从二维到三维：细胞培养微环境优化为疫苗细胞培养工艺带来新启示

细胞培养是现代生物制品研发和生产的重要基础环节。对于采用细胞基质开展的疫苗、重组蛋白及其他生物制品而言，稳定的细胞状态是获得一致性产品的重要前提。近年来，随着悬浮培养、三维培养以及无血清培养等技术的发展，研究重点也逐渐从单纯提高细胞数量，转向对细胞生理状态和功能输出的精细调控。

近期，Ji Young Bang和Nam-Kyu Lim发表的一项研究，为理解培养微环境如何影响细胞功能提供了新的实验依据。研究人员以人脂肪来源间充质干细胞为对象，将传统二维培养与三维球状体培养进行比较，并进一步加入临床已应用的小分子药物伊布地拉斯进行预处理。研究重点考察细胞活性、抗氧化能力、旁分泌因子表达以及对施万细胞功能的影响。

首先，研究人员对伊布地拉斯浓度进行了筛选，并最终选取3 μM用于后续实验。在三维培养条件下，该浓度表现出较好的细胞相容性。与传统二维培养相比，三维球状体具有更强的抗氧化能力，而伊布地拉斯处理后这一优势进一步增强。同时，三维培养还提高了OCT4、NANOG等干性相关基因的表达，提示培养空间结构本身即可明显改变细胞状态。

更值得关注的是细胞功能输出的变化。研究显示，单纯三维培养已经能够增强ADSCs的分泌功能，而在此基础上加入伊布地拉斯后，NGF、VEGF和IGF等关键营养因子的表达进一步提高。研究中部分神经营养相关因子的转录水平较未经处理的三维球状体提高约6～14倍；培养上清作用于人施万细胞后，还可促进细胞迁移，并上调PMP22和EGR2等与髓鞘形成相关的基因。

图1 ADSC球体及其对人类施旺细胞迁移的旁分泌效应的表征 

研究人员认为，这种增强效应可能来自三维培养环境与药理调控的共同作用。三维球状体能够强化细胞间相互作用，并形成更接近组织微环境的氧和营养梯度；伊布地拉斯则可能通过cAMP/PKA/CREB等信号通路促进营养因子表达，同时参与炎症反应和细胞存活相关信号调节。需要指出的是，这些信号机制目前部分仍属于作者基于已有研究提出的解释，精确的细胞内调控网络还需要进一步验证。

从培养工艺来看，这项研究还有一个值得重视的信息：培养基并不是简单的营养物质载体，而是细胞微环境的重要组成部分。 研究中RSC96细胞采用含10%胎牛血清的DMEM培养，ADSCs使用α-MEM培养，人原代施万细胞则使用专用Schwann Cell Growth Medium，所有细胞均在37 ℃、5% CO₂条件下培养。三维球状体形成后，研究人员重新更换新鲜培养液，再加入伊布地拉斯进行后续培养，最终获得具有不同分泌特征的条件培养液。

这一思路对于疫苗细胞培养工艺同样具有参考意义。当前多类疫苗和生物制品依赖哺乳动物细胞培养体系，细胞培养基需要持续提供氨基酸、维生素、无机盐、葡萄糖及其他必需营养成分，并维持适宜的渗透压和缓冲体系。随着工艺逐步向规模化、标准化和低血清甚至无血清方向发展，培养基的批间稳定性、配方适配性以及与目标细胞的匹配程度，都会直接影响细胞扩增状态和后续生产过程。因此，在进行细胞基质疫苗工艺开发时，除了优化细胞株、接种密度和培养参数，对基础培养基及补充体系进行系统筛选同样十分重要。

该研究目前仍局限于体外实验，并且ADSCs来自单一供体，其结论尚不能直接外推至疫苗生产体系。作者也指出，未来需要进一步开展动物实验、更多供体来源验证以及更全面的分泌蛋白组学分析。 但从细胞培养技术发展的角度看，这项工作再次说明，稳定、可控且适配细胞生理需求的培养体系，是提高细胞功能一致性的重要基础。

从实验室细胞培养到生物制品工艺开发，培养基质量始终是决定细胞状态的重要基础条件。 针对科研及生物制品相关细胞培养需求，环凯微生物已布局多类细胞培养产品，包括DMEM、MEM、RPMI 1640、DMEM/F-12及M199等经典基础培养基，并提供胎牛血清等配套产品，可覆盖不同哺乳动物细胞的培养需求。其中，环凯M199系列细胞培养基可用于非转化细胞培养，并提供不同组分配置选择，为细胞培养条件筛选及工艺优化提供更加灵活的基础培养方案。

对于疫苗及其他生物制品研发而言，从“细胞长得好”进一步走向“细胞状态稳定、工艺结果可重复”，需要从培养基、培养方式到过程参数进行系统控制。选择成分明确、质量稳定并与目标细胞相适配的培养基，也将成为提升细胞培养工艺稳定性和标准化水平的重要一环。

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参考来源：Bang JY, Lim NK. Synergistic Enhancement of Peripheral Nerve Regeneration via Ibudilast-Primed Three-Dimensional Spheroid Culture of Human Adipose-Derived Stem Cells. Pharmaceuticals (Basel). 2026 Feb 20;19(2):335. doi: 10.3390/ph19020335. PMID: 41754875; PMCID: PMC12943663.