CN103421736B - Cho细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂及其配制方法。该培养基添加剂配方包含胰岛素、血清素、腐胺、金精三羧酸、羟丙基-β-环状糊精、海藻糖、氨基酸、维生素及微量元素等其它物质。根据培养基添加剂配方中组成成份的性质，分别配制成100倍使用浓度的培养基添加剂浓缩液A、B和C。按1%(v/v)分别将培养基添加剂浓缩液A、B和C加入商品化的合成培养基中即可替代动物血清、支持CHO细胞在静止培养和悬浮培养的细胞生长。本发明提供的培养基添加剂配方及其配制具有以下优点：1.能够支持CHO细胞在静止培养和悬浮培养条件下快速生长。2.添加成份明确、易于配制。3.成本低廉、配制和使用方便。

Description

CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂及其配制方法

技术领域

本发明涉及一种用于CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂配方及其配制。更具体地说，它是一种在CHO细胞的体外培养、特别是CHO细胞的悬浮培养中，用于替代动物血清的无动物来源成分的培养基添加剂配方及其配制方法，属于细胞工程技术领域。

背景技术

培养基(medium)是影响体外培养细胞生长代谢乃至生存的最直接、最重要的环境因素。根据动物细胞培养在具体实施中是否需要加入动物血清才能支持细胞的正常生长，可将动物细胞培养基划分为有血清培养基(serum containing medium)和无血清培养基(serum freemedium)两大类。包括DMEM、F12、M199、RPMI 1640和DMEM/F12等在内商品化合成培养基是组成有血清培养基和无血清培养基的基础培养基。尽管合成培养基的组成成分多达数十种，几乎包括了所有的氨基酸、维生素及单糖、一些核酸衍生物、脂类和无机盐，但一般也仅能维持体外培养细胞的短期生存。在进行动物细胞培养时，常常需要在商品化的合成培养基中添加一定浓度的动物血清，才能支持体外培养细胞的正常生长、代谢、增殖和分化。需补充动物血清后才能支持体外培养细胞的生长、代谢、增殖和分化。

血清是一种组分很不明确的混合物，其对动物细胞培养的主要作用是提供生长因子、激素、结合蛋白和保护细胞免受氧自由基和重金属离子损伤的作用。由于血清成分复杂、存在批次间质量差异等许多不确定因素，可能会影响细胞的生理状态和功能表达，进而干扰实验结果。对于以重组蛋白药物和病毒疫苗生产为目的的动物细胞培养而言，在合成培养基中加入动物血清，存在包括引起牛海绵状脑炎的朊病毒等动物源性病原微生物污染所带来的安全风险，以及由其成分复杂所带来的分离纯化和质量控制成本和难度的增大。因此，受动物细胞表达产品生产过程优化和产品安全要求的驱动，2010年，美国、欧盟和日本等发达国家已相继全面停止在生物制药中应用动物血清，中国食品和药品监督管理局也停止含血清细胞培养工艺生产的生物技术新药的申报受理，而无血清培养已成为目前哺乳动物细胞培养技术的发展和应用趋势。

无血清培养基实质上是以合成培养基为基础加入不同剂量的生长因子、激素、结合蛋白、低分子量营养物质如维生素、微量元素、脂类等，起到替代动物血清支持细胞正常生长代谢的作用。通过对不同血清替代成分的组合，可以形成具有等同于动物血清支持细胞生长代谢功能，同时又有类似于血清使用通用性的无动物来源成分的培养基添加剂配方。

CHO(Chinese hamster ovary)细胞是目前用于包括工程抗体和重组蛋白在内的生物技术药物研发和生产的最重要的表达系统。在悬浮培养已成为动物细胞培养的理想模式和动物细胞表达产品工业化生产的首要选择的现阶段，CHO细胞的无血清悬浮培养在生物制药中得到了广泛的应用。在已经上市和处于不同临床试验研究阶段的生物技术药物中，超过60%采用CHO细胞的无血清悬浮培养技术进行生产。

对体外培养细胞代谢和生理学了解的不断深入以及调控细胞生长代谢和分化的细胞因子种类及来源的丰富，为动物细胞无血清培养基的研究和应用提供了重要的基础。Hyclone、Invitrogen等多家国外培养基供应商已相继开发出包括CHO无血清培养基、CHO无蛋白培养基和化学成分限定的CHO无血清培养基的多种针对CHO细胞悬浮培养的商品化无血清培养基。但商业化的无血清培养基的组成配方一直是秘而不宣的核心商业机密，昂贵的价格以及适用细胞系范围较窄的不足，在一定程度上限制了它的实际应用。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种用于CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂配方，即依据如上的构想，提供一种用于替代动物血清的无动物来源成分的培养基添加剂配方，在商品化的合成培养基中添加该培养基添加剂，就能支持CHO细胞在悬浮培养条件下快速生长并达到较高的培养密度。

本发明的另一个目的是提供用于替代动物血清的无动物来源成分的培养基添加剂的配制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂，所述培养基添加剂的配方为：

如上所述的培养基添加剂，其中优选地，所述培养基添加剂的配方中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液A 100mL：

如上所述的培养基添加剂，其中优选地，所述培养基添加剂的配方中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液B 100mL：

如上所述的培养基添加剂，其中优选地，所述培养基添加剂的配方中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液C 100mL：

如上所述的培养基添加剂在CHO细胞培养中替代动物血清的用途：将分别如权利要求2-4所述的培养基添加剂的浓缩液A、B和C，分别按1%的体积百分比加入包括DMEM、DMEM/F12、F12、M199和RPMI1640等在内的商品化合成培养基，用于替代动物血清、支持CHO细胞在静止培养和悬浮培养条件下的细胞生长。

如上所述的培养基添加剂的配置方法：分别按照如权利要求2-4所述的组分和方法配置成培养基添加剂的浓缩液A、B和C备用，所述浓缩液A、B和C在配制时，可成比例放大。

本发明提供的用于CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂配方具有以下优点：

1.能够支持CHO细胞在静止培养和悬浮培养条件下快速生长。

2.添加成份明确、易于配制。

3.成本低廉、配制和使用方便。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，下文中的“培养基添加剂”均指本发明提供的用于CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂。

附图说明

图1为K2-10-3细胞在24孔培养板用含培养基添加剂的F12培养基中培养的细胞生长情况示意图。○、▲分别表示K2-10-3细胞在含培养基添加剂的F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基中培养的活细胞密度；●、△分别表示K2-10-3细胞在含培养基添加剂的F12培养基和CDOPTICHO无血清培养基中培养的细胞活力。

图2为K2-10-3细胞在24孔培养板用含培养基添加剂的DMEM培养基中培养的细胞生长情况示意图。○、▲分别表示K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM培养基和CD OPTICHO无血清培养基中培养的活细胞密度；●、△分别表示K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM培养基和CD OPTICHO无血清培养基中培养的细胞活力。

图3为K2-10-3在24孔培养板用含培养基添加剂的DMEM/F12培养基中培养的细胞生长情况示意图。○、▲分别表示K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基中培养的活细胞密度；●、△分别表示K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基中培养的细胞活力。

图4为CHO-S细胞在摇瓶用含培养基添加剂的DMEM/F12培养基悬浮培养的细胞生长情况示意图。○、▲分别表示CHO-S细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基中悬浮培养的活细胞密度；●、△分别表示CHO-S细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基中悬浮培养的细胞活力。

图5为CHO-S细胞在摇瓶用含培养基添加剂的M199和PRPMI 1640培养基悬浮培养的细胞生长情况示意图。○、▲分别表示CHO-S细胞在含培养基添加剂的PRPMI 1640和M199培养基中悬浮培养的活细胞密度；●、△分别表示CHO-S细胞在含培养基添加剂的PRPMI 1640和M199培养基中悬浮培养的细胞活力。

具体实施方式

本发明提供了一种CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂，它的配方中包含有：

胰岛素：促进细胞对葡萄糖和氨基酸的摄取，并促进细胞生长；

血清素：广泛存在于哺乳动物组织中的血管收缩剂和平滑肌收缩刺激剂，具有促进体外培养细胞黏附和生长的作用；

腐胺：具有促进蛋白和核酸合成的作用及调节细胞内pH的作用；

乙醇胺：是无血清培养基的重要组成部分，与磷脂(磷脂酰乙醇胺)的合成有关；

金精三羧酸：金属鳌合剂，具有结合、运输和传递Fe²⁺,部分地替代铁转运蛋白的功能，同时也能通过结合和运输Ca²⁺、Me²⁺促进细胞的黏附和伸展；

抗坏血酸：具有促进细胞生长和保护细胞免受氧自由基损伤的作用；

羟丙基-β-环状糊精：贮存及运送生物大分子，提高生物活性物质的稳定性和生物利用度；

微量元素：Cu、Fe、Me、Se和Ze等微量元素，主要作为酶的辅基参与细胞代谢的调节；其中：

Cu:超氧化物岐化酶的辅基、具有抗氧化的作用；

Fe:细胞色素酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等和血红素的辅基，参与线粒体呼吸链的组成；

Mg：对ATP酶、激酶等起活化作用、参与细胞的氨基酸、糖、脂和核酸代谢的调控；

Se:谷胱甘肽还原酶的组成部分、具有抗氧化的作用；

Ze:作为酶的辅基与200多种酶的活性或结构有关，参与细胞生长、蛋白质合成和核酸代谢的调控；

果糖和海藻糖：果糖可部分地替代葡萄糖作为细胞生长代谢的能量来源之一、减少培养基中因葡萄糖无氧酵解产生的乳酸堆积；海藻糖是由两个葡萄糖分子结合而成的非还原性双糖，对激素、生长因子和酶等生物大分子具有非特异的保护作用，也可作为细胞代谢的能源物质；

氨基酸：蛋白质的组成成分及嘌呤和嘧啶碱基合成的前体物质，参与细胞的生长代谢；培养基中氨基酸的浓度通常限制着细胞生长所能达到的最大密度及细胞活力状态，不同细胞对氨基酸的需求可能存在明显的差别，这些氨基酸既包括特定细胞类型不能合成的必需氨基酸，也包括细胞能够合成、但消耗速率大于细胞合成能力的非必需氨基；其中：

胱氨酸：半胱氨酸和谷胱甘肽合成的前体，具有促进细胞氧化合还原作用；

亮氨酸：哺乳动物必需的生酮生糖氨基酸，参与糖和蛋白质代谢的调节；

甲硫氨酸：谷胱甘肽合成的前体物质，具有促进细胞氧化合还原作用；

丝氨酸：磷脂和血清素合成的前体物质，参与核酸和脂肪酸的代谢；

天门冬氨酸：赖氨酸、异亮氨酸、苏氨酸等氨基酸和嘌呤、嘧啶碱基合成的前体，参与核酸和蛋白质的代谢；

叶酸：作为四氢叶酸的前体参与嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的合成和转化，是细胞生长和增殖所必需的物质；

维生素C：在细胞生长代谢过程中，具有促进细胞生长和保护细胞免受氧自由基损伤的作用。

本发明所提供的培养基，优选地，按照下述配方及方法事先配制好100倍使用浓度的A、B和C浓缩液：

100倍使用浓度的浓缩液A 100mL：

100倍使用浓度的浓缩液B 100mL：

100倍使用浓度的浓缩液C 100mL：

上述浓缩液A、B和C在配制时，可成比例放大。

实施例1在24孔培养板用含培养基添加剂的F12培养基培养K2-10-3细胞

将在T-25培养瓶中用含1%(v/v)新生牛血清的DMEM/F12培养基(Invitrogen公司,USA)培养的K2-10-3细胞(由含人组织型纤溶酶原激活剂目的基因和二氢叶酸还原酶标记基因的表达载体,转染来自ATCC(American Type Culture Collection)的二氢叶酸还原酶缺陷型CHO细胞所建立的具有稳定表达人组织型纤溶酶原激活剂的CHO细胞系)用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化。分别用F12培养基(Invitrogen公司,USA)和CD OPTICHO无血清培养基(Invitrogen公司,USA)悬浮K2-10-3细胞并用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪(Innovatis,Germany)计数细胞密度。按5×10⁴cells/mL的细胞密度接种24孔培养板，每孔培养体积为2mL，每种培养基接种1块24孔培养板；在接种用F12培养基悬浮K2-10-3细胞的各孔中分别按培养体积的1%(v/v)加入培养基添加剂浓缩液A、B和C。37℃、5%CO₂培养，培养2天后，每天用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化用不同培养基培养的K2-10-3细胞各4个培养孔，用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度和活力。

在培养的前3天，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的F12培养基和CD OPTICHO培养基中的活细胞密度基本相同，如图1所示。培养4天后，在含培养基添加剂的F12培养基中培养的K2-10-3细胞的活细胞密度明显高于CD OPTICHO培养基中的K2-10-3细胞的活细胞密度；培养6天后，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的F12培养基和CDOPTICHO培养基中的活细胞密度分别为82.95×10⁴cells/mL和56.45×10⁴cells/mL，参见图1。在整个培养过程中，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的F12培养基和CD OPTICHO培养基中的细胞活力均保持在95%以上，参见图1。

实施例2在24孔培养板用含培养基添加剂的DMEM培养基培养K2-10-3细胞

将在T-25培养瓶中用含1%(v/v)新生牛血清的DMEM/F12培养基培养的K2-10-3细胞用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化。分别用DMEM培养基和CD OPTICHO无血清培养基悬浮K2-10-3细胞并用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度。按5×10⁴cells/mL的细胞密度接种24孔培养板，每孔培养体积为2mL，每种培养基接种1块24孔培养板；在接种用DMEM培养基悬浮K2-10-3细胞的各孔中分别按培养体积的1%(v/v)加入培养基添加剂浓缩液A、B和C。37℃、5%CO₂培养，培养2天后，每天用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化用不同培养基培养的K2-10-3细胞各4个培养孔，用CedexAS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度和活力。

在培养的前4天，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM培养基(Invitrogen公司,USA)和CD OPTICHO培养基中的活细胞密度基本相同，如图2所示。培养5天后，在CD OPTICHO培养基中培养的K2-10-3细胞的活细胞密度稍高于含培养基添加剂的DMEM培养基中的活细胞密度；培养6天后，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM培养基和CD OPTICHO培养基中的活细胞密度分别为49.2×10⁴cells/mL和56.45×10⁴cells/mL，参见图2。在整个培养过程中，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM培养基和CD OPTICHO培养基中的细胞活力均基本保持在95%以上，参见图2。

实施例3在24孔培养板用含培养基添加剂的DMEM/F12培养基培养K2-10-3细胞

将在T-25培养瓶中用含1%(v/v)新生牛血清的DMEM/F12培养基培养的K2-10-3细胞用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化。分别用DMEM/F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基悬浮K2-10-3细胞并用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度。按5×10⁴cells/mL的细胞密度接种24孔培养板，每孔培养体积为2mL，每种培养基接种1块24孔培养板；在接种用DMEM/F12培养基悬浮K2-10-3细胞的各孔中分别按培养体积的1%(v/v)加入培养基添加剂浓缩液A、B和C。37℃、5%CO₂培养，培养2天后，每天用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化用不同培养基培养的K2-10-3细胞各4个培养孔，用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度和活力。

在整个培养过程中，K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CD OPTICHO培养基中的细胞活力均基本保持在95%以上，参见图3。K2-10-3细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CDOPTICHO培养基中的活细胞密度基本相同，参见图3。

实施例4在摇瓶用含培养基添加剂的DMEM/F12培养基悬浮培养CHO-S细胞

将在T-25培养瓶中用含5%(v/v)新生牛血清的DMEM/F12培养基培养的CHO-S细胞(Invitrogen公司,USA)用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化。分别用DMEM/F12培养基和CD OPTICHO无血清培养基悬浮CHO-S细胞并用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度。按3×10⁵cells/mL的细胞密度接种125mL的细胞培养瓶，培养体积为30mL，每种培养基接种2个细胞培养瓶；在接种用DMEM/F12培养基悬浮CHO-S细胞的各T-flask中分别按培养体积的1%(v/v)加入培养基添加剂浓缩液A、B和C。37℃、5%CO₂条件下，置转速设置为120r/min的摇床悬浮培养。每天取样，用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度和活力。

CHO-S细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基中悬浮培养的活细胞密度稍高于在CD OPTICHO培养基中悬浮培养的活细胞密度；培养6天后，CHO-S细胞在含培养基添加剂的DMEM培养基和CDOPTICHO培养基中的活细胞密度分别为119.8×10⁴cells/mL和93.1×10⁴cells/mL，参见图4。在整个培养过程中，CHO-S细胞在含培养基添加剂的DMEM/F12培养基和CD OPTICHO培养基中悬浮培养的细胞活力均保持在90%以上，参见图4。

实施例5在摇瓶用含培养基添加剂的M199和PRPMI 1640培养基悬浮培养CHO-S细胞

将在T-25培养瓶中用含5%(v/v)新生牛血清的DMEM/F12培养基培养的CHO-S细胞(Invitrogen公司,USA)用0.25%(w/v)的胰蛋白酶溶液消化。分别用M199培养基(Invitrogen公司,USA)和RPMI 1640培养基(Invitrogen公司,USA)悬浮CHO-S细胞并用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度。按3×10⁵cells/mL的细胞密度接种125mL的细胞培养瓶，培养体积为30mL，每种培养基接种2个细胞培养瓶；向各细胞培养瓶中分别按培养体积的1%(v/v)加入培养基添加剂浓缩液A、B和C。37℃、5%CO₂条件下，置转速设置为120r/min的摇床悬浮培养。每天取样，用Cedex AS-20细胞密度和活力自动分析仪计数细胞密度和活力。

CHO-S细胞在含培养基添加剂的RPMI 1640培养基中悬浮培养的活细胞密度稍高于在含培养基添加剂的M199培养基中悬浮培养的活细胞密度；培养5天后，CHO-S细胞在含培养基添加剂的RPMI 1640和M199培养基中的活细胞密度分别为98.95×10⁴cells/mL和83.6×10⁴cells/mL，参见图5。在整个培养过程中，CHO-S细胞在含培养基添加剂的RPMI 1640和M199培养基中悬浮培养的细胞活力均持在90%以上，参见图5。

如上所述，通过多个特定实施例，本发明的内容已得到了详尽的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对其所做的任何显而易见的改动，特别是对若干步骤等同替换，都构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (3)

1.一种CHO细胞培养中替代动物血清的培养基添加剂，其特征在于，所述培养基添加剂的组分及其使用浓度为：

溶剂为去离子水。

2.权利要求1所述的培养基添加剂在CHO细胞培养中替代动物血清的用途，其特征在于，

所述培养基添加剂的组分中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液A 100mL：

定容于100mL去离子水；

所述培养基添加剂的组分中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液B 100mL：

定容于100mL去离子水；

所述培养基添加剂的组分中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液C 100mL：

定容于100mL去离子水；

将如上所述的培养基添加剂的浓缩液A、B和C，分别按1％的体积百分比加入DMEM、DMEM/F12、F12、M199或RPMI1640的商品化合成培养基，用于替代动物血清，支持CHO细胞在静止培养和悬浮培养条件下的细胞生长。

3.权利要求1所述的培养基添加剂的配置方法，其特征在于，分别按照如下所述的组分和方法配置成培养基添加剂的浓缩液A、B和C备用；

所述培养基添加剂的组分中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液A 100mL：

定容于100mL去离子水；

所述培养基添加剂的组分中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液B 100mL：

定容于100mL去离子水；

所述培养基添加剂的组分中的以下成分，配制成100倍使用浓度的浓缩液C 100mL：

定容于100mL去离子水。