成本相当，则本文建模分析结果显示，N-1灌流的补料分批和灌流工艺的下游CoG/g相当，分别为$63/g和$59/g，而标准补料分批和CFB工艺的下游CoG/g稍高，分别为$71/g和$81/g。对于mAb和不稳定的产品，基于灌流的连续工艺都可以提供显著的经济优势。/pp　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "总结/span/strong/pp　　在本研究中，比较了不同操作模式下，生物反应器的产率，包括补料分批、灌流和CFB工艺。对于研究的细胞系，qP高度取决于所用的培养基，不管采用哪种操作模式，这使得累积细胞密度成为决定产物滴度和生物反应器产率的主要因素。结果显示，补料分批培养生物反应器产率最低(0.39-0.49g/L/day)，而基于灌流的培养方式，由于可维持更高的细胞密度，产率相对较高，灌流为2.29g/L/day，CFB为1.19-2.04g/L/day。灌流的一个显著优势是可以达到并维持极高的细胞密度，用于产物形成。/pp　　灌流工艺一个经常观察到的缺点是培养基用量较高，因为需要进行连续的培养基置换，以维持所需的高活细胞密度。这里的研究显示，高产率灌流培养的培养基成本实际上低于补料分批工艺。CFB工艺的培养基成本最高，虽然在18天内达到了36.7g/L的极高滴度，为降低CFB工艺的培养基成本，建议可以精调培养基置换率，以在起始的生长阶段获得更好的培养基利用，或通过培养基优化，提高细胞特异性产率。/pp　　i小编出于交流目的编译此文，由于水平有限，不当之处，敬请谅解，详细内容，请参看原文。/i/ppi　　原文：S.Xu, J.Gavin, R. Jiang, et al., Bioreactor Productivity and Media Cost Comparison for Different Intensified Cell Culture Processes. Biotechnol. Prog., 2017, Vol. 00, No.00./i/ppbr//p

生物反应器的应用生物反应器在生物技术，工艺开发和研究中发挥着至关重要的作用，其主要应用包括：1. 细胞株开发：台式生物反应器可用于评估各个细胞株的性能，包括生长和表达效率，这有助于确定最适合进行进一步工艺开发和放大的候选细胞株。2. 工艺开发：台式生物反应器广泛应用于工艺开发的早期阶段，包括了参数优化和工艺放大两方面，首先在较小规模上优化温度，pH，DO等工艺控制参数，然后再进行工艺放大研究，降低放大至较大体积的生物反应器中可能存在的成本和风险。更复杂的工艺开发包括了增强型工艺，例如灌流培养和连续培养。3. 培养基优化：台式生物反应器可以用于优化培养基和补料策略，以改善细胞生长、活力和蛋白质表达，有助于实现高效，稳定且成本可控的大规模细胞培养。4. 工艺表征：台式生物反应器可进行工艺缩小研究，在较小规模上模拟较大生物反应器的条件，有助于了解和解决工艺放大过程中可能出现的限制性因素，如氧气传质、混合效率、CO2分压和剪切力。5. 质量源于设计（QbD）：可以在台式生物反应器规模实施QbD开发原则，系统地研究和优化关键工艺参数，以确保产品质量的一致性。6. 临床样品制备：符合GMP要求的台式生物反应器系统，可用于临床前研究或早期临床试验中的小规模生产，以快速、经济地生产小批量的治疗性产品。Reference:cell culture bioprocess engineering, second edition细胞生长所处的生理压力生物制药中，CHO细胞作为常用的重组蛋白的表达体系，优化其生长和产物表达效率至关重要，然而生物反应器中CHO细胞却面临着多方面的生理压力，包括培养条件、营养供应和环境参数有关的各种因素，因此需要反应器提供良好的工艺参数控制，以维持合适的细胞生长微环境。 营养限制：CHO细胞的能量和生物合成严重依赖葡萄糖，葡萄糖浓度过低会导致细胞新陈代谢压力和活力降低；氨基酸是蛋白质合成所必需的，特定氨基酸含量不足会影响细胞生长和蛋白表达；细胞培养基中的生长因子、维生素和微量元素的不足也会影响 CHO 细胞的生理机能。 温度：温度波动会影响细胞的新陈代谢，对于细胞生长和蛋白表达通常所需最适温度不同，需要制定针对性控制策略。 pH值波动：pH 值的变化会导致培养基的酸化，影响分子的电离状态，并影响细胞的新陈代谢，维持pH值在最佳范围内对细胞活力和表达至关重要。 溶解氧浓度：溶解氧浓度过低会导致供氧不足，造成细胞应激，影响细胞生长和蛋白质表达。 二氧化碳分压：二氧化碳分压影响了pH控制，细胞代谢和生理功能，需要加以及时的检测和有效的控制策略。 渗透压：代谢物积累或营养浓度过高导致的高渗透压会对细胞造成压力，这会影响细胞体积大小调节和整体细胞功能。 剪切力：生物反应器中的搅拌和通气产生的能量耗散会对细胞造成剪切应力，过大的剪切应力会损伤细胞结构并影响其生产率。 代谢副产物：细胞新陈代谢产生的有毒副产物（如乳酸、氨）的积累会对细胞活力和蛋白表达产生不利影响。 细胞密度：高细胞密度和细胞聚集会导致营养和氧气的限制，造成压力，有效的混合和充分的氧气供应对防止这些问题至关重要。理解细胞所处的生理压力环境对于工艺条件优化，增强细胞活率，获得高表达产物和目标质量属性非常关键。工艺过程参数的控制在了解了细胞所处的生理压力之后，遵循质量源于设计（QbD）的指导原则，通过风险评估的方式确定关键工艺过程参数（CPP）, 重要工艺过程参数（KPP）及非重要过程控制参数（Non-KPP），制定参数各自的设定空间（DS），并在操作范围内进行控制，这整体上需要工艺过程分析技术（PAT）及生物反应器所配置过程控制策略，以提供一致的工艺性能和产品质量（CQA）。图片来源于网络生物反应器常用控制策略 开环控制：开环控制系统应用一组预定义的控制输入或设定点，而不连续测量实际输出，系统假定输入将实现所需的输出，而无需实时反馈。该控制策略的准确度依赖于高精度及快速响应的硬件配置。 闭环（反馈）控制：闭环控制使用传感器持续监测系统输出，将其与所需设定点进行比较，并实时调整控制输入以保持所需的条件。这种方法能更好地适应过程中的变化和干扰。该控制策略的准确度依赖于控制器模式，参数的预设和调节。 前馈控制：前馈控制可预测系统中的干扰，并在干扰影响输出之前调整控制输入。它是对反馈控制策略的补充。生物反应器控制器策略的应用 PID控制：PID 控制是一种闭环控制策略的实现形式，通过比较设定值和实际值（误差），使用比例、积分和微分项来计算控制输出。比例部分使用增益（Gain）乘以误差进行输出；积分部分累积 CV（控制输出）随时间变化的程度，以纠正误差；微分部分分析参数过去的变化率，并将其推断到未来，其动作单位为秒（你想推断多远），可以让回路在发生突发事件时迅速做出反应，但很容易受到测量噪音的影响。 PID同时可以结合死区（DB, Dead Band）来使用，例如pH的PID控制，细胞对于pH有一个适应范围，设定合适的DB值，避免酸，碱的反复添加和渗透压的升高。 级联控制：级联控制涉及主控制器与子控制器，主控制器的输出作为子控制器的设定值，从而更好地抑制干扰；子控制器可以为一个或多个，通过顺序级联或同时级联，以满足不同复杂程度工艺的需求。例如DO控制中，主控制器为DO PID控制器，子控制器为Air，O2，搅拌等控制器。 Profile控制：为控制器的设定值设定随时间变化的程序，控制器接受该设定值进行开环或闭环控制。例如补料泵的控制中，根据预测的细胞密度增加情况调整补料速度供给率，从而实现对营养物质浓度的前瞻性控制。复杂工艺应用需求常见的细胞培养方式为补料分批工艺（Fed Batch），需要多级的种子扩增步骤，主反应器中也需生长至稳定期进行蛋白表达，因此所需设备成本高，占地空间大，生产效率较低且产品质量一致性存在差异。随着灌流培养基，细胞截留设备及PAT技术等方面的发展，增强型工艺（Process Intensification）在生物制药中逐渐得以应用。根据对细胞和蛋白的截留，增强型工艺分为Concentrate Fed Batch, Dynamic perfusion及Continuous Perfusion等不同形式。Reference：Perfusion Cell Culture Processes for Biopharmaceuticals灌流工艺的开发通常在台式反应器中进行，相比Fed Batch系统具有如下组成及特点： 反应器从结构设计到工艺验证上应能支持系统长时间无菌培养的要求。 反应器的通气及搅拌系统配置应当满足高细胞密度培养对于传质和混合的要求，并进行充分的表征，以评估放大过程中的限制性因素。 细胞截留装置：支持切向流或声学细胞截留装置的无菌连接，截留装置控制器可选择接受生物反应器控制，细胞在截留装置中所受的生理压力（剪切力，温度变化，溶解氧浓度等）应当加以控制。 PAT整合：系统应当支持额外的电极整合，实时监控细胞密度、活力、二氧化碳分压等关键参数。 外置设备的拓展：可拓展外置天平等设备。 自动化控制系统：系统应配置自动化灌流程序或配方，实现高精度自动化的灌流速率，反应器液位及细胞密度控制，减少灌流工艺长时间培养过程中复杂的人为操作所带来的风险。英赛斯NestoBR台式生物反应器NestoBR是一款基于生物工艺进行设计和研发的先进型台式生物反应器系统，应用于生物制药及生物技术等方向的工艺研究和开发，系统设计满足生物行业对于反应器的高性能及法规方面的要求，可降低用户实验的批次失败风险，提高工艺开发能力，加速生命科学的研究发现，实现稳健化的技术转移。NestoBR产品特点紧凑化的结构设计：集成式工业控制器，直观的用户界面与交互；减少设备空间需求，易于使用。严格的材料选择及处理：高硼硅玻璃，耐高温，耐腐蚀；316L不锈钢，表面抛光及钝化处理，，易清洗，易清洁；垫圈采用EPDM材质，符合cGMP要求。基于工艺理解的产品设计：从细胞生所处的生长微环境出发，进行功能设计，拓展工艺可操作空间，保障批次稳定。丰富的高性能硬件配置：灵活的硬件配置方案，满足不同细胞或工艺在培养体积、温度控制、搅拌控制、通气控制等工艺方面的差异化要求。高级自动化软件架构：ISA88批处理控制高级自动化软件架构，将物理硬件、操作程序和个性化工艺的紧密的结合，为控制系统提供安全性，稳定性保障。符合cGMP法规要求： 根据用户需求，提供从设计、测试、验证、文件等一系列技术服务；系统设计与验证遵循ISPE GAMP5。快速稳定的自动化参数控制：控制系统配置不同的控制策略，实现快速，稳定，灵活的工艺过程参数自动化控制完善的批次过程监控与管理：系统配置趋势图，批次报告，用户管理，审计追踪功能满足复杂工艺应用需求：NestoBR提供长时间运行的无菌保障，完善的设备表征数据，可集成PAT，外置设备与灌流装置，可新增控制回路实现自动化灌流工艺操作。全面的安全性保障：提供生物反应器在使用，批次，软件，数据，工艺等方面全方位的安全保障。

1、细胞培养基的种类按照细胞培养基的发展历史，细胞培养基大致可分为平衡盐溶液、天然细胞培养基、合成细胞培养基、无血清细胞培养基、限定化学成分细胞培养基等几大种类。1.1 平衡盐溶液（balanced salt solution，BSS）BSS主要是由无机盐、葡萄糖组成，它的作用是维持细胞渗透压平衡，保持pH稳定及提供简单的营养。其主要用于细胞的漂洗、配制其他试剂等。几种常用的BSS配方如下（表1-1）。D-Hank' s与Hank' s的一个主要区别是前者不含有Ca2+和Mg2+，因此D-Hank' s常用于配制胰酶溶液。因为Ca2+、Mg2+是细胞膜的重要组成成份，参与细胞粘附等功能，使用不含Ca2+、Mg2+的BSS可避免细胞结团。此外，Hanks液和Earle液是常用的BSS基础溶液，前者缓冲能力较弱，适合于密闭培养；后者缓冲能力较强，适合于5% CO2的培养条件。表1-1 几种常用的BSS配方（g/L）名称PBS（无Ca2+、Mg2+）PBS（含Ca2+、Mg2+）Earle’sHank’sD-Hank’sKrebs-RingerNaCl8.008.006.808.008.007.00KCl0.200.200.400.400.400.34CaCl2--0.200.14-MgCl2• 6H2O-0.10---MgSO4• 7H2O--0.20.2-Na2HPO41.151.15-0.0480.0480.10Na2HPO4• 2H2O--0.14--0.207KH2PO40.200.20-0.060.06NaHCO3--2.200.350.35-葡萄糖--1.001.00-1.80酚红--0.010.010.01-目前用于细胞培养的血清主要是牛血清，培养某些特殊细胞也用人血清、马血清等。牛血清对绝大多数哺乳动物细胞都是适合的，但并不排除在培养某种细胞时使用其他动物血清更合适。血清中含有各种血浆蛋白、多肽、脂肪、碳水化合物、生长因子、激素、无机物等，这些物质对促进细胞生长或抑制生长活性是达到生理平衡的。此外，血清含一些对细胞产生毒性的物质，如多胺氧化酶，能与来自高度繁殖细胞的多胺反应（如精胺、亚精胺）形成有细胞毒性作用的聚精胺。补体、抗体、细菌毒素等都会影响细胞生长，甚至造成细胞死亡。目前，血清多作为一种添加成分与合成培养基混合使用，使用浓度一般为5~20 %，最常用是10 %。1.2 合成细胞培养基合成培养基是根据天然培养基的成分，用化学物质模拟合成、人工设计、配制的培养基。最早开发的基础培养基（minimal essential medium, MEM），其本质为含有盐、氨基酸、维生素和其他必需营养物的pH缓冲的等渗混合物。在此基础上，DMEM、IMDM、HAM F12、PRMI1640等各种合成细胞培养基被不断开发出来。常用合成培养基的配方此处不详细介绍，其特性及应用的范围见下表：哺乳动物细胞培养基：培养基名称特性及应用范围199细胞培养基添加适量的血清后，可广泛用于多种细胞培养，并用于病毒学、疫苗生产等MEM细胞培养基MEM（Minimal Essential Medium）培养基有含Earle' s平衡盐的类型，也有含Hanks' 平衡盐的类型；有高压灭菌型的，也有过滤除菌型的；还有含非必需氨基酸的类型。是最基本、适用范围最广的细胞培养基。DMEM细胞培养基DMEM（Dulbecco’s modified Minimal Essential Medium）是由Dulbecco在MEM培养基的基础上改良获得的，各成分份量加倍，分低糖（1000mg/L）、高糖（4500mg/L）两种类型。细胞生长快。附着稍差的肿瘤细胞、克隆培养用高糖效果较好，常用于杂交瘤的骨髓瘤细胞和DNA转染的转化细胞培养。IMDM细胞培养基IMDM（Iscove’s modified DMEM ）是由Iscove在DMEM基础上改良，增加了几种氨基酸和胱氨酸量等。可用于杂交瘤细胞培养，以及无血清培养的基础细胞培养基。GMEM细胞培养基Glasgow’s MEM培养基是MEM的改进型，用于支持BHK-21细胞的生长。原配方以BME为基础， 加入10%磷酸胰蛋白(月示)肉汤，氨基酸和维生素浓度加倍。RPMI-1640细胞培养基专门针对淋巴细胞培养设计，含有BSS、21种氨基酸、维生素等，广泛适于多种正常细胞和肿瘤细胞的培养，也用做悬浮细胞培养。HamF12细胞培养基含微量元素，可在血清含量低时用，适用于克隆化培养。F12适用于CHO细胞，也是无血清细胞培养基中常用的基础细胞培养基。DMEM/F12细胞培养基将DMEM和F12按照1:1比例混合，混合后营养成份丰富，血清使用量也减少，常作为开发无血清细胞培养基时的基础细胞培养基。McCoy' s5AMcCoy' s 5A Medium 主要为肉瘤细胞的培养所设计，可支持多种(如骨髓、皮肤、肺和脾脏等)原代细胞的生长，除适于一般的原代细胞培养外，主要用于作组织活检培养、一些淋巴细胞培养以及一些难培养细胞的生长支持。例如Jensen大鼠肉瘤成纤维细胞、人淋巴细胞、HT-29、BHL-100等上皮细胞。William' s Medium E适用于大鼠肝上皮细胞的长期细胞培养。神经元基础培养基可为神经元生长提供基础营养物质。昆虫细胞培养基：培养基名称特性及应用范围Grace' s昆虫培养基Grace昆虫培养基（Grace' s Insect Medium）最初设计为支持澳大利亚白星橙天蚕蛾 (Antherea eucalypti) 细胞 的生长，是对Wyatt培养基的改良，以更接近 Antherea 血淋巴。Grace用这种培养基建立了第一个连续细胞系。适当补充添加剂后，该基本培养基已用于培养各种昆虫细胞，包括多种鳞翅类以及一些双翅类昆虫。Grace昆虫细胞培养基主要作为 培养基基础，用于培养Sf9 和Sf21细胞系，也用于其它鳞翅类昆虫细胞系的生长和维持。Grace' s培养基(Grace’s Insect Cell Culture Medium) 是无血清培养基，使用时需要补充血清，从而为细胞提供必要的营养因子。添加5 -20%胎牛血清后，Grace昆虫细胞培养基可以用于培养多种昆虫细胞。IPL-41 昆虫培养基 IPL-41昆虫培养基（IPL-41 Insect Medium）旨在用于大规模扩增草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）细胞系，也常用于通过杆状病毒表达系统（BEVS）进行蛋白表达。 IPL-41培养基是对原始IPL配方的改良，由美国农业部昆虫病理实验室Weiss等人开发，用于大规模扩增草地贪夜蛾衍生细胞系。Weiss向基础培养基中加入了胎牛血清和TPB培养基（Tryptose Phosphate Broth），成功地实现了IPL-21 AE (III)细胞系的大规模连续培养。该培养基主要用于培养和维护鳞翅类衍生细胞系和扩增这些细胞系的病毒。IPL-41培养基基础也以用于无血清夜蛾细胞的杆状病毒重组蛋白表达。Shield' s & Sang Insect向Sheilds-Sang M3昆虫培养基中添加10%胎牛血清后广泛用于培养各种果蝇细胞系。Sheilds-Sang M3昆虫培养基（Sheilds and Sang M3 Insect medium） 基于D22培养基。该培养基支持黑腹果蝇衍生细胞的生长。Sheilds和Sang将原配方中的氯化物除去，用谷氨酸盐提供钠和钾离子，并用游离氨基酸替代乳白蛋白水解物。Bis-Tris作为缓冲剂放置pH变动。Schneider' s 果蝇培养基 很多昆虫组织培养基的配方是模拟特定昆虫体液的主要物理化学性质。针对相同物种的不同培养基成分的相似度可能比针对不同物种的培养基之间更低。有多种培养基用于果蝇细胞和组织的体外培养。应用最多的是Schneider 培养基、D-22 培养基。果蝇细胞用于研究各种生物化学过程，包括遗传学、内分泌学、生理学和细胞生物学等方面，以及重组蛋白的表达。加入5-20% 胎牛血清后Schneider培养基能够支持黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）原代细胞和建立的细胞系的快速生长。该培养基用于培养和维护果蝇胚胎衍生的细胞系以及其它双翅目昆虫细胞培养物细胞培养基常用几种重要的添加成分及使用过程中应注意的问题酚红在细胞培养基中用作pH值的指示剂。一般情况下，可以通过酚红的指示作用判断培养基的pH值，但低血清或是无血清细胞培养基中酚红的含量与普通细胞培养基中的酚红含量不同，不能通过肉眼观察或通过经验来判定pH值，建议使用pH计进行测定。酚红通常对含血清的细胞培养基生产的生物制品质量并不会产生明显影响，也可通过纯化技术去除，但酚红在无血清细胞培养基中可能带来胞内钠/钾失衡，影响细胞生长。碳酸氢钠在细胞培养基中主要是作为缓冲系统，此外还具有调节渗透压的作用。通常产品使用说明中的碳酸氢钠推荐量是一个标准、安全量，是在科学的基础上根据实践经验所得。但是由于不同的细胞系（株）不同，同一株细胞适应环境也可能不同（细胞耐受性不同等），且存在的地域性水质差异等，在实际生产过程中也可稍作改动，但使用者需做相应的检测（理化及细胞生产试验等）。HEPES是一种非离子缓冲液，在pH 7.2 ～7.4范围内具有较好的缓冲能力，在高浓度时对一些细胞可能有毒。HEPES缓冲液可与低水平的碳酸钠（0.34 g /L）共用，以抵消因额外加入HEPES引起的渗透压增加。其安全浓度范围是10～25 mmol/L。丙酮酸钠可以作为细胞培养中的替代碳源，尽管细胞更倾向于以葡萄糖作为碳源，但是在没有葡萄糖的条件下，细胞也可以代谢丙酮酸钠。谷氨酰胺在溶液中很不稳定，4 ℃下放置1周可分解50 %，使用中最好单独配制，置-20 ℃冰箱中保存，使用前加入细胞培养液中。赖氨酸（L-lysine）：分子量大于70,000的多聚赖氨酸可以用于促进细胞贴壁生长，也可以用于组织学(Histology)分析时的粘片剂。Poly-L-lysine和Poly-D-lysine都可以用于促进细胞的贴壁生长。Poly-L-lysine可以被某些细胞所消化并吸收，摄入过多的Poly-L-lysine会产生一定的细胞毒性。如果遇到Poly-L-lysine有细胞毒性的情况，可以考虑选用Poly-D-lysine，因为右旋的聚赖氨酸是不会被生物吸收利用的，所以毒性更低。远慕生物致力于生物技术和生命科学等行业领域，专注于植物生物学技术研究，以满足全球不断增长的食品，能源、医药日益增长的需求和发展。目前远慕生物制造和提供的产品主要有动物细胞培养产品（包括细胞培养基、FBS、缓冲溶液、抗菌剂和其他试剂）和植物生物学产品（包括植物组织培养基、凝胶系列产品、植物生长调节剂、抗生素&抗菌剂、生化试剂以及植物组培容器和耗材）。