傳統(tǒng)培養(yǎng)基分析方法通常需要進(jìn)行衍生化反應(yīng)等復(fù)雜的前處理步驟，檢測時(shí)間較長，無法滿足快速通量分析的需求，已經(jīng)成為制約現(xiàn)代生物工藝發(fā)展的一大瓶頸。長時(shí)間分析不僅延長生產(chǎn)周期、增加成本，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品上市時(shí)間延遲，削弱企業(yè)競爭力和經(jīng)濟(jì)效益。此外，生物工藝中的變化往往瞬息萬變，延遲的分析結(jié)果可能無法真實(shí)反映生產(chǎn)過程中的實(shí)際情況，從而影響到?jīng)Q策的科學(xué)性和有效性。因此，尋求一種更快速、更高效的分析方法，已成為生物制藥行業(yè)迫切的需求。

為了滿足工業(yè)界對快速、標(biāo)準(zhǔn)化分析方法的迫切需求，沃特世創(chuàng)新推出了一種細(xì)胞培養(yǎng)基快速分析方法，該方法基于BioAccord LC-MS系統(tǒng)，無需繁瑣的衍生步驟，僅需9分鐘即可完成細(xì)胞培養(yǎng)基中220多種營養(yǎng)素的分析。這一方法不僅大幅提升了分析效率，更以其準(zhǔn)確可靠的檢測結(jié)果，助力分析科學(xué)家和生物工藝工程師獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)，為上游生物工藝的迅速開發(fā)提供有力支持。

如圖1所示，整個(gè)試驗(yàn)過程包括使用Andrew+ 移液機(jī)器人準(zhǔn)備樣品，借助BioAccord進(jìn)行LC-MS分析，并通過平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查看、分析和報(bào)告的生成。得益于簡化的工作流程和快速的分析過程，生物工藝工程師能夠更迅速、更直觀地掌握培養(yǎng)過程中培養(yǎng)基成分的變化情況，從而能夠及時(shí)地進(jìn)行生物工藝的調(diào)整和優(yōu)化。

圖1. 基于Andrew+ Pipette Robot自動移液機(jī)器人和BioAccord LC-MS平臺的細(xì)胞培養(yǎng)基營養(yǎng)素分析實(shí)驗(yàn)流程。

為了驗(yàn)證這種新方法的適用性，我們對多種商業(yè)培養(yǎng)基進(jìn)行了測試，包括沃特世氨基酸細(xì)胞培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)溶液、基礎(chǔ)培養(yǎng)基DMEM、IMDM、適用于CHO細(xì)胞的補(bǔ)料培養(yǎng)基Fed-batch、HEK293病毒載體培養(yǎng)基以及微生物生長培養(yǎng)基等。圖2清晰地展示了每種氨基酸的提取離子流色譜圖（XIC）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新方法在所有測試的培養(yǎng)基樣品中均表現(xiàn)出與耗時(shí)20分鐘的傳統(tǒng)方法相同的準(zhǔn)確度。不僅如此，新方法還顯著提升了檢測效率，同時(shí)呈現(xiàn)出尖銳且對稱的峰型，甚至實(shí)現(xiàn)了對同分異構(gòu)體化合物的基線分離，展現(xiàn)了其分析性能。

圖2. 沃特世氨基酸細(xì)胞培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)試劑盒中26種化合物的提取離子流色譜圖(XIC)。該方法實(shí)現(xiàn)了兩對同分異構(gòu)體（異亮氨酸與亮氨酸、2-氨基丁酸與4-氨基丁酸）的基線分離。

我們對新開發(fā)的9分鐘檢測方法進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龇椒▽W(xué)驗(yàn)證。通過采用含有26種氨基酸的沃特世氨基酸細(xì)胞培養(yǎng)試劑盒，該方法展現(xiàn)出出色的性能。利用1/x²擬合的線性回歸模型，結(jié)合20%偏差排除標(biāo)準(zhǔn)，我們確認(rèn)了該方法具有良好的線性關(guān)系。此外，在兩種不同濃度的六次重復(fù)進(jìn)樣測試中，該方法表現(xiàn)出優(yōu)異的精密度和準(zhǔn)確度，與20分鐘方法相比毫不遜色。這些驗(yàn)證結(jié)果不僅證明了該快速通量方法在定量分析方面的可靠性，同時(shí)也顯示出其在定性分析方面的適用性。值得一提的是，即便在沒有標(biāo)準(zhǔn)品的情況下，該方法也能通過相對響應(yīng)強(qiáng)度為工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)和后續(xù)的多元數(shù)據(jù)分析提供豐富的有用信息。

表1. 使用沃特世新開發(fā)的9分鐘方法對氨基酸和葡萄糖進(jìn)行定量分析的線性范圍、準(zhǔn)確度和精密度。實(shí)驗(yàn)中采用了沃特世氨基酸細(xì)胞培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)試劑盒（p/n：186009300）。采用1/x²擬合的線性回歸模型確定線性范圍，并設(shè)定了20%的偏差排除標(biāo)準(zhǔn)以確保數(shù)據(jù)的可靠性。氨基酸數(shù)據(jù)使用ESI+采集，葡萄糖數(shù)據(jù)使用ESI-模式采集。

沃特世開發(fā)的快速高通量LC-MS方法已成功應(yīng)用于CHO細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)cNISTmAb的消耗培養(yǎng)基分析。通過對14天培養(yǎng)過程中的不同葡萄糖補(bǔ)料條件下使用過的培養(yǎng)基溶液進(jìn)行取樣，并分別使用9分鐘快速法和傳統(tǒng)的20分鐘方法進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示，兩種方法在鑒定培養(yǎng)基成分變化方面呈現(xiàn)出相同的趨勢，并且兩種分析方法之間具有良好的相關(guān)性。這充分表明，9分鐘快速法能夠獲得與20分鐘法同樣高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。這一技術(shù)的成功應(yīng)用將有助于推動上游生物工藝的進(jìn)一步發(fā)展，為生物制藥和細(xì)胞治療領(lǐng)域帶來更多的突破。

圖3. 不同生物反應(yīng)器中三種代表性氨基酸（天冬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸）的質(zhì)譜強(qiáng)度隨時(shí)間變化的趨勢。其中，使用9分鐘方法獲得的數(shù)據(jù)以綠色呈現(xiàn)，而20分鐘方法的數(shù)據(jù)則以藍(lán)色表示。右側(cè)展示了兩種方法獲得的響應(yīng)之間的相關(guān)性。所有用過的培養(yǎng)基樣品均一式兩份注入，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

沃特世公司推出的新方法僅需9分鐘就能分析細(xì)胞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)素，相較于傳統(tǒng)方法效率提升了60%。該方法結(jié)合了ACQUITY Premier技術(shù)和HSS T3鍵合化學(xué)分離技術(shù)，展現(xiàn)出色譜分離能力，結(jié)果重復(fù)性好，色譜柱使用壽命長。通過負(fù)電噴霧電離（ESI-）模式進(jìn)行采集質(zhì)譜數(shù)據(jù)，220多種培養(yǎng)基化合物庫篩選，能夠精準(zhǔn)獲取多種培養(yǎng)基關(guān)鍵營養(yǎng)素（如葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺和谷氨酸等）的重要信息。整個(gè)分析流程，包括樣品制備、數(shù)據(jù)分析和報(bào)告生成，每一步都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，旨在為用戶提供高效分析體驗(yàn)，幫助用戶更深入地理解和把握細(xì)胞培養(yǎng)基的成分情況，同時(shí)降低維護(hù)成本并提高分析價(jià)值。該分析方法有望縮短生產(chǎn)周期、降低成本，還能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、成分分析，為生物制藥行業(yè)的快速發(fā)展提供有力支持。