正文
免疫细胞如 T 细胞和自然杀伤（NK）细胞需要细胞因子（如 IL-2、IL-15）来维持活化和增殖，这与干细胞的生长因子需求形成鲜明对比。这种多样性延伸到治疗应用中，次优的培养基会影响 CAR-T 细胞的疗效或干细胞的分化。例如，补充 HPL 的无血清培养基可增强 NK 细胞的扩增并保持其功能。间充质干细胞（MSCs）进一步说明了这种多样性，在无血清条件下，自体血浆可提高 MSC 的生长速率，而活化 T 细胞的代谢从氧化磷酸化转向糖酵解，这凸显了对富含葡萄糖配方的需求。这些例子强调了针对特定细胞类型优化培养基的必要性，以满足其独特的营养利用模式。
2.2 市售培养基的成分分析
由于有数百种可用的培养基成分和各细胞系的独特要求，市售培养基的成分差异很大。对市售培养基的比较评估了培养基之间的变异性和对特定细胞培养的适用性。我们回顾了 48 种常用于人类细胞培养的商业培养基和补充剂，其中只有 25 种提供了详细的成分信息
（表 2）
。在这些已知成分的培养基中，13 种是基础培养基（需要补充血清或其他添加剂以实现最佳细胞生长的配方），1 种是低血清培养基（需要减少血清补充的基础培养基），8 种是无血清培养基（不需要血清补充的完整培养基），3 种是血清替代补充剂（旨在模拟血清的配方）。尽管人类细胞系可能有不同的营养需求，但 9 种基础培养基对应经典培养基配方，这些配方也更广泛地用于哺乳动物和昆虫细胞培养。因此，像 DMEM 和 RPMI-1640 这样的经典培养基未能满足人类细胞的细致需求。
对 25 种商业培养基的分析表明，基础配方缺乏关键的人类特异性成分。例如，IMDM 和 Neurobasal Medium 包含 HEPES 用于 pH 缓冲，但省略了硒等微量元素，而硒对干细胞的存活至关重要。在成分比较中，总共鉴定出 159 种成分，其中超过 50% 的成分被鉴定为微量元素、氨基酸和无机盐
（图 1）
，成分根据培养基配方提供的类别进行分类。最常见的成分包括氨基酸（包括所有必需氨基酸）、葡萄糖、维生素（B 族、胆碱和生物素）和无机盐（钙、钾、镁和钠）。占成分 24.5% 的 “其他” 类别作为不常出现的成分或分组的统称，例如，它包括非营养成分如酚红（一种常见的 pH 指示剂）和 HEPES（一种缓冲剂）以及胸苷等核苷。
2.3 血清依赖的局限性与伦理挑战
胎牛血清（FBS）由于其富含生长因子和营养物质，仍然是细胞培养的基石。然而，FBS 的批次间变异性和污染风险破坏了实验的可重复性和临床安全性。FBS 的不确定性进一步加剧了这些问题，它含有未知的细胞因子、生长因子和性激素，会不一致地影响细胞行为。
FBS 中存在的性激素，如雌激素和睾酮，会在细胞反应中引入性别特异性偏差。例如，含血清培养基中生理水平的雌激素会改变工程肾脏模型中肾小管细胞的代谢和药物反应，凸显了性激素对体外系统的未被充分认识的影响。这种变异性使数据解释复杂化，并降低了转化相关性，尤其是在个性化医疗应用中。
HPL 和 CDM 已成为替代方案，提供了更好的一致性并减少了伦理问题。CDM 具有完全表征的成分，消除了动物来源的污染物和性激素，符合 GMP 用于临床应用。然而，CDM 的开发面临着在复制血清的生长促进复杂性的同时保持成本效益的挑战。
2.4 监管与经济挑战
新的人类细胞培养基的开发受到严格的监管审查，特别是来自美国食品和药物管理局（FDA）等机构。例如，2021 年，FDA 发布了行业指南《人类基因治疗研究性新药申请的化学、制造和控制（CMC）信息》，该指南强调了所有成分的详细表征的必要性，包括细胞培养基（FDA Q8 (R2)）。全球范围内，欧洲药品管理局（EMA）和日本药品和医疗器械管理局（PMDA）等监管机构与 FDA 标准保持一致。人用药品技术要求国际协调会议（ICH）Q5D（用于生产生物技术/生物制品的细胞基质的衍生和表征）等协调指南的使用，凸显了全球对培养基成分的审查，这主要集中在确保这些培养基配方的安全性和有效性，特别是用于基于细胞的治疗等临床应用。每种新的培养基配方必须经过全面的验证过程，包括一致性、无菌性和维持细胞健康和行为的功能评估等严格测试。
一个关键的监管驱动因素是转向无血清和 CDM，这解决了动物来源成分固有的批次变异性。例如，CDM 在 CHO 细胞生物加工中表现出优异的一致性，将单克隆抗体产量提高了 30-50%，同时满足了 FDA 规定的可重复性阈值。监管机构优先考虑符合 GMP 的配方，要求对原材料来源、制造过程和质量控制协议进行完整记录。FDA 已经制定了专门针对人类细胞产品的制造和质量控制评估的指南，进一步强调了在细胞培养基开发中遵守监管标准的重要性。
