细胞技术

漫谈培养基开发史（二）

2021-07-28 细胞技术加入收藏

前言培养基从含血清到无血清经历了几十年的发展，但从无血清到化学成分确定也就用了十年不到的时间，这得益于蛋白抗体药逐渐上市，通过培养基开发以提高产物表达水平的需求日益显著。在1997-2013年间，前几大培养基品牌都经历过几次“折腾”（并购），人员和机构发生了巨大的变化，而技术也就在这需求迅速增涨的“并购江湖”中不断进步。蛋白抗体药产业化1987年，当细胞培养科学家们还在苦心研究如何取代血清的时候，

前言

培养基从含血清到无血清经历了几十年的发展，但从无血清到化学成分确定也就用了十年不到的时间，这得益于蛋白抗体药逐渐上市，通过培养基开发以提高产物表达水平的需求日益显著。在1997-2013年间，前几大培养基品牌都经历过几次“折腾”（并购），人员和机构发生了巨大的变化，而技术也就在这需求迅速增涨的“并购江湖”中不断进步。

蛋白抗体药产业化

1987年，当细胞培养科学家们还在苦心研究如何取代血清的时候，美国FDA已经批准了首个通过动物细胞培养表达的重组蛋白药物：组织纤维蛋白溶酶原激活剂（t-PA）。两年后FDA又批准了促红细胞生成素（EPO），进一步拓展了细胞培养的应用空间。自此，动物细胞特别是CHO细胞被越来越广泛地应用于治疗性蛋白抗体的生产，而培养基开发的进步也多集中于CHO细胞领域。1997-2000年，当老奥还在华理生工实验室研究培养基配方的时候，Rituxan、Herceptin、Remicade和Enbrel先后在美国上市。1997年，全球抗体药销售仅有区区3.1亿美金，但是这些后面成为“重磅炸弹（年销售额超过10亿美金）”的抗体药物构成了培养基产业发展强劲的需求端，蓄势待发。2006年后，抗体药物规模化地应用于靶向治疗癌症、自免疫和感染等恶疾，培养基作为最核心的原料备受重视。

2006年，全球抗体药销售超过220亿美金，这个数字在2019年增长到了1400亿美金。

抗体药的畅销直接带动了培养基产业的发展，从90年代的无血清培养基，逐步发展到无蛋白培养基，到目前的完全化学成分确定培养基。一方面培养基的性能显著提升，更高的细胞密度和蛋白抗体表达水平成为现实；另一方面培养基品牌效应显著，资源不断向头部集中，过程中一次次并购形成了现在的寡头垄断格局。

“英俊”故事-从买买买到被并购

回溯到80-90年代，分子生物学和基因组学研究兴起，1987年在圣地亚哥Lyle Turner, Joe Fernandez和William MacConnell合伙创业，从事分子生物学研究试剂的开发和销售，三个月后他们卖出了第一个试剂盒，收入$3,200。

两年后William离开独立创业，Turner在加州扶持中小企业的基金帮助下，渡过了财务上的难关。1989年公司收入200万美金，到了1990年增长到400万美金，员工也从最初的3人变成了42人。这个公司名字叫Invitrogen，中文常翻译为“英俊”。

好名字预示着Invitrogen注定不凡的一生，1990年代“人类基因组计划”正式启动，这项长期的国际性合作研究极大地促进分子克隆试剂盒和基因测序的需求，Invitrogen得以在90年代快速成长，把分子克隆试剂盒玩到极致，在该领域的名声渐著。到了1997年成立十周年，Invitrogen营业收入已经超过了5500万美金。

1999年Invitrogen在NASDAQ IPO发行（代码IVGN），募集到4810万美金，从此借着大举并购“开挂”。

“英俊”上市一年多的并购手笔：

✪ 1999年8月，刚上市就豪掷5200万美金收购了圣地亚哥的基因和蛋白分析公司Novex。

✪ 2000年2月，成功收购阿拉巴马一家提供基于基因技术药物发现的产品和服务的领先供应商Research Genetics，该公司在2019年的营收已达2300万美金。

✪ 2000年6月，以1510万美金收购以色列生物技术公司Ethrog Biotechnologies。

✪ 2000年9月，以现金加股票共19亿美金收购Life Technologies (LIFE)，从而把知名品牌GIBCO和BRL收入旗下。

✪ 2002年，Invitrogen创立15周年，收购生物信息学软件公司InforMax，作价4200万美金。

收购LIFE是一笔令行业震惊的交易。自1983年GIBCO和BRL合并成立LIFE，到1999年LIFE的营业收入已超过4亿美金，是Invitrogen四倍。这次蛇吞象的交易让Invitrogen如虎添翼，成为分子生物学试剂领域最大的玩家之一，分子生物学和细胞培养两大板块的产品超过5500个，员工2300名。获得GIBCO品牌也对培养基在近20年中的发展产生了深远的影响

2003年Greg Lucier成为Invitrogen的CEO，带来了GE的管理文化，本着将并购进行到底的姿态，那些年买了许多公司，包括Molecular Probes，Dynal，Panvera，BioSource，CellzDirect，Zymed和Caltag等公司，产品线发展到生物信息学、新药研发与筛选、荧光技术等多个生命科学领域

2008年，Invitrogen进行了生命周期里最大一次并购：买下基因测序设备公司Applied Biosystems（ABI）。那时ABI的体量是Invitrogen的两倍，合并后新公司名字差一点叫了ABI（内部沟通邮件都发了），后来可能是因为反对声音太多，最后重新启用了LIFE，这对GIBCO来说是件快乐的事。

重拾LIFE名字，GIBCO品牌培养基越卖越好，市场占有率高涨。不过利润都用去补贴加州的基因测序研究部门了。

2013年，LIFE营收达到40亿美金，生命科学领域并购巨无霸Thermo Fisher Scientific力压群雄整体收购LIFE，价136亿美金并承担了20亿的债务，从而得到GIBCO这个优质资产。

那时老奥每次出差回到美国都会听到公司要被卖掉的小道消息，潜在买家包括GE在内着实不少，但Thermo Fisher凭借无往不利的并购和整合能力，得到了GIBCO这个优质资产，这也对其进入生物制造领域起了关键作用。

整合中的技术进步

2000年Invitrogen收购前Life Technologies获得了细胞培养业务板块，对于地处纽约州水牛城的GIBCO而言，加州公司的文化似乎带来了不小的冲击，整合花了几年时间。或许是命运的巧合，在那年老奥到水牛城读博士，却不知GIBCO就在驱车30分钟之外的Grand Island上。

过去20年，因为抗体药物市场的迅速成长，而抗体药80%以上是由CHO细胞表达，大多数无血清培养基开发都专注于CHO细胞上，也取得了一次又一次的突破。与20年前相比，细胞培养所能达到的密度提升了几十倍，表达量提升近百倍。

GIBCO于1997年推出CD CHO，在被并购后一度韬光养晦，直到2006终于推出了CD CD OptiCHO™，一款全新的化学成分确定培养基（Chemically-defined Medium, CDM）。相对而言，OptiCHO是营养成分比较稀的CDM。2008-2009年，GIBCO又推出了CD FortiCHO™以及后来的Dynamis™，引领潮流。那个年代，GIBCO在CDM开发上绝对是行业领先，每逢大会必讲化学成分确定的优势，而其它几个品牌在这个方面落后了几年。

20世纪初，CHO无血清培养基添加胰岛素、生长因子和水解物是常有的事，水解物主要是大豆水解物和酵母提取物。当时大豆和酵母原料来源有较大不确定性，培养基性能表现批间差异较大，不同批次还可能影响抗体质量，颇受药企诟病。

2006年，抗体药物销售超过了220亿美金，提升培养基性能降低成本显得分外重要，几乎所有的大药企都找到GIBCO、HyClone和Sigma等大品牌，开发高性能的CD培养基。起点培养基都是含胰岛素和水解物的，目标开发CD培养基和相对应补料。

GIBCO为此特别成立了一个部门“PD-Direct™”，集中了一批药企大咖和Grand Island科学家一道为客户开发培养基。2007年老奥博士毕业加入GIBCO PD-Direct做一名研究员，有幸做过许多公司的CD培养基开发，比如GSK, Abbvie, Pfizer, Kyowa Hakko等等，所开发的CD培养基不论是细胞生长和抗体表达都得到显著提升，那个时候提高表达量是核心目标，抗体质量似乎不是那么关注。这些成果分别发布在“细胞培养工程学会”、“国际生物工艺”和“欧洲动物细胞技术学会”等学术大会和《动物细胞生物技术》教科书上，可以说是一段卓有成效且快乐的时光。

培养基开发也对实验通量提出更高的要求，因此涌现出多个Scale-down的细胞培养模型，许多系统如昙花一现，目前还在用的可能只有ambr™、TPP摇管和深孔板了。那时最小规模的自动化细胞培养设备是SimCell™——每张芯片上有六个培养体积不超过1毫升的微罐。SimCell™是全自动的细胞培养系统，每个微罐有独立的细胞密度、溶氧和pH传感器，设备极为昂贵，200多万美金一台还不包括维护，全世界也只卖过四台，分别是Amgen, Pfizer, Novo Nordisk和GIBCO。GIBCO是唯一成功把它用于培养基开发并取得优异结果的，可惜到了2015年，GIBCO这最后一台也被拆除，只留下一个模块在研发当作展品留念。

那些年也有不少药企自主研发培养基并取得良好成绩，如Genentech和Biogen。这些药企集中了许多优秀的科学家，拥有自己特定的宿主细胞平台，在日积月累中获得了不俗的成就。

并购江湖

正所谓，无并购不江湖。虽说培养基是生物药最核心的原料，但在抗体市场不够大的情况下也只是个小而美的业务，因此国际几个大品牌都在不同时候被并购，成为生命科学解决方案的一环，并购案例此起彼伏。

2005年，Sigma以3.78亿美金收购了起源于澳大利亚的JRH Biosciences（Ex-Cell™系列产品）并在2010年左右推出CD Fusion化学成分确定培养基。

2010年，德国Merck集团收购Millipore，改名EMD Millipore。

2015年，EMD以170亿美金整体收购了Sigma-Aldrich，从此Merck、Millipore和JRH在培养基方面业务得到整合。

2003年，Fisher Scientific以大约7.14亿美金收购了总部位于瑞典的Perbio公司，将HyClone品牌纳入旗下。2006年Thermo和Fisher Scientific合并为Thermo Fisher Scientific，当年新公司营收90亿美金。HyClone品牌培养基包括SFM4CHO、CDM4CHO和Cell Boost系列补料。2013年在花了156亿美金收购LIFE后，出于反垄断的要求，Thermo Fisher将HyClone和另外两个品牌作价10.6亿美金卖给了GE Lifesciences。2018年，老奥参加美国生物工艺大会，正在和朋友讨论Thermo Fisher下一个会买谁，正巧新闻出来：以4.77亿美金的现金收购了BD的培养基业务，获得了其在马里兰和佛罗里达的工厂。

GE在2011年收购了德国培养基公司PAA，幸运地获得ActiPro培养基和配套的补料，算是从下游走到了上游。2014年接手HyClone后获得了犹他州洛根和新加坡的培养基产能，把填料、一次性罐子和培养基布局齐整了。

日本公司Fujifilm不甘落后，于2018年花8亿美金将加州培养基公司Irvine Scientific纳入旗下，在此之前，Fujifilm已经在生物药CDMO方面做了不少布局。

做培养基久了，看着城头变化的旗帜，许多老人都离开了，颇有些感慨，然而对于这些大品牌，永远是铁打的营盘流水的兵，江湖不就那些事。