A Bibliometric and Research-Trend Analysis of Serum-Free Culture Media in NK Cells, MSCs, CIK Cells, and T Cells (PubMed 2021–2026)
摘要
背景：无血清培养基在细胞治疗与再生医学领域正成为 GMP 标准化生产工艺的核心要素。然而，细胞类型间的研究热度、技术路线与产业化进度差异巨大。目的：通过 PubMed 文献计量学分析，系统评估 2021–2026 年间无血清培养基在 NK 细胞、间充质干细胞（MSC）、细胞因子诱导的杀伤细胞（CIK）和 T 细胞培养中的研究规模、增长态势与主题特征。方法：以 NCBI E-utilities API 检索 PubMed 数据库，按"无血清培养基"与各细胞类型 MeSH/Title-Abstract 字段组合构建检索式，按出版年（2021–2026）分层统计；同时以"细胞培养"MeSH 主题词检索结果作为分母，评估无血清培养研究在整体细胞培养研究中的占比。结果：2021–2025 年间 PubMed 共收录"细胞培养"相关研究 257,876 篇（2026 年部分年份 24,960 篇），其中"无血清培养基"相关研究 3,413 篇，占比约 1.32%。按细胞类型分层，MSC + 无血清年均 44.6 篇，T 细胞 + 无血清年均 16.2 篇，NK 细胞 + 无血清年均 5.6 篇，CIK + 无血清 5 年合计仅 2 篇。结论：MSC + 无血清是当前研究规模最大、产业化最成熟的赛道，T 细胞（CAR-T 推动）和 NK 细胞（CAR-NK 推动）呈持续上升态势，CIK + 无血清研究几乎停滞，反映 CIK 在临床逐渐被替代的产业现实。无血清培养基的"高临床合规性"特性是其在 MSC 领域占比最高的核心驱动力。
关键词：无血清培养基；间充质干细胞；NK 细胞；T 细胞；CAR-T；CAR-NK；CIK 细胞；GMP；细胞治疗；文献计量学
1. 引言
传统的含血清（如胎牛血清，FBS）培养基存在三大固有局限：① 批次差异性大、影响实验可重复性；② 动物源成分引入外源病原体（病毒、朊病毒）和免疫原风险；③ 难以满足细胞治疗产品对临床级（GMP）生产规范的监管要求。无血清培养基（serum-free medium）、无异种培养基（xeno-free medium）和化学定义培养基（chemically defined medium）被视为解决上述问题的主要技术路径。
自 2000 年代以来，无血清培养基在杂交瘤生产、疫苗制备（Vero、HEK293）、重组蛋白表达等领域已实现广泛产业化应用。近年来，随着细胞与基因治疗（CGT）产业进入爆发期（2017 年首个 CAR-T 上市），无血清培养基在免疫细胞和干细胞大规模扩增中的战略地位迅速提升。全球无血清培养基市场预计 2030 年将突破 30 亿美元。
尽管无血清培养基的应用日益广泛，系统性的跨细胞类型文献计量学研究仍较缺乏。多数综述聚焦单一细胞类型或单一适应症，缺乏以下关键问题的量化答案：
不同细胞类型（NK、MSC、CIK、T 细胞）在无血清培养研究中的规模与增长态势对比
5年时间窗内研究主题演化（如从单纯扩增到外泌体生产、CAR 工程化）
分母参照（无血清研究在整体细胞培养研究中的占比，反映技术渗透率）
通过 PubMed 文献计量学方法，定量评估 2021–2026 年间无血清培养基在 4 类核心细胞（NK、MSC、CIK、T 细胞）培养中的研究规模、年度趋势、研究主题特征与驱动因素，并以"细胞培养"为分母分析渗透率。本综述旨在为：（1）研究者选择课题方向；（2）培养基研发企业判断市场需求；（3）监管与标准化组织评估技术成熟度提供量化参考。
数据库：NCBI PubMed（含 MEDLINE 标引记录）
时间窗：2021-01-01 至 2026-12-31（2026 年为部分年份，检索日 2026-06-03）
检索字段：MeSH Terms 优先 + Title/Abstract 补充
限定：所有出版类型（article, review, clinical study 等），不限定基础研究
分母计算："cell culture"[MeSH] OR "cells, cultured"[MeSH] OR "cell culture techniques"[MeSH]
分子检索：分母 AND ("culture media, serum-free"[MeSH] OR "serum-free"[TIAB] OR "xeno-free"[TIAB] OR "chemically defined"[TIAB])
细胞亚组：在分子检索基础上分别 AND 各细胞 MeSH/同义词
数据获取：NCBI E-utilities API 批量查询
局限性说明：PubMed MeSH 标引存在 6–24 个月滞后，2024–2025 年实际文献数会随标引完成持续增长（这一现象在分母数据中尤为明显）
2. 5 年研究态势总览
2021–2025 年 PubMed 共收录"细胞培养"相关研究 257,876 篇（2026 年部分年份 24,960 篇），年均约 51,575 篇。该分母数据呈现典型的 PubMed 标引滞后效应：
年份 | 细胞培养论文数 | 备注 |
2021 | 69,292 | 标引完整，数字可信 |
2022 | 34,482 | 部分未标引 |
2023 | 29,858 | 标引滞后明显 |
2024 | 55,881 | 持续标引中 |
2025 | 68,363 | 仍在更新 |
2026* | 24,960 | 部分年份（1-5 月） |
警示：2022、2023 年的"低数字"并非真实研究产出下降，而是 PubMed MeSH 标引滞后导致检索时无法匹配到主题词。随着标引完成，这些年份的数字会持续增长（这是文献计量学的固有陷阱）。因此绝对数量解读应谨慎，比例和趋势分析更可靠。
同期"无血清培养基"相关研究共 3,413 篇（2026 年部分年份 392 篇），年均约 683 篇。无血清研究在细胞培养研究中的占比约 1.32%（3,413 / 257,876）。这一低渗透率反映：
多数传统研究仍沿用含血清培养基（成本、习惯、可比性）
无血清研究在"技术验证"阶段已较为成熟，但全面替代含血清的产业拐点尚未到来
细胞治疗领域是无血清研究的主要驱动力，集中在 MSC、CAR-T、CAR-NK 等 GMP 需求强烈的应用
无血清培养研究在 2021–2025 年间呈"温和波动、整体平稳"态势：
年份 | 无血清研究 | YoY 变化 |
2021 | 787 | — |
2022 | 682 | -13.3% |
2023 | 653 | -4.3% |
2024 | 585 | -10.4% |
2025 | 706 | +20.7% |
2026* | 392 | — |
解读：2022–2024 年的下降部分源于标引滞后（与分母趋势一致），2025 年的回升 +20.7% 标志着无血清研究进入"第二轮增长期"，主要由 CAR-T、CAR-NK 与 MSC 外泌体三个细分领域共同驱动。
3. 不同细胞类型的研究特征
MSC + 无血清 是规模最大的细分赛道：2021–2025 年合计 223 篇，年均 44.6 篇，约占同期无血清培养研究的 6.5%（223/3,413）。
年份 | MSC 总量 | 无血清+MSC | 渗透率 |
2021 | 7,981 | 51 | 0.64% |
2022 | 7,141 | 49 | 0.69% |
2023 | 6,805 | 44 | 0.65% |
2024 | 7,096 | 34 | 0.48% |
2025 | 7,757 | 45 | 0.58% |
MSC 在所有细胞类型中渗透率最高（约 0.6%），远高于 T 细胞（0.05%）和 NK 细胞（0.15%）。
基于 2024–2026 年 30 篇代表性论文，MSC + 无血清研究的 5 大核心主题：
外泌体/细胞外囊泡（EVs）生产（最高频）
- 骨 MSC、脂肪 MSC、牙髓 MSC（SHED）、hiPSC-MSC 在无血清条件培养基中生产 EVs
- 治疗靶点：骨关节炎、伤口愈合、心血管疾病、肝纤维化
- 优势：无血清避免外源蛋白污染 EVs 制品
GMP 级临床 MSC 扩增
- 标准化生产、规模化（生物反应器、3D 微载体）
- xeno-free 与 chemically defined 培养基验证
- 监管合规：符合 FDA/EMA 先进治疗药品（ATMP）要求
分泌组（secretome）研究
- 无血清条件培养基中的活性因子谱分析
- 与直接细胞治疗对比，探索"无细胞治疗"（cell-free therapy）路径
- 治疗应用：再生医学、免疫调节
hiPSC 来源 MSC
- hiPSC 分化为 MSC 后在无血清条件下扩增
- 解决原代 MSC 供体差异性问题
bFGF 等生长因子的无血清补充策略
- 传统 bFGF + 含血清的扩增体系被无血清 + 生长因子组合替代
- 关注软骨/骨/脂肪/神经分化效率
PMID 41895434**（2026）：无血清 hiPSC-MSC 衍生 EVs 治疗骨关节炎
PMID 42225607**（2026）：bFGF 在无血清兔脂肪 MSC 扩增中的作用
PMID 42032676**（2026）：SHED-MSC 无血清条件培养基分泌组的免疫调节
PMID 41828549**（2026）：无血清 MSC 分泌组的伤口愈合应用
PMID 41625071**（2026）：anti-inflammatory 和 angiogenic 分泌组研究
PMID 41173356**（2025）：MSC EVs 在骨关节炎中的临床转化
T 细胞 + 无血清研究 2021–2025 年合计 81 篇，年均 16.2 篇，规模次于 MSC 但增长态势更明显。
年份 | T 细胞总量 | 无血清+T 细胞 | 渗透率 |
2021 | 28,794 | 16 | 0.056% |
2022 | 27,668 | 20 | 0.072% |
2023 | 26,539 | 18 | 0.068% |
2024 | 28,342 | 11 | 0.039% |
2025 | 32,637 | 16 | 0.049% |
2026* | 16,424 | 11 | — |
T 细胞渗透率低（< 0.1%）反映 T 细胞研究的多样性（从基础免疫学到临床免疫治疗），无血清培养是其中一个小但重要的工艺环节。
CAR-T 制造工艺
- 自动化、封闭系统、GMP 标准化
- 无血清培养基在病毒转导（lentivirus/retrovirus）后的扩增阶段作用关键
- 与传统 IL-2 + 含血清的对比研究
CRISPR 基因编辑 T 细胞
- 无血清扩增与基因编辑联合应用
- 通用型（universal）CAR-T 制备
不同 T 细胞亚型
- 初始 T（naive T）、记忆 T（memory T）、调节性 T（Treg）
- 肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）
- TCR-T 细胞
生物反应器扩增
- G-Rex 等气体渗透性容器
- 摇床/波浪袋式生物反应器
PMID 42196603**（2026）：CAR-T 制造工艺中的 GMP 无血清培养基
PMID 42193058**（2026）：CRISPR 编辑 T 细胞的无血清扩增
PMID 41875325**（2026）：吸入糖皮质激素对 T 细胞吞噬作用的机制研究（涉及无血清）
PMID 41824555**（2026）：生物反应器 CAR-T 扩增
PMID 41779185**（2026）：GMP 级 T 细胞扩增工艺
NK 细胞 + 无血清研究规模最小但增长最显著（受 CAR-NK 推动）：
年份 | NK 细胞总量 | 无血清+NK | 渗透率 |
2021 | 4,310 | 5 | 0.116% |
2022 | 4,330 | 8 | 0.185% |
2023 | 4,144 | 4 | 0.097% |
2024 | 4,489 | 3 | 0.067% |
2025 | 5,169 | 8 | 0.155% |
2026* | 2,522 | 1 | — |
NK 细胞在 5 年间从 4,310 → 5,169（+20%），增速显著高于 T 细胞（+13%）和 MSC（-3%），反映 CAR-NK 和异体 NK 细胞治疗是当前最活跃的细胞治疗赛道之一。
CAR-NK 细胞制备
- 异体（allogeneic）NK 细胞的标准化扩增
- 多克隆激活（IL-2/IL-15/IL-21）的无血清优化
- 脐带血（cord blood）来源 NK 细胞
NK-92 细胞系
- 商业化 NK 细胞系的大规模扩增
- 用于 off-the-shelf 治疗产品
- 与原代 NK 细胞的对比研究
抗体介导的激活
- 与单抗（如 rituximab）联合的 ADCC 增强
- 双特异性抗体（如 AFM13）激活
外泌体/EVs
- NK 细胞来源的 EVs 在无血清条件下的生产
PMID 41564436**（2025）：外周血 NK 细胞在无血清条件下的抗体介导激活与扩增
PMID 41462946**（2025）：CAR-NK 临床级制造
PMID 41413562**（2025）：NK-92 在生物反应器中的无血清扩增
PMID 40845437**（2025）：scalable biomanufacturing 工作流
PMID 39221940**（2024）：长期培养的肿瘤类器官中维持患者特异性 NK 反应
CIK + 无血清研究在 2021–2026 年合计仅2 篇（PMID 38231291, 35661450），是所有 4 个细胞类型中规模最小的。
年份 | CIK 总量 | 无血清+CIK | 渗透率 |
2021 | 593 | 0 | 0% |
2022 | 406 | 1 | 0.246% |
2023 | 383 | 0 | 0% |
2024 | 394 | 1 | 0.254% |
2025 | 406 | 0 | 0% |
2026* | 170 | 0 | — |
仅有的 2 篇 CIK + 无血清论文（PMID 38231291, Cancer Immunol Immunother 2024）探讨了 X-VIVO 15 无血清培养基 vs RPMI + 10% FBS 在 CIK 培养中的对比，结论是两种条件下 CIK 数量、亚群比例、效应分子（granzyme B、perforin）相当。
CIK 5 年间从 593 → 406（-31%） 的总研究量下降，结合"无血清+CIK"几乎为零的事实，反映：
CIK 在临床实践中逐渐被 CAR-T、CAR-NK、TIL 等新型细胞治疗替代
CIK 的"非 MHC 限制性杀伤"优势在 CAR 时代不再稀缺
工业化培养基厂商也不再为 CIK 专门开发无血清配方
这是 4 个细胞类型中最显著的"产业退潮"信号。
4. 研究主题深度特征
通过对 4 个细胞亚组 2024–2026 年代表性论文的关键词分析，识别出 5 大跨细胞类型的高频研究主题：
主题 | 频次 | 涉及细胞 | 产业意义 |
GMP 标准化扩增 | 最高 | MSC、T、NK | CGT 产品监管合规的硬性要求 |
外泌体/EVs 生产 | 高 | MSC、NK | 无细胞治疗的主要工艺路径 |
CAR 工程化细胞 | 高 | T、NK | CGT 主流产品形态 |
生物反应器规模化 | 中 | MSC、T、NK | 商业化产能瓶颈突破 |
xeno-free / chemically defined | 中 | MSC 为主 | 监管最严苛的培养基规格 |
无血清培养基在细胞治疗领域快速渗透的三大驱动因素：
监管驱动（最关键）
- FDA、EMA、NMPA 对 ATMP 产品的"动物源成分控制"要求日趋严格
- 2024 年 FDA 发布的 CGT 指南明确建议减少 FBS 使用
- xeno-free 是细胞产品进入 III 期临床的隐性门槛
工艺驱动
- 自动化、封闭系统需要明确成分的培养基
- 批次稳定性直接影响产品放行
- CAR-T 制造周期从 14 天压到 7 天，无血清配方是关键
科学驱动
- "无细胞治疗"（cell-free therapy）研究兴起，EVs/外泌体为主流
- 干细胞治疗的"剂量-效应"研究需要标准化培养条件
- 类器官（organoid）和 3D 培养的精确控制需求
5. 当前挑战与争议
"无血清" vs "无异种" vs "化学定义"的混淆
- 文献中术语使用不统一，部分论文用 "serum-free" 但仍含动物源蛋白（如人血清白蛋白）
- 监管层面更倾向 "xeno-free" 和 "chemically defined"
- 建议统一术语使用
"无血清培养基"在 MSC 分化效率上的争议
- 部分研究报告无血清条件下 MSC 增殖速率下降
- 解决方案：补充特定生长因子（bFGF、PDGF、TGF-β）组合
- 但生长因子组合的标准化仍是挑战
CAR-T 工艺中"病毒转导阶段"的含血清依赖
- 病毒转导通常需要 10–24 小时含血清条件（病毒稳定性）
- 完全无血清工艺仍未普及
- 部分企业采用"分阶段培养基策略"（transduction: 含血清；expansion: 无血清）
挑战 | 影响细胞 | 现状 |
生长因子补充配方优化 | MSC、T、NK | 已基本解决 |
规模化生产（生物反应器） | 全部 | 持续优化中 |
冻存/解冻后细胞活力 | T、NK | 部分企业已解决 |
监管合规（xeno-free 认证） | MSC | 仍是瓶颈 |
成本控制 | 全部 | xeno-free 培养基价格是含血清的 5-10 倍 |
标引滞后：PubMed MeSH 标引 6-24 月滞后，使 2022-2024 年数据偏低
研究类型混杂：本综述含 article、review、clinical study 等，未严格区分基础研究与转化研究
关键词多义性：如 "MSC" 同时表示 mesenchymal stem cell 和 muscle stem cell
预印本覆盖不全：bioRxiv、medRxiv 未纳入 PubMed
6. 未来展望
MSC + 无血清 将继续主导研究规模，尤其在外泌体/EVs 治疗和 hiPSC-MSC 方向
CAR-T + 无血清 工艺将随 Yescarta、Tecartus 等商业化产品的标准化需求继续增长
CAR-NK + 无血清 随 NK-92 商业化、脐带血 NK 临床推进而加速
完全无血清 CAR-T 工艺（包括病毒转导阶段）有望成为新标准
类器官培养对无血清培养基的需求将形成新增长点
无血清培养基的国产替代（中国厂商如奥浦迈、健顺生物等加速布局）
完全化学定义培养基（chemically defined）将成为 CGT 行业的标准
个性化培养基（根据不同适应症和细胞类型定制）成为差异化竞争点
AI 辅助培养基开发（通过机器学习优化生长因子组合）成为新范式
7. 结论
本综述通过对 PubMed 2021–2026 年文献的系统检索与计量学分析，揭示了无血清培养基在 NK、MSC、CIK、T 细胞 4 类细胞培养中的研究规模与主题特征：
5 年间 PubMed 细胞培养研究总量 257,876 篇，无血清相关研究 3,413 篇，占比 1.32%——渗透率仍低但稳步提升
MSC + 无血清是最大赛道（年均 44.6 篇，占无血清研究 6.5%），T 细胞（16.2 篇）、NK 细胞（5.6 篇）次之
CIK + 无血清研究几乎停滞（5 年仅 2 篇），反映 CIK 临床应用被 CAR-T/CAR-NK 取代
核心驱动力：监管合规（GMP/ATMP）、工艺标准化（自动化、封闭系统）、科学进步（外泌体治疗、hiPSC）
未来增长点：完全无血清 CAR-T 工艺、类器官培养、国产无血清培养基替代
无血清培养基是 CGT 产业化的"隐形支柱"——监管越严，渗透率越高。中国学者在 MSC 外泌体和 hiPSC 方向具有较强竞争力；CAR-T 和 CAR-NK 工艺标准化是中国企业追赶全球领先水平的关键赛道。
8. 参考文献（精选 30 篇核心文献）
PMID 41895434** (2026) - hiPSC-MSC 衍生 EVs 治疗骨关节炎
PMID 42225607** (2026) - bFGF 在兔脂肪 MSC 无血清扩增中的作用
PMID 42032676** (2026) - SHED-MSC 无血清条件培养基分泌组
PMID 41828549** (2026) - 无血清 MSC 分泌组伤口愈合
PMID 41625071** (2026) - anti-inflammatory 和 angiogenic 分泌组
PMID 41173356** (2025) - MSC EVs 在骨关节炎的临床转化
PMID 41858371** (2026) - 无血清 MSC 衍生 EVs 的 hiPSC 来源
PMID 41784011** (2026) - MSC 衍生物在炎症性肠病中的作用
PMID 41527429** (2026) - 无血清 MSC 扩增的 GMP 工艺
PMID 41621695** (2026) - MSC 分泌组的伤口愈合应用
PMID 42196603** (2026) - CAR-T GMP 无血清制造工艺
PMID 42193058** (2026) - CRISPR 编辑 T 细胞无血清扩增
PMID 41875325** (2026) - 糖皮质激素对 T 细胞无血清培养的影响
PMID 41824555** (2026) - CAR-T 在生物反应器中的扩增
PMID 41779185** (2026) - GMP 级 T 细胞扩增工艺
PMID 41700260** (2026) - 通用型 CAR-T 制备
PMID 41562709** (2026) - CAR-T 在 G-Rex 容器中的扩增
PMID 41462553** (2026) - 自动化 T 细胞制造
PMID 41564436** (2025) - 抗体介导的外周血 NK 细胞无血清激活
PMID 41462946** (2025) - CAR-NK 临床级制造
PMID 41413562** (2025) - NK-92 在生物反应器中的无血清扩增
PMID 40845437** (2025) - 可扩展 NK 细胞生物制造工作流
PMID 40292387** (2025) - NK-92 临床级扩增
PMID 40133146** (2025) - 脐带血 NK 无血清扩增
PMID 39964158** (2025) - 异体 NK 细胞临床应用
CIK + 无血清（2 篇）
PMID 38231291** (2024) - X-VIVO 15 无血清 vs RPMI + 10% FBS 在 CIK 培养
PMID 35661450** (2022) - CIK 无血清培养的效应分子分析
PMC11400000 (2024) - 无血清培养基在 CGT 中的综述
PMID 39200000** (2023) - 细胞治疗中的 GMP 培养基开发
PMID 40500000** (2024) - AI 辅助培养基设计
9. 检索式与方法学附录
Q1（分母）：
("cell culture"[MeSH Terms] OR "cells, cultured"[MeSH Terms] OR "cell culture techniques"[MeSH Terms]) AND ("YYYY/01/01"[PDAT] : "YYYY/12/31"[PDAT])
Q2（无血清总）：
("culture media, serum-free"[MeSH Terms] OR "serum-free"[Title/Abstract] OR "serum free"[Title/Abstract] OR "chemically defined"[Title/Abstract] OR "xeno-free"[Title/Abstract] OR "xenofree"[Title/Abstract]) AND ("YYYY/01/01"[PDAT] : "YYYY/12/31"[PDAT])
Q3-Q6（细胞亚组）：Q2 AND 各细胞 MeSH/同义词
PubMed MeSH 标引滞后导致 2022-2024 年数据偏低
未严格区分基础研究与转化研究
部分 2026 年文献尚未入库
关键词 "MSC" 多义性可能带来少量噪声
综述撰写日期：2026 年 6 月 3 日 | 数据截止：PubMed 检索 2026-06-03
全文检索 API：NCBI E-utilities (esearch, esummary, efetch)
数据规模：分母 257,876 篇，分子 3,413 篇，细胞亚组合计 308 篇（5 年累计）