无血清培养基通过用定义的无动物成分配方替代胎牛血清（FBS），正在重塑培养肉的生产。这一转变解决了成本、伦理和监管挑战，同时提高了一致性和可扩展性。关键策略包括：
- 成本降低：食品级基础培养基在规模上可将成本降低高达82%。
- 定制配方：营养需求因物种、细胞类型和生长阶段（增殖与分化）而异。
- 生长因子：如FGF2、胰岛素和硒等成分支持细胞生长和存活。
- 氨控制：谷氨酰胺的替代品可防止代谢抑制剂。
-
采购：像
Cellbase 这样的平台简化了培养基成分的采购。
精密技术，如代谢组学和实验设计（DOE），优化配方以促进更好的细胞生长和分化。这使得培养肉的生产更加高效和可扩展，同时满足严格的食品安全标准。
Dr. Peter Stogios: 低成本的无血清培养基生长因子
无血清培养基的核心成分
创建有效的无血清培养基需要仔细关注每个成分的作用。这些配方通常将基础培养基与精确选择的补充剂结合，确保细胞获得生长和分化所需的营养物质——这是培养肉生产的关键步骤。
基础培养基和营养类别
任何无血清配方的核心是基础培养基，它提供葡萄糖、氨基酸、维生素和pH缓冲剂等必需营养物质。这些是细胞代谢的基础。在常用的基础培养基中，DMEM/F-12 脱颖而出。它结合了 DMEM 的营养丰富性和 Ham's F12 的多样化成分，使其适合用于培养肉生产中使用的多种细胞类型 [2]。另一个选择是 Ham's F10，它在用定义成分替代胎牛血清的配方中被证明是有效的 [2]。
葡萄糖作为主要的能源来源，其浓度通常在 0 到 5 g/L 之间，具体取决于细胞系的代谢需求。例如，对 CHO 细胞的研究发现，将葡萄糖优化至 1.4 g/L 可使重组蛋白的产量达到 3.5 g/L 的峰值 [3]。氨基酸和维生素同样重要——氨基酸作为蛋白质和能量代谢的构建块，而维生素在酶促过程中作为辅因子发挥作用。
维持最佳pH值至关重要，通过缓冲系统实现，这些系统稳定细胞功能并防止代谢紊乱。铁、镁、钙和锌等微量元素作为酶的辅因子和细胞信号传导是不可或缺的。螯合剂如EDTA调节这些金属离子，防止活性氧物种的形成并支持酶活性[4].
无血清配方的一个挑战是管理氨，这是在谷氨酰胺代谢过程中产生的生长抑制剂。为了解决这个问题，像Hubalek及其同事这样的研究人员开发了一种无血清培养基，用α-酮戊二酸、谷氨酸和丙酮酸等非氨生成化合物替代GlutaMAX。这一创新不仅在没有氨积累的情况下维持了可比的短期细胞生长，还将纤维-脂肪生成前体的脂肪生成能力提高了2.1倍[2]。这些基础营养素为下一层补充奠定了基础。
生长因子和重组蛋白
一旦基础营养素得到优化，就会引入生长因子以微调无血清配方。这些分子与细胞表面受体结合，激活信号通路，促进细胞分裂、生存和代谢功能。在这些因子中，成纤维细胞生长因子2 (FGF2)因其促进细胞增殖和维持活力的能力而被广泛使用。根据细胞类型和期望结果，还可以加入其他因子，如转化生长因子和表皮生长因子[2]。
其他关键成分包括胰岛素、转铁蛋白和硒。胰岛素在代谢调节和生长促进方面发挥双重作用。转铁蛋白对于铁的运输和DNA合成至关重要，而硒作为抗氧化酶的辅因子，保护细胞免受氧化损伤。使用定义浓度的这些成分可以提高一致性并减少批次间的变异性[3]。
载体蛋白如牛血清白蛋白 (BSA)和重组白蛋白也起着关键作用。它们运输亲脂性激素和生长因子，缓冲pH值，并保护脆弱的蛋白质免于变性。虽然BSA是细胞生长的验证补充剂——尤其是在CHO细胞培养中——重组白蛋白提供了类似的好处，而不依赖于动物来源的材料。这不仅提高了一致性，还解决了与培养肉生产相关的监管问题[2][3]。选择合适的载体蛋白通常需要在成本、性能和可持续性目标之间取得平衡。
组学和转录组学的进步现在正在帮助识别特定细胞类型的独特营养需求。这种数据驱动的方法正在为更具成本效益和高效的配方铺平道路，将培养肉生产推向精确性和可扩展性的新纪元。
优化细胞增殖和分化的培养基
设计满足每个生长阶段特定需求的无血清培养基需要仔细关注细胞不断变化的营养需求。研究人员发现，与其在整个培养过程中坚持一种配方，不如为每个阶段定制培养基以获得更好的结果。
增殖阶段要求
在增殖阶段，重点是实现快速和持续的细胞生长。营养混合物必须支持活跃的新陈代谢、DNA合成和频繁的细胞分裂。关键补充剂如胰岛素、转铁蛋白和硒被广泛用于提高各种细胞类型的增殖率[3]。
葡萄糖在此阶段起着关键作用。浓度必须仔细平衡——过少会限制能量供应，而过多则可能导致乳酸积累和代谢压力。
另一个挑战是管理氨水平。传统的谷氨酰胺来源在代谢过程中会产生氨，这可能抑制生长。为了解决这个问题，研究人员用α-酮戊二酸、谷氨酸和丙酮酸等替代品取代了GlutaMAX。这些化合物进入TCA循环或谷氨酰胺分解途径，不会产生氨，支持生长同时消除这一副产物[2]。
结构化方法如实验设计（DOE）和响应面法有助于消除培养基优化中的猜测。例如，使用Box–Behnken设计的研究优化了四个因素——胰岛素、转铁蛋白、硒和葡萄糖——用于CHO细胞。理想浓度被确定为胰岛素1.1 g/L，转铁蛋白0.545 g/L，硒0.000724 g/L，葡萄糖1.4 g/L，实现了1.0的期望得分[3].
在另一个例子中，Lin及其同事使用细胞内代谢组学筛选了鸡成纤维细胞的28种代谢物。通过应用DOE，他们实现了细胞生长比基线培养基增加40.72%[6].
一旦增殖阶段优化完成，下一步是调整培养基以启动分化。
分化阶段调整
当细胞达到所需密度时，培养基成分必须转变以促进分化而非增殖。这个阶段需要不同的代谢信号来激活谱系特异性通路，特别是用于培养肉生产。
有趣的是，同样的非氨生成化合物不仅有助于增殖，还能增强分化。例如，在含有丙酮酸和α-酮戊二酸的培养基中培养的纤维脂肪前体细胞保持了其分化能力，并避免了氨的积累。这些细胞的脂肪生成能力比在GlutaMAX培养基中生长的细胞提高了2.1倍[2]。
转录组技术提供了另一种定制分化培养基的方法。Messmer及其同事在血清饥饿条件下鉴定了在肌源性分化过程中上调的表面受体。通过测试这些受体的配体，他们创建了一种专门为肌肉细胞发育设计的无血清培养基[6]。
结论？分化培养基必须精心设计，以传递自然驱动目标细胞类型谱系承诺的生物信号。
物种特异性和细胞类型定制
即使在阶段特异性优化之后，培养基配方通常需要针对每个物种和细胞类型进行微调。不存在一刀切的无血清培养基。营养需求在牛、猪和家禽细胞之间可能存在显著差异，甚至在同一物种的细胞类型之间也可能存在差异[6]。
一些公司展示了如何通过精心选择成分来实现多物种兼容性。例如，IntegriCulture Inc. 和 JT Group 开发了一种名为 I-MEM2.0 的食品级配方，支持牛骨骼肌细胞、鸭肝细胞和五种鸡原代细胞的生长[6]。
代谢组学可以精确定位特定细胞的独特代谢需求。例如，鸡成纤维细胞研究确定了促进生长的代谢物，这些代谢物导致基础培养基性能的差异[6]。同样，创建无动物成分培养基的多步骤方法测试了各种补充组合用于NIH 3T3成纤维细胞，并随后将配方调整为其他三种细胞系[5]。虽然胰岛素、转铁蛋白和硒等核心成分仍然是必需的，但其理想浓度和周围的营养基质通常因细胞类型而异。
即使是基础培养基的选择也反映了细胞类型的需求。DMEM/F-12 是一种流行的选择，因为它结合了DMEM的高营养含量和Ham's F12的多样成分，使其适合于广泛的贴壁细胞[2]。另一方面，Ham's F10 在特定情况下是有效的，尤其是在用定义成分替代血清时 [2]。
| 优化方法 | 应用 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 代谢组学 + DOE | 鸡成纤维细胞 | 40。72% 更高的细胞生长与28种优化代谢物 [6] |
| 转录组学 | 肌源性分化 | 识别上调受体以配制分化培养基 [6] |
| 成分替代 | 多物种培养基 | 将31种成分减少到16种；支持牛、鸭和5种鸡细胞类型 [6] |
| Plackett–Burman 筛选 | HEK293 细胞 | 识别出 MgSO₄、EDTA 和柠檬酸铁为关键生长因子 [4] |
铁、镁、钙和锌等矿物质在优化细胞生长和活力方面也起着关键作用，其理想水平因细胞类型而异 [4].例如，对HEK293细胞培养的帕累托分析显示，虽然较高的硫酸镁和EDTA水平会阻碍生长，但增加的柠檬酸铁铵（III）显著促进了生长[4]。
主要结论？为增殖和分化阶段定制配方，以及进行物种和细胞类型特定的调整，是必不可少的。在扩大生产之前验证这些配方在目标细胞上的效果，可以提高细胞性能，缩短培养时间，并提高培养肉的生产效率[6]。
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成本和可持续性考量
在培养肉生产中，平衡成本和可持续性是至关重要的。在培养基的配制中存在一个显著的财务障碍，其中药品级基础培养基成分以及生长因子和重组蛋白会推高费用。为了使培养肉更具商业可行性，策略必须集中在寻找替代品和减少浪费，而不影响细胞性能。
减少对昂贵成分的依赖
降低成本的一个有前途的方法是将药品级基础培养基成分替换为食品级替代品。研究表明，这种替代可以在1公斤生产规模下将基础培养基成本削减77%，总体成本削减82% [6]。重要的是，这种节约成本的转换不会牺牲质量。例如，IntegriCulture Inc. 使用食品级DMEM成功实现了小鼠骨骼肌（C2C12）细胞和牛骨骼肌衍生的原代细胞的细胞生长 [6]。
IntegriCulture Inc.通过将其食品级I-MEM2.0中的成分数量从31减少到16，进一步简化了其培养基配方。通过用酵母提取物替代几种氨基酸，他们创造了一种支持牛、鸭和各种鸡原代细胞类型生长的配方[6]。
诸如细胞内代谢组学等先进技术也在识别关键促生长代谢物方面发挥作用。例如，Lin及其同事为鸡成纤维细胞确定了28种代谢物，并使用实验设计（DOE）方法将细胞生长提高了40.72%[6]。总体而言，这些方法可以将培养基总成本降低50-80%[6]。
这些创新不仅降低了成本，还为更可持续的采购选项打开了大门。
可持续采购和减少浪费
具有成本效益的培养基配方与环境效益密切相关。过渡到无血清和无动物成分的配方可以解决伦理问题，并减轻与胎牛血清相关的供应链风险[5]。此外，采购食品级成分可以与循环经济原则保持一致，例如使用农业副产品或废物流作为培养基成分，有助于减少环境影响。
另一个可持续性措施是采用可重复使用的生物加工系统，与一次性系统相比，这些系统产生的废物更少，从而减少长期的环境足迹[1]。
采购策略也起着关键作用。培养肉生产商可以转向像
确保这些节约成本的措施不会影响细胞性能，需要强有力的验证协议。全面评估应包括细胞活力、增殖率、代谢稳定性和长期培养一致性等因素。严格的质量控制流程对于保持批次间的可靠性和安全性至关重要[5]。
| 成本降低策略 | 影响 | 实际应用 |
|---|---|---|
| 食品级基础培养基成分 | 基础培养基成本降低77%；1公斤规模便宜82%[6] | 用食品级替代药品级，同时保持细胞性能[6] |
| 植物水解物和酵母提取物 | 培养基成分从31种减少到16种[6] | IntegriCulture Inc.的I-MEM2.0配方支持牛、鸭和各种鸡细胞类型[6] |
| 代谢组学指导优化 | 40.72% 的细胞生长增加 [6] | 通过 DOE 识别和微调 28 种鸡成纤维细胞候选代谢物 [6] |
| 系统化 DOE 方法论 | 整体培养基成本降低 50–80% [6] | 通过全面优化缩短开发时间线并减少材料浪费 [6] |
尽管创建特定细胞类型的配方需要前期投资，但回报包括更高的细胞产量、更少的培养失败和更高的生产效率——这是使培养肉商业化的重要步骤。
实际应用和行业资源
在使用无血清培养基配方时，确保生产批次的一致性能，同时管理成本和保持质量是至关重要的。这涉及到彻底的验证和建立可靠的采购渠道，具体如下所述。
验证和质量控制
验证的关键在于精确性。转录组学和代谢组学等技术结合实验设计（DOE）可以微调促生长代谢物并验证分化途径，从而显著改善细胞生长。例如，Messmer等人使用转录组学识别了在血清饥饿引起的肌源性分化过程中上调的表面受体。然后，他们测试了相关的配体以创建无血清的肌源性分化培养基[2]。同样，Lin和同事们使用细胞内代谢组学和DOE优化了28种候选代谢物，与基线条件相比，细胞生长提高了40.72% [2].
为了保持质量，监测关键指标是至关重要的。细胞的活力水平应始终保持在90%以上，并在转向100%无血清培养基之前达到所需的密度 [3].
代谢监测同样重要。氨是谷氨酰胺代谢的副产物，会严重抑制细胞生长 [2]。质量控制协议应跟踪氨水平，并确保不产生氨的替代化合物仍能支持增殖和分化。例如，用非产氨化合物替代GlutaMAX，使成纤维-脂肪源性祖细胞在保持分化能力的同时实现2。脂肪生成能力增加1倍[2]。
DOE提供了一种结构化的统计方法用于验证。例如，Plackett-Burman方法有助于在两个水平（高/低）筛选多个因素，以识别关键效应，而无需进行广泛的初步测试[4]。在识别这些因素后，可以使用响应面法（RSM）和Box-Behnken设计进行更详细的优化，以实现最大生产效率[3]。
批次之间的一致性是不可妥协的。虽然无血清培养基相比于含血清替代品提供了化学定义的条件和减少的变异性[3]，但严格的质量控制对于充分利用这些优势至关重要。
通过Cellbase 采购组件
一旦配方得到验证，下一步就是采购可靠的组件——这一过程通过像
该平台通过透明定价和详细的用例标签等功能简化了采购过程——无论您是在寻找支架兼容、无血清还是符合GMP的组件。这使得R&D团队和采购专家更容易找到他们所需的组件，同时平衡成本和可持续性。
对于从研究到商业生产的公司，
除了采购，
结论：推进无血清培养基的开发
为培养肉生产创建有效的无血清培养基是将科学严谨性与实际应用相结合的过程。现代方法依赖于诸如实验设计 (DOE) 和 响应面法 (RSM) 等工具来同时微调多个变量。这些方法取得了令人印象深刻的成果：研究人员通过优化鸡成纤维细胞中的28种代谢物，报告了细胞生长提高40.72%，而其他人通过仔细调整营养浓度实现了3.5 g/L 的重组蛋白。这些突破为改进培养基配方和验证技术铺平了道路。
开发过程遵循一致的框架。它始于选择合适的基础培养基 - DMEM/F-12组合是常见的选择，因为它们提供了大多数细胞所需的广泛营养。关键添加剂如胰岛素、转铁蛋白和硒被分层加入以支持细胞生长。在此基础上，根据细胞类型和物种的特定需求对营养配方进行微调。例如，用非产氨替代品替代传统谷氨酰胺已被证明可以将脂肪生成能力提高2.1倍，同时消除氨的积累，这可能会抑制生长[2]。
在验证过程中，精确性至关重要。研究人员的目标是保持细胞活力在90%以上，密切监测氨水平，并确保在多个细胞传代中获得一致的结果。技术如Plackett-Burman方法用于高效筛选广泛的变量，而Box-Behnken设计则允许对识别出的最重要因素进行深入优化[3][4]。
成本是另一个主要考虑因素，特别是在商业规模化时。昂贵的组件需要优化，以在性能和可负担性之间取得适当的平衡。截至2025年11月，培养肉仅在三个国家获准销售[1]，因此配方还必须符合严格的安全和监管标准，以实现市场扩展。
在采购方面，像
常见问题
在培养肉生产中使用无血清培养基代替胎牛血清有哪些好处？
在培养肉生产中使用无血清培养基与胎牛血清（FBS）相比带来了几个重要的好处。首先，它解决了与FBS相关的伦理问题，同时避免了其供应链的不确定性。这使得无血清培养基成为更可靠和可持续的选择。
另一个优势是能够定制无血清配方，以提供细胞生长、增殖和有效分化所需的确切营养。这种量身定制的方法有助于在生产中保持一致的结果。
此外，去除动物成分显著降低了污染风险，并确保更顺利的监管批准——这对于扩大培养肉生产规模至关重要。这些因素使无血清培养基成为创造成本效益高且可扩展解决方案的关键步骤，推动培养肉行业的发展。
生长因子如FGF2和胰岛素在促进无血清培养基中的细胞生长和存活方面起什么作用？
生长因子如FGF2（成纤维细胞生长因子2）和胰岛素在无血清培养基中起着关键作用，支持基本的细胞活动。FGF2通过激活促进分裂和生长的途径来驱动细胞增殖，使其在维持健康的细胞培养中不可或缺。同时，胰岛素管理葡萄糖的摄取和代谢，确保细胞拥有生长和存活所需的能量。
这些成分共同创造了一个环境，复制了血清的支持功能，帮助细胞在无血清条件下有效地生长和分化。然而，必须仔细调整它们的浓度以适应特定的细胞类型和预期的应用，以获得最佳效果。
如何优化无血清培养基以适应培养肉生产中的各种物种和细胞类型？
优化培养肉生产的无血清培养基意味着要微调其营养混合物，以适应各种细胞类型和物种的独特需求。这涉及到仔细调整必需氨基酸、维生素和生长因子的水平，以促进细胞的生长和发育。同样重要的是保持脂质、矿物质和碳水化合物的正确平衡，以确保细胞保持健康并按预期功能运作。
由于每个物种和细胞类型都有其自身的代谢需求，定制通常是必不可少的。高通量筛选和代谢分析等工具对于确定最佳配方至关重要。像
