As células mamíferas são extremamente sensíveis ao meio de cultura em que se encontram inseridas, pelo que se torna bastante relevante a seleção dos meios de cultura, dado que estes têm uma influência significativa na performance do processo [82]. Uma otimização individual do meio pode, normalmente, melhorar os níveis de produção entre 2 a 5 vezes [83]. As células de mamíferos necessitam de ser suplementadas com um meio complexo contendo todos os nutrientes essenciais para o metabolismo celular, crescimento e proliferação, incluindo frequentemente vitaminas, aminoácidos, nucleótidos, lípidos, precursores, protetores, agentes redutores e ainda fatores de crescimento, que variam de acordo com a linha celular e com os clones selecionados [82]. Estas células mamíferas apresentam uma enorme capacidade de se adaptarem a novas formulações do meio, voluntariamente ou involuntariamente induzindo a seleção de variantes celulares.
A linha celular original de células CHO estabelecida em 1958 cresceu num meio semi- definido, conhecido como Ham’s F12, suplementado com 4-8% de soro bovino fetal (FBS) [67]. Este é um meio rico contendo prolina, requerida por todas as células CHO, bem como uma variedade de outros micronutrientes. Atualmente, e de um modo geral, existem vários meios disponíveis específicos para determinadas linhagens celulares, tais como: o meio mínimo essencial (MEM), um meio não-complexo adequado para uma enorme variedade de células mamíferas quando utilizado com um suplemento de soro; o meio basal de Eagle (BME), originalmente criado como um meio quimicamente definido
para o crescimento de células HeLa num sistema deficiente em soro; o Meio de Eagle Modificado por Dulbecco (DMEM), contendo elevadas concentrações de vitaminas, aminoácidos e aminoácidos não-essenciais, elementos vestigiais e bicarbonato, o qual é vastamente utilizado para o suporte do crescimento de um largo espetro de células mamíferas; finalmente o meio do Roswell Park Memorial Institute (RPMI) utilizado no crescimento de células do hibridoma [84].
Uma opção que providencia as condições necessárias ao desenvolvimento das células consiste na utilização de componentes derivados de animais, tal como o soro, que proporciona um ambiente mais natural para um melhor crescimento celular. O soro fetal bovino (FBS) tem sido o meio de eleição uma vez que providencia todos os nutrientes necessários que permitem o crescimento celular e a produtividade das células [85]. Para além dos componentes mais gerais como os nutrientes de baixo peso molecular, anti- oxidantes, proteínas macromoleculares e proteínas transportadoras (para componentes insolúveis em água), este meio também contém fatores anti-apóptóticos muito importantes e albumina que auxilia a célula na sua proteção contra fatores de stress. Embora existam vantagens associadas à sua utilização, o FBS está também associado a sérios problemas de segurança dos biofármacos produzidos, uma vez que determinadas substâncias derivadas de animais podem potencialmente introduzir contaminantes no processo e, consequentemente, no produto final [82]. Estas substâncias de origem animal representam assim alguns riscos, dado que podem ser uma fonte da transmissão de priões e micoplasma e ainda de contaminações virais [86, 87]. Uma outra desvantagem é a sua variabilidade de lote para lote, que pode culminar numa inconsistência do processo e do produto final, para além do complexo processamento a jusante requerido para remover todos as impurezas introduzidas pelo soro [82].
Os anticorpos monoclonais são cada vez mais utilizados como agentes terapêuticos, e por isso a sua produção está cada vez mais sujeita a uma crescente regulamentação, estando esta cada vez mais focada no sentido de garantir que a produção dos biofármacos se encontra isenta de potenciais contaminações por agentes adventícios de origem animal [82]. No sentido de se atingirem melhores formulações da composição dos meios, reduzir a probabilidade de contaminação por agentes adventícios e infeciosos, e reduzir os custos, a indústria tem adotado a utilização de meios livres de soro. Contudo, para preservar as funções benéficas multifacetadas do soro, muitos destes meios contêm ainda alguns componentes macromoleculares derivados de bovino, nomeadamente algumas proteínas
como a albumina, insulina, transferrina e lipoproteínas que desempenham importantes funções de transporte de nutrientes e são facilitadoras do metabolismo celular [88, 89].
Uma vez que quaisquer proteínas derivadas de animais acarretam teoricamente um risco de introdução de priões [90] ou outros agentes adventícios [91], tornou-se altamente desejável o desenvolvimento de um meio livre de proteínas para os processos de cultura celular [92]. Embora sejam frequentemente utilizadas proteínas recombinantes para substituir os seus homólogos de origem animal, a utilização de pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas quando possível pode reduzir dramaticamente o custo do meio e minimizar alguns riscos indiretos, tais como os que possam advir da fermentação das matérias-primas utilizadas para a produção das proteínas recombinantes que compõe o meio [82]. Mais ainda, as formulações do meio podem ser totalmente livres de componentes de origem animal, uma vez que todos estes componentes, incluindo pequenas moléculas como aminoácidos que são habitualmente derivados de animais, encontram-se disponíveis a partir de meios de fermentação ou de fontes sintéticas ou vegetais [93, 94]. Para além dos meios livres de proteínas animais, também foram desenvolvidos e disponibilizados comercialmente meios livres de proteínas para células CHO e NS0, e alguns encontram-se inclusive reportados na literatura [93, 95, 96]. Este tipo de meios contém apenas os elementos não-proteicos necessários para o crescimento celular, promovendo um maior crescimento celular e expressão proteica, e tornando, consequentemente, o processamento a jusante mais fácil e economicamente acessível. A pureza dos anticorpos monoclonais no momento da colheita é inferior a 30% numa cultura otimizada contendo proteínas, enquanto que numa cultura otimizada livre de proteínas essa pureza consegue atingir níveis de 60-75% [97].
Uma outra alternativa são os meios quimicamente definidos e que já foram reportados para o suporte de culturas celulares de elevada densidade e para facilitar o desenvolvimento de atividades numa escala reduzida [93, 98]. Este tipo de meio é menos dispendioso e permite um processamento a jusante mais direto, uma vez que todas as impurezas são conhecidas e se encontram presentes em reduzidas quantidades [97]. Para além disso, a utilização de um ambiente bem definido também facilita consideravelmente o processo de otimização. Contudo, alguns destes meios ainda incluem proteínas recombinantes como a insulina, transferrina e fator de crescimento semelhante à insulina tipo 1 como sinais para o crescimento celular [7]. No entanto, um meio quimicamente definido apenas deve conter componentes bem caracterizados, com identidade, estrutura e perfis de purezas/impurezas conhecidos, podendo por isso conter componentes como o
colesterol, galactose e aminoácidos, mas não deve incluir elementos proteicos que sejam menos definidos. Quando estes meios contêm quantidades mínimas de pequenas proteínas são, normalmente, designados de meios de baixo teor em proteínas [88].
Finalmente, torna-se importante mencionar que, embora tenham sido desenvolvidos meios de cultura celular seguros e otimizados, as alternativas livres de soro requerem um período de adaptação das células às novas condições, o que é extremamente moroso e dispendioso, especialmente considerando que a performance de um meio é dependente da história da cultura, e as conclusões acerca da eficácia de um novo meio pode apenas ser obtida após múltiplas passagens das células [82]. Outras dificuldades incluem as vastas variações nos métodos de avaliação dos meios, tal como a avaliação do crescimento por contagem celular, que pode variar entre 10-20%, e ainda a enorme quantidade de componentes que podem estar presentes num típico meio de cultura celular, e que tornam extremamente difícil a total otimização da composição do meio. Mais ainda, a adaptação a meios livres de soro nem sempre é possível ou adequada, uma vez que diferentes clones do mesmo tipo de células requerem, frequentemente, formulações distintas, pelo que o meio deve ser preparado de acordo com as necessidades das células utilizadas [99].