细胞培养基的范围从简单的成分到复杂的化学成分明确的混合物。它们可能包含许多化学成分，每一种都具有独特的特性，其中任何变化都可能影响细胞培养过程和正在生产的产品。虽然可以使用众所周知的经典方法（例如傅里叶变换红外光谱）轻松识别简单物质，但在处理复杂混合物时，这变得更具挑战性。

行业工艺正在得到改进，以确保良好的生产规范和控制措施到位。实现这一目标的一种方法是不再使用非化学限定的原材料。培养基用户无法量化每种培养基成分，必须找到适合预期用途的技术并接受某些产品变化的受控风险。如果培养基的关键成分未知，则可能会使用次优来源或原材料，并可能导致批次损失。这可能代价高昂，并且会显著影响进度和市场供应。

国际协调委员会的 Q7A 活性药物成分良好生产规范指南要求生物制药最终用户除了使用供应商的分析证书，至少进行一种检测，以确认每个批次材料的一致性。因此，许多最终用户复制了培养基制造商执行的基本 ID 指纹测试，作为其内部质量控制流程的一部分。这种复制不会给培养基的指纹增加任何价值。

我们行业中的许多人都认识到主要挑战包括：

• 缺乏指纹确认细胞培养基和相关原材料的标准指南。

• 目前的测试可能表明配方或质量属性，但不表明过程影响/适合目的。

• 目前用于指纹识别培养基配方的 ID 方法很麻烦，并且通常需要不同的分析技术，例如，高效液相色谱。

我们在本文中描述的培养基指纹识别的三层方法可帮助您定义一种替代方法，该方法将允许验证培养基质量和指纹识别。它可以帮助您根据原材料特性、培养基特性目标以及培养基制造商或用户现场可用的资源，选择合适的方法进行传入 ID 测试。它基于避免重复测试的基本原则，使培养基用户可以信任培养基制造商提供的数据。

图 1：培养基指纹识别的三层测试方法。

在这种情况下：

• 培养基供应商有责任执行 1 级基本 (ID) 测试和一种 2 级定性指纹识别，以确认所提供培养基的身份/一致性或质量没有差异。

• 建议最终用户执行 2 级定性指纹识别，以增加材料表征的维度。该测试不应与培养基供应商完成的 2 级定性指纹识别相同。

• 根据材料的工艺知识和风险评估，可能需要对特定化合物进行 3 级定量指纹识别。这可以由供应合作伙伴作为附加服务执行，也可以由最终用户直接执行，具体取决于资源和它们之间的关系。

下面，我们将描述测试方法中每个级别的期望。此目的是确认细胞培养基适用于目的，并且应用的指纹识别水平来自过程知识和要求。

级别 1：基本 (ID) 指纹识别

这被定义为能够在总体水平上将一种培养基与另一种培养基区分开来。所描述的内容不会唯一地标识每个化学定义的培养基；相反，它可以区分培养基 A 和培养基 B。

物理化学测试方法通常用于基本 (ID) 指纹识别。这些都是简单的技术，表明培养基已准确配制，整体组成没有重大错误。

级别 2：定性指纹识别

该级别指纹识别包括各种快速且通常定性的方法。

光谱学，包括红外 (IR)、拉曼、二维荧光和全反射 X 射线荧光与多变量数据分析相结合，通常被考虑在内。由于其较高的成本、复杂性和环境影响，色谱技术目前不常用于指纹识别。但是，也有使用液相色谱-质谱法 (LC-MS)/质谱法 (MS) 进行细胞培养基指纹识别的案例。随着技术的发展，可以考虑更广泛地使用色谱方法进行 2 级定性指纹分析。

光谱方法提供有关物质和单个分析物与电磁辐射相互作用方式的信息。这允许收集化合物或这些化合物的混合物的特定指纹。 IR 是最成熟的方法，其次是拉曼，两者都表明它们适用于识别简单的化合物。

已经开发出二维荧光并成功应用于指纹识别细胞培养基。它在复杂细胞培养基原材料指纹识别方面的潜力已在研究中得到证实，并已应用于细胞培养基表征。

这些方法都无法检测复杂细胞培养基样品中的所有化合物，但它们可以提供有关化合物的足够信息以支持稳健的表征或 ID 方法。不幸的是，没有明确的参考文献库提供每种方法可以涵盖的分析物的具体范围。此处提供的指南支持根据表征目标、材料样品的特性或可用的专业知识来确定最合适的方法。

理论上，拉曼和红外对大多数化学物质敏感；然而，这些方法仅足够灵敏、以检测培养基中以较高浓度存在的化合物，在大多数情况下，这些化合物主要是缓冲液和氨基酸。这些方法可能无法检测到低水平的维生素或微量元素。

有关选择光谱技术的决策图表，请参见图 2。

图 2：选择用于指纹识别细胞培养基的光谱技术的决策图表。

IR 或拉曼光谱可用于对荧光团含量低且重点在于主要化合物的简单或复杂样品进行指纹识别。拉曼的一个优点是它可以通过包装进行收集，并可用作测量粉末和液体的手持式仪器。然而，当用于粉末表征时，拉曼光谱对样品中存在的各种多晶型物表现出敏感性。与拉曼一样，IR 也可用于粉末，但对样品的水分含量非常敏感，因此在处理吸湿性样品时不推荐用于此应用。

全反射 X 射线荧光光谱 (TXRF) 可以补充红外和拉曼光谱。它可以对已溶解的原材料中存在的痕量金属进行定性分析。

级别 3：定量测试

当需要更广泛的指纹识别或调查工作时，几种方法可能会有用，包括色谱法或电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)。以下是对其中一些技术的简要说明。

元素指纹

ICP-MS 用于按质荷比分析样品中的单个元素。通常将样品酸化，然后引入仪器。形成气溶胶并使用 ICP 形成原子离子，原子离子被移入质谱仪，按质量分离，然后移至检测器。元素通过原子质量来识别，标准曲线用于量化目标元素。样品的质谱可以用作与其它样品的指纹进行比较。

TXRF 是一种分析工具，可用于对溶解的原料中检测到的痕量元素进行定量分析。将内部标准品添加到样品中并涡旋，将少量样品移至玻璃盘上并干燥。样品分析完成后，使用连接到 TXRF 仪器的专用软件根据荧光辐射强度计算每个检测到的元素的浓度。

除了分析液体样品外，TXRF 还可以通过样品的酸消解来分析固体样品。它允许对分析样品中存在的元素进行快速、直接的定性和质量比评估，仅微克样品，不会因酸消解而发生化学变形，显示其微量分析能力。

色谱法

色谱分离复杂样品的成分，并与各种检测器一起使用，以识别和量化可能以低浓度存在的分析物。高效或超高效液相色谱通常以反相模式用于分析水性或水溶性样品。例如，色谱柱可以是基于反相的、尺寸排阻的、离子交换的或亲和的。常见的检测器选项包括紫外/可见光 (UV/VIS)、荧光、质谱、折射率、电导率和带电气溶胶。分析物可以衍生化以实现或增强检测。离子色谱法可用于分析缓冲液和其它工艺液体。

通常，选择具有适合分析物的色谱柱和检测器的系统，开发方法（色谱柱、流动相、柱温、样品体积），并生成色谱图。检测峰并与标准曲线比较以量化目标分析物。将未知样品的保留时间与已知参考标准进行比较，以确认样品的身份。对于细胞培养基等复杂样品，色谱图还提供了样品的“指纹”，可以与其它指纹进行比较，作为另一种识别方法。

如果使用 LC-MS，质谱会为指纹添加另一个维度。图 3 描述了如何使用多变量数据分析将来自多个检测器的方法用于经典的目标/定量指纹识别或非目标指纹识别。 UV/VIS 简单且便宜，但在复杂混合物中可能会受到干扰，因为它不是很专一。

图 3：用于细胞培养基指纹识别的色谱技术选择决策图。

结论

尽管细胞培养基指纹识别不可能有一种放之四海而皆准的方法，但这是一种“有一定适用性”的方法。它使培养基制造商/供应商和生物制药最终用户能够更深入地了解他们的培养基和产品/工艺能力和要求，并将他们的精力集中在与材料相关的最重要的事情上。