1. Producte objectiu El tipus de producte objectiu determinarà l'estratègia d'optimització del mitjà.
Per a la generació ràpida del nombre de cèl·lules, la taxa de creixement cel·lular i la viabilitat cel·lular són crítiques. Per tant, el medi de cultiu cel·lular hauria de suportar el màxim creixement cel·lular i mantenir la viabilitat cel·lular augmentant la densitat cel·lular. Per a la producció de virus, no només es requereix una alta densitat cel·lular, sinó que també s'han de mantenir suficients nutrients al medi de cultiu després de la infecció per donar suport a la replicació viral, per exemple, medi de glucosa DMEM per a cèl·lules Lenti-X 293T. Per a la producció de proteïnes recombinants, es requereix una alta densitat cel·lular. Tanmateix, els nutrients per al creixement cel·lular poden competir amb els nutrients per a la producció de proteïnes. Per tant, és molt important determinar amb cura la densitat cel·lular màxima que un medi de cultiu determinat pot mantenir per assolir el nivell de productivitat desitjat. A més, és molt important que els canvis en el medi de cultiu durant el procés d'optimització no afectin la qualitat del producte.
2. Les línies cel·lulars utilitzades Les diferents línies cel·lulars tenen diferents requeriments nutricionals a causa de les diferències metabòliques, que determina el mètode d'optimització del medi de cultiu.
Les línies cel·lulars més utilitzades a la indústria de la biotecnologia inclouen cèl·lules CHO, cèl·lules BHK{{0}}, cèl·lules d'hibridoma, cèl·lules de mieloma i fibroblasts diploides normals. Algunes línies cel·lulars tenen requisits nutricionals específics, com les cèl·lules de mieloma NS0 que requereixen colesterol. Els fibroblasts diploides normals requereixen factors d'adhesió per unir-se i expandir-se a la superfície. Creixen a densitats més baixes i per tant no requereixen altes concentracions de nutrients. Les línies cel·lulars d'hibridoma sovint depenen molt de la glutamina. Normalment no tenen un període estable després d'assolir la densitat cel·lular màxima, i aleshores la taxa de supervivència cau ràpidament. Per tant, l'optimització del medi de cultiu pot mantenir la taxa de supervivència i augmentar la producció d'anticossos monoclonals.
3. Procés de producció El mode de flux del procés no només afectarà l'elecció del medi de cultiu cel·lular, sinó també el mètode d'optimització. Els diferents fluxos de procés utilitzats inclouen.
1. El cultiu per lots utilitza un únic medi de cultiu per mantenir el creixement i la producció cel·lular. Per tant, el medi de cultiu ha de ser ric en nutrients però romandre dins dels límits fisiològics de les cèl·lules.
2. Cultiu per lots alimentats En el procés de cultiu cel·lular, s'utilitzen diversos tipus de medis de cultiu segons les diferents etapes del procés. El medi de creixement s'ha de dissenyar per tenir baixes concentracions de nutrients quan la densitat cel·lular és baixa en la inoculació, però per mantenir altes taxes de creixement cel·lular durant l'expansió del cultiu i les primeres etapes de producció. Quan el cultiu entra en l'etapa de producció, s'afegeix pinso d'alta concentració.
3. Cultiu de perfusió El procés de perfusió allarga el temps de cultiu aportant contínuament nutrients frescos a les cèl·lules alhora que s'elimina el líquid residual i els metabòlits. En canvi, els processos de cultiu per lots i de cultiu per lots alimentats no tenen aquest avantatge. Els avantatges clau de la tecnologia de perfusió inclouen el disseny compacte del procés, la flexibilitat, l'augment de la productivitat, el rendiment millorat i la consistència de la qualitat del producte, però també hi ha problemes de dificultat en l'escalada i costos més elevats.