糖基化可能會影響蛋白質的半衰期、免疫原性、結合活性和穩定性。蛋白糖基化是一個復雜的過程，包括碳水化合物部分的連接，以及可能通過蛋白質結構中的天冬酰胺（N-連接）或絲氨酸/蘇氨酸（O-連接）氨基酸連接的位置。在哺乳動物細胞培養過程中，使用不同的細胞系培養可能會在可能發生的糖基化類型上產生重大差異。糖基化的這些差異可能會對所產生的治療性蛋白質的質量產生重大影響，細胞克隆的選擇、所用的基礎培養基和補料培養基也會對糖基化產生影響。

蛋白質藥物在生產中使用的宿主細胞的選擇和生物反應器條件會顯著影響蛋白質產品的質量。這既是由蛋白質本身結構的復雜性決定，也是由在細胞培養過程中可能發生的特異性翻譯后修飾所決定的，其中糖基化對藥物的質量特別重要。

蛋白質和細胞培養對蛋白質質量的影響

生物藥物是具有聚合物結構的蛋白質，其結構是從氨基酸序列（稱為一級結構）開始，通過將氨基酸鏈折疊成局部，二級結構和三級構象。多鏈蛋白，例如IgG抗體，還具有由亞基之間的結構產生的四級結構。

用于重組蛋白質生產的宿主細胞系的選擇首先取決于蛋白質的分子特性。某些細菌可用于生產簡單的蛋白質，即僅由氨基酸聚合物組成的蛋白質，沒有諸如糖基化的翻譯后修飾（Post-translational modification，PTM），因為大多數細菌菌均無法進行糖基化。使用簡單的培養基即可快速進行生產；但是，在純化工藝上可能具有挑戰性。使用酵母可以快速產生具有原始糖基化的蛋白質。通常與桿狀病毒載體一起以瞬時表達的方式，昆蟲細胞主要用于研發和基本產品。哺乳動物細胞用于生產復雜的蛋白質，例如抗體和酶，需要完整的PTM，包括有些復雜的碳水化合物。

下圖1中顯示IgG抗體的結構，糖基化位點和潛在的變異性。與小分子藥物相比，蛋白質是易碎分子，面臨多重穩定性挑戰。典型的糖蛋白（例如IgG抗體）在其結構內具有許多可變位點，包含了四條鏈，總分子量為150000 Da。另外，可能發生蛋白質鏈的幾種翻譯后修飾，例如特定氨基酸的氧化和脫酰胺。每條重鏈還可以發生糖基化位點。
圖1：顯示IgG抗體結構，糖基化位點和潛在變異性示意圖。

為什么糖基化很重要？

許多復雜的蛋白質，例如抗體和酶，都是糖蛋白，含有2–30％的碳水化合物。糖基化是一個復雜的過程，碳水化合物通過天冬酰胺（N-連接）或絲氨酸/蘇氨酸（O-連接）氨基酸附著到蛋白質上。蛋白中可能含有多種糖類型，每種糖都有多個附著位點，生產中使用的哺乳動物細胞變異會導致細微的糖基化差異。

細胞克隆的選擇會影響產品質量。每個克隆的糖基化和PTM能力略有不同，并且活力各不相同，從而導致釋放到培養基中的細胞內降解酶的差異。因此，可能有必要選擇的細胞株不是最高表達量的細胞克隆，而是可以實現所需的蛋白質質量的細胞株。

細胞培養條件的影響

影響糖基化類型和程度的細胞培養參數包括pH、CO2含量、溶氧量（dO2）、溫度、 營養素水平和種類、聚糖前體的存在和類型、細胞存活力，因為垂死的細胞釋放降解酶、和工藝過程控制水平。

與搖瓶相比，生物反應器可提供對pH和溶解氣體的更大控制，因此可實現更好的過程控制，但搖瓶更經濟，可輕松使用更大數量或更大的規模。因此，搖瓶通常用于培養基和補料條件的早期篩選研究。通過與生物反應器合作，通過選擇基礎培養基和培養補料以及添加這些補料的時間來提高生長和生產力，從而實現最佳的細胞培養；還可以通過優化生物反應器的充氧條件，例如CO2水平、pH、攪拌、溫度、接種密度和分配比；通過使用溫度變化來延長細胞培養的生產階段的活率；并最大程度地減少諸如氨等抑制生長的代謝物的積累。

最近，微型生物反應器的可用性提供了進行多參數研究的有效途徑。因此，可以進行“實驗設計”（DoE）研究的方法，在該方法中可以同時評估多個相互反應的生物反應器條件。此類研究要求使用自動化的大量生物反應器以使該過程可行。