在生物制藥與疫苗生產領域，細胞培養技術占據著核心地位。從早期簡單的細胞維持培養，到如今高度復雜、精準控制的工業化生產體系，細胞培養技術的發展日新月異。它不僅是生產重組蛋白、單克隆抗體、病毒載體疫苗等高價值生物制品的關鍵手段，也是推動生物醫藥產業創新發展的重要引擎。

不同的細胞類型具有各自的特點，適用于不同的產物生產。哺乳動物細胞，如中國倉鼠卵巢細胞（CHO），因其具有復雜的蛋白應用廣泛。人胚腎細胞（HEK293）則因其易于轉染、生長迅速等特點，在病質翻譯后修飾能力，能夠生產出結構和功能與人源蛋白高度相似的產物，所以在重組蛋白和單克隆抗體生產中毒載體生產方面表現出色。非洲綠猴腎細胞（Vero）具有良好的病毒耐受性和高病毒產量，是多種疫苗生產的首選細胞系，如流感疫苗、狂犬疫苗等。在選擇細胞類型時，需要綜合考慮產物的特性、細胞的生長特性、培養條件要求、安全性以及法規合規性等多方面因素。

將編碼目標產物的基因導入宿主細胞是細胞系開發的關鍵步驟。常用的轉染方法有化學轉染（如脂質體轉染、PEI轉染）、物理轉染（如電穿孔法）以及病毒轉導。轉染后，細胞群體中僅有一小部分細胞成功攝取并穩定表達目標基因，因此需要進行篩選。通過在培養基中添加特定的選擇標記（如抗生素抗性基因），只有成功轉染并表達選擇標記的細胞才能存活并繼續生長。在此基礎上，進一步通過有限稀釋法、單細胞克隆挑選等技術，從混合細胞群體中分離出單個細胞，培養建立單克隆細胞株。單克隆細胞株具有遺傳背景一致、產物表達穩定均一的優點，能夠保證產品質量的一致性和穩定性。

培養基是細胞生長的"土壤"，其配方優化對細胞培養至關重要。由于胎牛血清（FBS）存在風險，無血清培養基（SFM）發展迅速，，從"簡單替代"到"功能優化"演進。早期替代品仍含動物成分，存在風險。現代無血清培養基為"化學成分確定"型，不含動物成分，通過代謝組學和系統生物學方法設計配方，滿足細胞不同生長階段需求。定制化培養基是發展趨勢，根據特定細胞系和產品類型設計配方。高通量篩選技術進步和AI驅動的培養基設計系統縮短了開發周期，快速找到最優解。在疫苗生產中，培養基選擇需考慮病毒復制效率和抗原性。哺乳動物細胞培養基產生的病毒抗原更接近天然構象，免疫原性更高。

1、科興中維新冠滅活疫苗：Vero 細胞培養的規模化突破，Vero 細胞培養工藝支撐科興疫苗實現年產能超 20 億劑，體現了貼壁細胞培養在應急疫苗生產中的關鍵價值。

科興中維在新冠疫苗生產中，采用非洲綠猴腎上皮細胞（Vero 細胞）作為病毒宿主，通過微載體懸浮培養技術實現工業化生產。在 2000L 一次性生物反應器中，Vero 細胞密度可達 1×10? cells/mL 以上，病毒滴度較傳統細胞工廠提升 10 倍。其關鍵技術包括：

微載體優化：選用 Dextran 基質微載體，表面改性后比表面積達 1500cm²/mL，細胞附著效率提升 40%；

病毒擴增工藝：采用分批補料（Fed-batch）模式，通過實時監測葡萄糖消耗動態調整補料策略，使病毒產量穩定在 10? PFU/mL 以上；

滅活與純化：β- 丙內酯滅活結合層析純化技術，確保疫苗抗原純度 > 95%，內毒素 < 0.1EU/mg。

2. 默克 Gardasil 九價 HPV 疫苗：昆蟲細胞表達系統的創新，該工藝突破了哺乳動物細胞培養的限制，為多價疫苗生產提供了高效平臺。

默克的九價 HPV 疫苗采用昆蟲細胞（sf-9）- 桿狀病毒表達系統生產病毒樣顆粒（VLPs）。通過密碼子優化的 HPV L1 基因轉染 sf-9 細胞，在無血清培養基中實現 L1 蛋白高效表達，電鏡下可見直徑 55nm 的 VLPs 顆粒。技術特色包括：

無血清培養基定制：添加酵母提取物和植物源水解物，使 L1 蛋白表達量達 200mg/L，較含血清體系提升 3 倍；

病毒樣顆粒自組裝：L1 蛋白在昆蟲細胞內自發組裝成 VLPs，無需額外純化步驟，純度達 99% 以上；

規模化生產：采用 500L 氣升式生物反應器，利用桿狀病毒感染復數（MOI）動態調控技術，實現批次間 VLPs 產量變異系數 < 5%。

1. 藥明生基慢病毒載體生產：HEK293 懸浮培養的工藝革新，懸浮培養技術使慢病毒載體生產成本降低 35%，為基因治療產業化提供了關鍵支撐。

藥明生基在 CAR-T 細胞治療的慢病毒載體生產中，開發了無血清懸浮培養 HEK293 細胞的全流程方案。通過四質粒瞬轉系統和自主優化的懸浮細胞株，實現慢病毒滴度 > 5×10? TU/mL，下游回收率達 40%。核心技術包括：

細胞株工程：敲除 HEK293 細胞中的 SV40 LT 基因，降低致瘤風險，同時過表達轉錄因子提高病毒包裝效率；

灌流培養工藝：采用中空纖維截留技術，維持細胞密度 > 30×10? cells/mL，培養周期延長至 21 天，較批次培養產能提升 5 倍；

一次性生產系統：從細胞培養到病毒純化全流程使用一次性設備，縮短清潔驗證時間 60%，滿足緊急臨床需求。

2. 再生元 REGEN-COV 抗體：CHO 細胞無血清培養的規模化，該工藝支撐 REGEN-COV 在新冠疫情期間實現全球供應，體現了 CHO 細胞培養在治療性抗體生產中的主流地位。

再生元的 REGEN-COV 抗體雞尾酒采用 CHO-K1 細胞無血清培養工藝，通過 CRISPR 敲除 GS 基因并整合雙抗表達盒，在 Fed-batch 模式下實現抗體濃度 > 6g/L。其培養基優化策略包括：

代謝流重編程：用半乳糖替代 30% 葡萄糖，乳酸積累降低 50%，pH 波動控制在 ±0.2 范圍內；

補料策略優化：基于拉曼光譜實時監測氨基酸消耗，采用分段補料模式，谷氨酰胺利用率提升 35%；

下游純化創新：Protein A 親和層析結合低 pH 病毒滅活，單步純化收率 > 90%，宿主細胞蛋白殘留 < 20ppm。

諾華 Kymriah：CAR-T 細胞的自動化封閉培養，自動化細胞培養技術解決了 CAR-T 生產的個體化瓶頸，支撐 Kymriah 在全球治療超 5 萬例患者，展現了細胞培養技術在精準醫療中的革命性價值。

諾華的 CAR-T 療法 Kymriah 采用患者自體 T 細胞體外培養工藝，通過慢病毒轉染和無血清培養基擴增，實現 CD19 特異性 CAR-T 細胞的規模化生產。關鍵技術包括：

個體化細胞處理：采用 CliniMACS Prodigy 自動化系統，從患者外周血單核細胞（PBMC）分離到 CAR-T 細胞回輸全程封閉，培養周期從傳統的 14 天縮短至 7 天；

培養基創新：添加 IL-7 和 IL-15 細胞因子，維持 T 細胞干性，擴增后 CAR+ T 細胞比例 > 90%，殺傷活性較血清培養提升 2 倍；

質量控制體系：建立實時活細胞成像系統，監測 T 細胞形態和增殖動力學，確保每劑產品的 CD19 + 細胞清除率 > 95%。

中國科學院肝類器官模型：藥物肝毒性篩選的新范式，3D 類器官培養技術為藥物安全性評估提供了更接近人體生理的體外模型，推動 FDA 逐步淘汰動物毒理學實驗。

中科院上海營養與健康研究所開發的人多能干細胞（hPSCs）衍生肝類器官（HLOs），包含肝細胞、膽管細胞和星狀細胞等，可模擬藥物性肝損傷（DILI）。其技術突破包括：

類器官構建：通過 Wnt/β-catenin 信號通路調控，誘導 hPSCs 分化為具有膽小管結構的 3D 類器官，白蛋白分泌量達 500ng/mL/24h；

毒理學篩選平臺：采用 TGFβ 誘導肝纖維化模型，結合高內涵成像系統，每孔提取 16 個纖維化特征參數，成功篩選出 SD208 等抗纖維化化合物；

臨床相關性驗證：對乙酰氨基酚處理 HLOs 后，ALT/AST 升高幅度與臨床 DILI 患者一致性達 82%，優于傳統 2D 肝細胞模型。