在生物治疗药物的生产过程中，细胞培养基的关键成分及其浓度比例对细胞的生长状态、产品质量和最终产量具有决定性的影响。因此，在优化培养条件时，实时监测培养基中这些关键组分的含量变化显得尤为重要。
传统培养基分析方法通常需要进行衍生化反应等复杂的前处理步骤，检测时间较长，无法满足快速通量分析的需求，已经成为制约现代生物工艺发展的一大瓶颈。长时间分析不仅延长生产周期、增加成本，还可能导致产品上市时间延迟，削弱企业竞争力和经济效益。此外，生物工艺中的变化往往瞬息万变，延迟的分析结果可能无法真实反映生产过程中的实际情况，从而影响到决策的科学性和有效性。因此，寻求一种更快速、更高效的分析方法，已成为生物制药行业迫切的需求。
为了满足工业界对快速、标准化分析方法的迫切需求，沃特世创新推出了一种细胞培养基快速分析方法，该方法基于BioAccord LC-MS系统，无需繁琐的衍生步骤，仅需9分钟即可完成细胞培养基中220多种营养素的分析。这一方法不仅大幅提升了分析效率，更以其准确可靠的检测结果，助力分析科学家和生物工艺工程师获取高质量数据，为上游生物工艺的迅速开发提供有力支持。
如图1所示，整个试验过程包括使用Andrew+ 移液机器人准备样品，借助BioAccord进行LC-MS分析，并通过平台实现数据的查看、分析和报告的生成。得益于简化的工作流程和快速的分析过程，生物工艺工程师能够更迅速、更直观地掌握培养过程中培养基成分的变化情况，从而能够及时地进行生物工艺的调整和优化。
图1. 基于Andrew+ Pipette Robot自动移液机器人和BioAccord LC-MS平台的细胞培养基营养素分析实验流程。
为了验证这种新方法的适用性，我们对多种商业培养基进行了测试，包括沃特世氨基酸细胞培养标准溶液、基础培养基DMEM、IMDM、适用于CHO细胞的补料培养基Fed-batch、HEK293病毒载体培养基以及微生物生长培养基等。图2清晰地展示了每种氨基酸的提取离子流色谱图（XIC）。实验结果表明，新方法在所有测试的培养基样品中均表现出与耗时20分钟的传统方法相同的准确度。不仅如此，新方法还显著提升了检测效率，同时呈现出尖锐且对称的峰型，甚至实现了对同分异构体化合物的基线分离，展现了其分析性能。
图2. 沃特世氨基酸细胞培养标准试剂盒中26种化合物的提取离子流色谱图(XIC)。该方法实现了两对同分异构体（异亮氨酸与亮氨酸、2-氨基丁酸与4-氨基丁酸）的基线分离。
我们对新开发的9分钟检测方法进行了严谨的分析方法学验证。通过采用含有26种氨基酸的沃特世氨基酸细胞培养试剂盒，该方法展现出出色的性能。利用1/x2拟合的线性回归模型，结合20%偏差排除标准，我们确认了该方法具有良好的线性关系。此外，在两种不同浓度的六次重复进样测试中，该方法表现出优异的精密度和准确度，与20分钟方法相比毫不逊色。这些验证结果不仅证明了该快速通量方法在定量分析方面的可靠性，同时也显示出其在定性分析方面的适用性。值得一提的是，即便在没有标准品的情况下，该方法也能通过相对响应强度为工艺优化实验和后续的多元数据分析提供丰富的有用信息。
表1. 使用沃特世新开发的9分钟方法对氨基酸和葡萄糖进行定量分析的线性范围、准确度和精密度。实验中采用了沃特世氨基酸细胞培养标准试剂盒（p/n：186009300）。采用1/x2拟合的线性回归模型确定线性范围，并设定了20%的偏差排除标准以确保数据的可靠性。氨基酸数据使用ESI+采集，葡萄糖数据使用ESI-模式采集。
沃特世开发的快速高通量LC-MS方法已成功应用于CHO细胞培养生产cNISTmAb的消耗培养基分析。通过对14天培养过程中的不同葡萄糖补料条件下使用过的培养基溶液进行取样，并分别使用9分钟快速法和传统的20分钟方法进行分析。分析结果显示，两种方法在鉴定培养基成分变化方面呈现出相同的趋势，并且两种分析方法之间具有良好的相关性。这充分表明，9分钟快速法能够获得与20分钟法同样高质量的数据。这一技术的成功应用将有助于推动上游生物工艺的进一步发展，为生物制药和细胞治疗领域带来更多的突破。
图3. 不同生物反应器中三种代表性氨基酸（天冬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸）的质谱强度随时间变化的趋势。其中，使用9分钟方法获得的数据以绿色呈现，而20分钟方法的数据则以蓝色表示。右侧展示了两种方法获得的响应之间的相关性。所有用过的培养基样品均一式两份注入，以确保数据的准确性。
沃特世公司推出的新方法仅需9分钟就能分析细胞培养基中的营养素，相较于传统方法效率提升了60%。该方法结合了ACQUITY Premier技术和HSS T3键合化学分离技术，展现出色谱分离能力，结果重复性好，色谱柱使用寿命长。通过负电喷雾电离（ESI-）模式进行采集质谱数据，220多种培养基化合物库筛选，能够精准获取多种培养基关键营养素（如葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺和谷氨酸等）的重要信息。整个分析流程，包括样品制备、数据分析和报告生成，每一步都经过精心设计，旨在为用户提供高效分析体验，帮助用户更深入地理解和把握细胞培养基的成分情况，同时降低维护成本并提高分析价值。该分析方法有望缩短生产周期、降低成本，还能实现更精准、成分分析，为生物制药行业的快速发展提供有力支持。
