近十年來，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，國內(nèi)外市場規(guī)模仍保持高速增長。除了治 療性蛋白藥物，疫苗產(chǎn)業(yè)也在不斷升級和創(chuàng)新，新冠疫情是全 球疫苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的助推劑，引發(fā)了新一輪的爆發(fā)式增長。此外，基因和細胞治 療全 球發(fā)展迅速，定將是生物醫(yī)藥領域未來十年一個重要的發(fā)展方向。

細胞培養(yǎng)是生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的核心環(huán)節(jié)之一，貫徹生物醫(yī)藥研發(fā)和生產(chǎn)的全生命周期。無論是蛋白藥物的 CHO 細胞、疫苗的 Vero 細胞，還是細胞治 療的 CAR-T 細胞，培養(yǎng)基和培養(yǎng)工藝條件都是細胞培養(yǎng)過程的關鍵要素。培養(yǎng)基是“一個包含無機鹽、糖、氨基酸和維生素以及其他必須營養(yǎng)物質(zhì)的等滲透壓且具有 pH 緩沖能力的混合物”，給細胞生長提供微環(huán)境和營養(yǎng)物質(zhì)。不同的細胞具有不同的特征，用于培養(yǎng)它們的培養(yǎng)基組成應與細胞的要求相匹配，不合適的培養(yǎng)基會影響細胞的生長狀態(tài)和功能。

另外，培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的消耗以及代謝廢物毒物的積累，也與細胞功能和蛋白的表達密切相關。因此，定期監(jiān)測糖、代謝物、維生素、氨基酸和代謝物等的變化，以優(yōu)化補料策略以及收獲時間，并同時選擇合適的細胞培養(yǎng)基，這些對于提高細胞密度和活率，最 大限度地提高蛋白產(chǎn)量，確保蛋白質(zhì)量是非常重要的。此外，除了監(jiān)測培養(yǎng)環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的變化，也需要對細胞本身做更深度的研究，細胞的“生老病死”、蛋白的表達都是細胞功能和代謝的結果。不管是培養(yǎng)基設計，還是培養(yǎng)工藝優(yōu)化，都離不開這些研究。

因此，無論是生物制藥公司，還是培養(yǎng)基生產(chǎn)商，只要涉及細胞培養(yǎng)，都需要開發(fā)培養(yǎng)基成分和細胞代謝物與功能的監(jiān)測方法。傳統(tǒng)的培養(yǎng)基分析，檢測流程過于復雜，主要是對葡萄糖、氨基酸和維生素等進行分析，其他很多成分不進行檢測；而且不同類型的成分用不同的樣品處理和分析方法，分析時間長，成本高，這種檢測流程已不能滿足工業(yè)快速、標準化的要求。而液質(zhì)聯(lián)用技術因其具有高通量、專屬性強和準確度高等特點，使其能夠很好的解決普通檢測流程出現(xiàn)的問題。另外，對于細胞本身的監(jiān)測，目前大家主要關注的是生長密度、活率、倍增時間等細胞狀態(tài)的變化，對于細胞功能本身的深層次的分析還比較少。通過 Seahorse 和高分辨質(zhì)譜等技術, 綜合細胞功能和分子代謝物水平對細胞代謝做全面研究。

安捷倫和測簡奕共同開發(fā)的細胞培養(yǎng)基和代謝分析完整解決方案，包括培養(yǎng)基原料分析、培養(yǎng)基成分消耗監(jiān)測和細胞代謝研究等，為細胞培養(yǎng)提供全面的質(zhì)量控制和深度研究，為培養(yǎng)基和培養(yǎng)工藝開發(fā)和優(yōu)化指明方向。

培養(yǎng)基成分消耗和代謝物監(jiān)測

有機物分析

培養(yǎng)基營養(yǎng)成分消耗和代謝物的積累，是細胞培養(yǎng)工藝開發(fā)關注的重 點。方案中的 LC QQQ 技術平臺可以定量監(jiān)測 151 種化合物的消耗或者產(chǎn)生，包括氨基酸、維生素、核苷類、胺類、有機酸、糖類和脂類以及這些化合物的衍生物。方案方法包中有其中 80 種化合物的混合標準品，可以對這 80 種化合物的絕 對含量進行檢測。有了精 準監(jiān)測的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)精 準補料，確認補料的化合物種類、濃度以及時間點；也可以針對產(chǎn)生的代謝毒廢物情況，及時調(diào)整工藝參數(shù)或者加入中和物質(zhì)，降低毒廢物對于細胞本身以及蛋白產(chǎn)量質(zhì)量的影響。

可監(jiān)測的 151 種化合物列表如下：

可絕 對定量的 80 種化合物的定量限、線性范圍數(shù)據(jù)如下：

Agilent 6470 三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)

（點擊圖片查看產(chǎn)品詳情）

元素分析

隨著細胞培養(yǎng)基配方變得越來越復雜，生物制藥領域?qū)τ谂囵B(yǎng)基中原物料的關注度也越來越高，其中對培養(yǎng)基中元素變化進行表征顯得尤為重要，主要是因為元素對于工藝的潛在影響。

安捷倫快速智能的 ICP-OES 和超高信噪比的 ICP-MS，智能定量（IntelliQuant）平臺可以快速對于不同培養(yǎng)基中的全元素進行掃描，提供的專屬熱力圖，可以幫助實驗人員更加直觀的對培養(yǎng)基中元素差異進行辨別；全能高效的 ICP-MS 方案標配高基體引入系統(tǒng)（HMI），耐受鹽分含量較高的培養(yǎng)基，兼顧高效和準確性，可以更好保證符合培養(yǎng)基以及抗體，疫苗的測試。

全元素快速掃描——助力生物藥研究和質(zhì)量控制

Agilent 5800 ICP-OES 對于未知疫苗樣品快速定性和半定量（IntelliQuant）結果，熱力圖（Heatmap）直觀顯示疫苗中鋁佐劑所有元素濃度高低分布，樣品組成便可“一目了然”。

Agilent 7800 ICP-MS IntelliQuant 對培養(yǎng)基樣品的全元素掃描熱力圖直觀顯示圖：

Agilent 7850 ICP-MS 培養(yǎng)基中主量元素分析

Na 元素作為細胞滲透壓的一個重要表征；Agilent ICP-MS 可以實現(xiàn) 1% 級別的 Na 元素檢測，對于微量元素分析的同時又實現(xiàn)了滲透壓的監(jiān)測。

Na 校正曲線范圍：0.1ppm--10000ppm

Agilent 7850 ICP-MS 培養(yǎng)基中痕量元素錳(Mn)，硒(Se)的分析

得益于 Agilent ICP-MS 超高的靈敏度，錳（Mn）的背景等效濃度可以達到 0.4ppt；錳（Mn）是糖基化通路中多種酶的輔助因子，在培養(yǎng)基中如過度的補充會降低蛋白的產(chǎn)量以及抑 制細胞的生長，因此更好的監(jiān)控錳（Mn）的含量對于細胞的生長有重要的意義。

Agilent 7800 ICP-MS 具有超低濃度錳（Mn）的檢出能力，可以更好滿足培養(yǎng)基中關鍵元素錳（Mn）控制要求。

安捷倫獨有的增強型 HEHe（High Energy Helium）模式，相對普通 He 模式下硒（Se）的靈敏度提升近五倍，同時背景也降低了一倍多，信噪比提升十倍以上。硒（Se）對細胞培養(yǎng)基具有解 毒的機制，同時作為 Fe 的運載體，對于細胞培養(yǎng)起到舉足輕重的作用，無需使用氫或其他反應模式即可分析極 ppt（ng/L）級別的硒，可以更好滿足培養(yǎng)基中硒（Se）元素的控制要求。

不同模式下硒（Se）靈敏度對比

安捷倫 7850 ICP-MS 對于培養(yǎng)過程監(jiān)控

備注：單位：μg/L

備注：單位：μg/L

培養(yǎng)基中微量元素培養(yǎng)過程的含量變化與細胞生長密切相關，很多研究表明 Zn 對于蛋白電荷的變化有起到一定的作用。

培養(yǎng)基原料分析

根據(jù)細胞適用性的不同，培養(yǎng)基中的成分及其配比會有差異。入庫鑒別需要將不同種類的培養(yǎng)基快速區(qū)分出來，以降低由于原料標簽、分類等錯誤而導致的誤投料風險。

拉曼光譜儀廣泛應用于原輔料入庫鑒別。安捷倫 Vaya 手持拉曼光譜儀性能出眾，具備優(yōu)異的光譜信噪比，同時搭配 R2 和 LMC 智能算法，能夠有效鑒別不同培養(yǎng)基。下面案例用 1 號培養(yǎng)基建模，建立的模型分別測試了 1-9 號培養(yǎng)基樣品， 1 號和 4 號培養(yǎng)基相同， 1 號和 2、3、5、6、7、8、9 號培養(yǎng)基不相同。1 號和 4 號測試結果為“Pass”，其他樣品為“Fail”，與預期一致。

1-9 號培養(yǎng)基測試結果匯總?cè)缦拢?/span>

2 號培養(yǎng)基（測試結果為 Fail）的測試圖譜如下，其中紫色為模型圖譜，藍色為 2 號培養(yǎng)基圖譜。

此外，一般培養(yǎng)基在受熱、吸潮后，易被細菌污染或分解變質(zhì)，因此培養(yǎng)基必須防潮、避光、陰涼處保存。常見的固體培養(yǎng)基一般是裝在桶中，內(nèi)層有兩層 PE 袋包裝，也有一些直接裝在不透明的塑料瓶中。對于儲存在桶中的培養(yǎng)基，Vaya 可以透過內(nèi)袋進行測試。對于不透明的塑料瓶， Vaya 可以隔著外包裝直接檢測。

塑料桶包裝固體培養(yǎng)基                          塑料瓶包裝固體培養(yǎng)基