無血清培養基的應用趨勢與重要性：細胞治療製程的關鍵革新

四月 06, 2025

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無血清培養基的應用趨勢與重要性：細胞治療製程的關鍵革新

四月 06, 2025 28

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隨著細胞與基因治療的快速發展，產品的安全性、一致性、量產可行性及監管符合性是商業化成功的核心挑戰。無血清培養基（Serum-Free Medium, SFM）在細胞治療產品的製程開發中扮演著愈發關鍵的角色。傳統上，胎牛血清（Fetal Bovine Serum, FBS）廣泛用於細胞培養，但血清的批次差異及潛在病原體風險，促使無血清培養基成為製程開發的關鍵解決方案及主流選擇。本文將深入分析無血清培養基的技術趨勢、應用優勢，以及如何推動細胞治療產業的標準化與規模化。

為什麼需要無血清培養基?

降低異源性成分風險，提升安全性無血清培養基的開發主要是為了避免FBS的來源問題，例如批次間的差異: 血清成分複雜，不同來源或批次的FBS可能影響細胞生長與功能，導致產品一致性難以控制。潛在病原污染風險: 血清可能攜帶病毒（如狂牛病病原體）、支原體或外來蛋白，增加細胞治療產品的污染風險。而無血清培養基的化學成分明確，可確保不同批次的細胞生長條件的一致性，提升生產一致性與可重現性，對於製程標準化至關重要。
及動物來源的倫理問題。由於細胞治療產品主要應用於人體，避免動物來源成分可以降低免疫反應風險，提升治療安全性。此外，動物來源血清涉及倫理爭議，歐美監管機構（如FDA、EMA）逐步要求減少動物成分使用。

無血清培養基的核心優勢

成分明確性：SFM以化學定義（Chemically Defined）配方取代血清，避免動物源成分，確保培養環境穩定。較能符合GMP規範與監管要求，細胞治療產品的開發有可能須遵循嚴格的cGMP（Current Good Manufacturing Practice）規範，使用可追溯、成分明確的無血清培養基有助於符合監管要求，提高產品的安全性並增加核准的成功率。
優化製程控制：適於自動化與封閉式生產系統，助力大規模製造及物料管控。
推動專用培養基的開發: 目前已有針對不同細胞類型（如T細胞、間質幹細胞、iPSC等）量身打造的無血清培養基，這些培養基能夠最佳化細胞增殖與分化，提升細胞治療產品的療效。

無血清培養基的技術發展趨勢

從基礎配方到個性化設計
早期SFM僅提供基本營養（如氨基酸、維生素），現已進展到針對不同細胞類型（如間質幹細胞、CAR-T細胞、iPSCs）的專用配方。
- 幹細胞培養：添加bFGF、TGF-β等生長因子維持未分化狀態。
- 免疫細胞治療：優化IL-2、IL-15等細胞因子組合，增強T細胞擴增效率。

化學定義（Chemically Defined）與無動物成分（Xeno-Free）: 所有成分分子結構明確，適用於臨床級細胞生產。
無動物成分培養基：避免任何動物來源添加物（如用重組蛋白替代人血或牛血的HSA），進一步降低免疫原性風險。
動態培養系統整合
無血清培養基與生物反應器（如波浪式反應器、微載體系統、固定床反應器）結合，可實現：
-高密度細胞擴增以提升產量並降低單位成本
-連續製程（Continuous Manufacturing）：符合工業0的智慧化生產需求。

無血清培養基在細胞治療製程中的應用

CAR-T細胞治療:
CAR-T細胞療法在癌症治療領域發展迅速，無血清培養基的使用可確保T細胞擴增的穩定性與活性，並減少免疫原性風險，提高患者接受度。
挑戰：傳統培養需添加血清或自體血漿，可能引發批次間效價差異。
解決方案：使用目前以商業化生產的無血清培養基，結合CD3/CD28抗體活化，可穩定生產高毒殺活性的T細胞。
間質幹細胞（MSC）治療:
MSC被廣泛應用於免疫調節與再生醫學，無血清培養基可減少異源蛋白對MSC特性的影響，確保細胞在擴增過程中維持其多能性與治療潛力。
挑戰：血清培養可能導致MSCs異質性，影響其免疫調節功能。
突破：無血清配方可維持細胞表型，並通過FDA/EMA對「無動物成分」的審查要求。
誘導多能幹細胞（iPSCs）:
關鍵需求：避免血清誘導的自發分化，確保基因穩定性。
現行標準：化學定義培養基（如mTeSR™1、E8配方）已成iPSCs培養的黃金標準。

挑戰與未來發展方向

儘管無血清培養基具有眾多優勢，但仍面臨挑戰，例如成本較高、部分細胞類型仍需適應性調整，以及特定生長因子的替代方案開發仍在進行中。另外，在法規、標準化及品質控制的部分，目前各國對「無血清」的定義與驗證要求不一（如FDA要求殘留檢測，EMA強調製程一致性），建議需建立標準化的性能測試（如細胞增殖率、代謝組學分析）。然而，隨著生物製藥產業的進步，未來無血清培養基的成本預計將進一步降低，並且隨著更多專屬培養基的開發，將更廣泛應用於各類細胞治療產品。此外，隨著AI的發展，其將驅動的培養基配方的設計，利用機器學習預測最佳營養組合，加速開發週期。

無血清培養基在細胞治療產品的製程開發中，已成為不可或缺的關鍵要素。隨著監管要求的日益嚴格、細胞療法的標準化需求增長，以及對治療安全性與可重現性的高度重視，無血清培養基將持續發展，從「選配」逐漸成為「必備」，並推動細胞治療產業向更安全、可預測且高效的方向邁進。未來，結合先進材料科學與數據分析，SFM將進一步突破細胞製造的產能瓶頸，加速再生醫學產品的臨床轉化。