CN104073463B

CN104073463B - 一种支持cho高密度悬浮培养的无血清无蛋白培养基

Info

Publication number: CN104073463B
Application number: CN201310106385.5A
Authority: CN
Inventors: 胡辉; 李军; 翁志兵
Original assignee: Three Country Kin Pharmaceutical (shanghai) Ltd By Share Ltd
Current assignee: Three Country Kin Pharmaceutical (shanghai) Ltd By Share Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN104073463A

Abstract

本发明提供了一种支持CHO高密度悬浮培养的无血清无蛋白培养基。公开了培养基组分包括氨基酸、微量元素及无机盐、维生素、碳水化合物和其他有机分子，其中含有类固醇激素，而不含有转铁蛋白和胰岛素。本发明所提供的培养基化学成分明确，无动物来源，污染风险小，能适用于多种不同CHO细胞株生长，细胞培养效果好，有利于下游分离和纯化。

Description

一种支持CHO高密度悬浮培养的无血清无蛋白培养基

技术领域

本发明涉及细胞培养领域。更具体地，本发明涉及用于CHO细胞培养的培养基。

背景技术

细胞培养技术是通过模拟细胞体内生长环境实现细胞体外培养。培养基为细胞体外培养提供营养并促进细胞生长和增殖。细胞培养基的发展经历了鸡胚汁、天然培养基、合成培养基，以及目前常用的低血清培养基、无血清培养基、无蛋白培养基和化学成分清晰的培养基。

通常，动物细胞的生长均有赖于血清的存在．在普通培养基中，如不加血清，绝大部分细胞将不能增殖。但使用血清的主要弊端是存在潜在的污染源，价格昂贵，批间差异大，对生产和科研带来诸多不便。科学家发现在基础培养基中加入替代血清作用的补充因子，如纤连蛋白、转铁蛋白、胰岛素和表皮生长因子等成分，不少细胞即能在无血清供应的情况下生长。无血清培养基规避了血清带来的风险。便于产品的分离纯化。然而，一般一种无血清培养基只适用于一类细胞的培养，而且容易受到理化因素的影响。另外无血清培养基通常含有替代血清的蛋白和脂类，如转铁蛋白、脂类添加剂和胰岛素等，仍然存在一定的污染风险和分离纯化的障碍，成本也比较高。

中国仓鼠卵巢细胞——CHO细胞(Chinese hamster ovary cell)目前被广泛用于生产各种基因工程蛋白产品。适合用于CHO细胞培养的培养基，根据它的来源及成分的明确程度来划分，其发展大致可分为三个阶段：即天然培养基阶段(直接采用某些组织凝块、生物性液体和组织提取液等作为细胞的培养基)，合成培养基阶段(如MEM,DMEM,RPMI1640,F12等)和无血清培养基阶段。合成培养基通常需在其中添加一些诸如血清(常用的如小牛血清、胎牛血清等，一般在5—15%)等天然的体液性补充物才能较长时间地维持细胞生长。血清的主要作用在于向细胞提供激素(生化因子)、转移蛋白和其它营养物质等。但即使采用低血清培养，还是不能忽视血清带来的问题（如在培养过程中贴壁，不适用于大规模培养）。无血清培养基的优势很大程度上体现在避免了血清的缺点，此外它还具有血清培养难以比拟的优点，如保存和应用方便；使用该种培养基制备的产品易于纯化，提高回收率；成分明确，有利于研究细胞的生理调节机制等。但是，无血清培养基通常含有替代血清的蛋白和脂类，如转铁蛋白、脂类添加剂和胰岛素等，仍然存在一定的污染风险和分离纯化的障碍，成本也比较高。而且，一般一种无血清培养基只适用于一类细胞的培养，容易受到理化因素的影响。

发明内容

本发明是一种无血清无蛋白培养基，能适用于多种不同CHO细胞株生长的全能型培养基，它化学成分明确，无动物来源，其使用不仅将污染的风险降到最小，更有利于下游的分离和纯化。

本发明是在商业化出售的培养基DMEM/F12（可从Sigma,GIBCO等公司购买）基础上进行开发，能够支持细胞生长和稳定传代的无血清无蛋白培养基，可适用于工业规模生产。

无血清无蛋白培养基的组分一般包括葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、微量元素、类固醇激素和相关蛋白替代物，如何对这些成分进行合理设计，是开发和优化无血清无蛋白培养基的关键。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

（1)选择添加可替代生长因子、转铁蛋白和胰岛素的组分如：孕酮、氢化可的松，柠檬酸铁，硫酸锌等物质；

（2)利用统计学实验设计确定各个组分的最佳剂量；

基于以上考虑，本发明的培养基主要由以下几方面的组分构成：

氨基酸：培养基中主要营养物质之一，用于蛋白、核酸以及脂类等物质的合成，还可以通过几个主要的中间代谢节点进入TCA循环，用于能量的生成，并同其他营养物质的代谢相关联。；

无机盐：NaCl维持渗透压平衡，协调共同转运有机大分子进入细胞；K⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Zn²⁺等离子则参予代谢与信号转导以及促进贴壁和细胞增殖；各种阴离子(SO₄ ^2-，NO^3-等)，则主要用于调节转细胞膜势能或作为含硫或氮元素有机分子的前体；

维生素：培养基中主要营养物质之一，维生素在培养基中存在的量很微量，但在细胞代谢中作为细胞功能有机催化剂，起重要的调控作用。

碳水化合物：葡萄糖是主要的碳水化合物，作为主要的碳源和能源物质。

微量元素：微量元素主要起调节、传递和控制的作用，在无血清培养基中的作用尤为重要，如：

Fe：酶和血红素的辅基，是线粒体中呼吸链的组成部分。

Cu：超氧化物歧化酶的辅基，是线粒体中呼吸链的组成部分。

Mg：对ATP酶、激酶等起活化作用。

Zn：酶的辅基。

Co：维生素B12的组成部分。

此外，培养基中还加入酚红用作培养基pH的指示剂，为适合细胞发酵罐中的大规模培养而添加有0.1%的Pluronic F68以消除剪切力的影响。

根据将以上各类物质对细胞生长的不同作用，本发明将以上类别的物质按以下浓度进行设置：

氨基酸的组分和用量：

微量元素及无机盐的组分和用量

维生素的组分和用量

碳水化合物和其他有机分子的组分和用量

附图说明

附图1，不同培养基在相同培养条件下的活细胞密度比较图

附图2，不同培养基在相同培养条件下的细胞存活率比较图。

具体实施方法：

本发明的所有原料供应商采购SIMGMA细胞培养级的原料，并按相关要求储存。本发明所指的无血清无蛋白培养基具体指的是各种营养物质的水溶液，主要用于大规模细胞悬浮培养。处于安全性和污染方面的考虑，细胞培养基在制药工业领域中，一般不允许使用任何动物来源的材料。无血清无蛋白培养基代表该培养基化学成分完全确定，不含来自动物来源的添加剂，无需向该培养基添加蛋白质，如胰岛素、生长因子等。另外该培养基不含水解蛋白，如大豆、小麦、酵母水解物。但本培养基可以与某些植物来源的水解物在一定量的范围内叠加使用，实验证明对于某些产品有较好的效果。

实施例1：

本发明的CHO细胞无血清无蛋白培养基干粉组分和用量如下：

培养基干粉配置方法(1L)：

将1L用量的干粉加入900ml超纯水中，温度35℃左右，搅拌半小时后，加入一定量的氢氧化钠助溶，然后加入浓盐酸和碳酸氢钠，调节PH到6.9～7.4。用0.2um负压过滤，分装于500毫升的玻璃瓶中无菌避光保存。

本发明获得的CHO细胞无血清无蛋白培养基培养的理化性质参数、检测方法和检测结果如表1所示：

表1

检测项目	检测方法	合格培养基标准	实际培养基测量值
				粉末性状	目测	白色或微黄色分散性粉末	微黄色分散性粉末
液体性状	目测	澄清、偏红色	澄清、偏红色
				微生物限度	薄膜过滤法	≤100cfu/100ml	8cfu/100ml
含水量	干燥失重	≤4%	1.5%
				溶解度	溶解实验	可溶，无可见溶解物	可溶，无可见溶解物
内毒	LAL测试	≤20EU/ml	〈5EU/ml
				渗透压摩尔浓度	冰点法	270～350Osm/kg	289Osm/kg
pH	pH计	6.5～7.2	6.9

从检测结果看，配置的液体培养基结果合格，能够用于CHO大规模悬浮细胞培养。

实施例2：

在实施例1无血清无蛋白培养基基础上添加胰岛素和转铁蛋白，其培养基干粉组分和用量如下：

实施例3：

在实施例1无血清无蛋白培养基基础上添加植物来源经超滤后的水解物（分子量小于1000道尔顿），其培养基干粉组分和用量如下：

试验例：不同培养基在相同培养条件下的活细胞密度和细胞存活率的比较

培养条件：如表2所示。

表2

CHO细胞在该发明提及的无蛋白无血清培养基（实施例1）培养得到的数据如表3所示。

表3

CHO细胞在该发明所提及的无蛋白无血清培养基添加转铁蛋白和胰岛素（实施例2）培养得到的数据如表4所示。

表4

CHO细胞在该发明所提及的无蛋白无血清培养基添加水解物（实施例3）培养得到的数据如表5所示。

表5

CHO细胞在该发明提及Sigma Excell325PF无血清培养基培养得到的数据如表6所示。

表6

将上述配制好的三种培养基300ml装入1000ml的摇瓶中，再加入CHO细胞，接种密度为6.0×10⁵细胞/ml，放置CO2培养箱中(CO2为5％)中培养，温度为37℃，每隔24小时取样计数。细胞培养到第6，7天时，活细胞密度达到最高，分别是本发明所提及的无蛋白无血清培养基（实施例1）：73.5×10⁵细胞/ml；本发明所提及的无蛋白无血清培养基添加转铁蛋白和胰岛素（实施例2）：71.9×10⁵细胞/ml;本发明所提及的无蛋白无血清培养基添加水解物（实施例3）：97.5×10⁵细胞/ml;excel325PF无血清培养基50.2×10⁵细胞/ml。

从这三个批次培养的细胞活率看，三种培养基的活率从第4天开始出现下降，但三种培养基的下降趋势基本一致。

结果如图1和图2显示，本发明所提供的培养基效果与该发明培养基添加转铁蛋白和胰岛素基本一致；但添加水解物后，效果明显；另外本发明所提供的培养基明显优于市售的excel325PF无血清培养基。基本达到本发明的目的。

本试验还对CN01132075.3,CN01132225.X,CN01132226.8公开的专利文献中获得的CHO细胞，重复上述试验，最终得到的关于4种培养基培养效果的结论是一致的。

Claims

1.一种支持CHO高密度悬浮培养的无血清无蛋白培养基，其特征在于，培养基组分包括，氨基酸、微量元素及无机盐、维生素、碳水化合物和其他有机分子，其中含有类固醇激素，而不含有转铁蛋白和胰岛素，其中，培养基干粉中各组分和用量如下，

氨基酸的组分和用量，

L-精氨酸 arg 500 ～ 1000mg/l

L-天冬酰胺 asp 200 ～ 400mg/l

L-丙氨酸 ala 3 ～ 30mg/l

L-羟浦氨酸 HYPRO 50 ～ 150mg/L

L-半胱氨酸 CYS 80 ～ 120 mg/l

L-谷氨酸 GLU 250 ～ 350 mg/l

L-组氨酸 his 100 ～ 300mg/L

L-异亮氨酸 IIE 400 ～ 550 mg/l

L-甘氨酸 GLY 30 ～ 55 mg/l

L-天冬氨酸 ASN 80 ～ 160 mg/l

L-亮氨酸 leu 500 ～ 1000 mg/l

L-赖氨酸 lys 500 ～ 1000 mg/l

L-蛋氨酸 met 50 ～ 250 mg/l

L-苯丙氨酸 phe 200 ～ 400 mg/l

L-脯氨酸 pro 500 ～ 1000 mg/l

L-丝氨酸 SER 500 ～ 1000 mg/l

L-苏氨酸 thr 200 ～ 500 mg/l

L-色氨酸 trp 50 ～ 100 mg/l

L-酪氨酸 tyr 100 ～ 300 mg/l

L-缬氨酸 val 300 ～ 500 mg/l

微量元素及无机盐的组分和用量，

AlCl₃·6H₂O 0.5 ～ 2.5mg/L

AgNO₃ 0.02 ～ 0.045mg/L

CoCl₂·6H₂O 0.05 ～ 0.3mg/L

CuSO₄·5H₂O 0.002 ～ 0.004mg/L

KBr 0.0005 ～ 0.0008mg/L

FeSO₄·7H₂O 0.5 ～ 1.5mg/L

Na₂SiO₃ 0.005 ～ 0.045mg/L

LiCl 0.0005 ～ 0.001mg/L

NiCl₂·6H₂O 0.02 ～ 0.25mg/L

SnCl₂·2H₂O 2.00 ～ 8.00mg/L

ZnSO₄·7H₂O 0.5 ～ 2.5mg/L

CaCl₂ 20～50mg/L

KCl 200 ～ 500mg/L

NaCl 4000 ～ 6000mg/L

柠檬酸铁 20 ～ 100mg/L

维生素的组分和用量，

氢化可的松 0.001 ～ 0.003 mg/L

维生素C 10 ～ 25mg/L ；

维生素B6 0.01 ～ 0.2mg/L

维生素B12 0.01 ～ 0.5mg/L

生物素 0.05 ～ 0.18mg/L

叶酸 0.02 ～ 8.00mg/L

核黄素B2 0.1 ～ 0.15mg/L

氯化胆碱 40 ～ 100 mg/L

烟酰胺B3 10 ～ 25mg/L

泛酸钙 2.0 ～ 8.5mg/L

碳水化合物和其他有机分子的组分和用量，

肌醇 700 ～ 1000mg/L

甲醇胺 1.0 ～ 10.0 mg/L

乙醇胺 10.0 ～ 30.0 mg/L

硫胺素（B1） 5.0 ～ 20.0 mg/L

还原型谷胱甘肽 0.5 ～ 2.5mg/L

腺嘌呤 5.5 ～ 8.5mg/L

鸟嘌呤 5.5 ～ 8.5mg/L

尿嘧啶 5.5 ～ 8.5mg/L

胸腺嘧啶 0.25 ～ 1.5mg/L

胞嘧啶 5.5 ～ 8.5mg/L

核糖 2.0 ～ 8.5mg/L

脱氧核糖 2.0 ～ 8.5mg/L

酚红 0.001 ～ 0.005mg/L

地塞米松 0.01～0.05mg/L

孕酮 2.0 ～ 8.5mg/L

亚油酸 0.05 ～ 0.50ul/L

亚麻酸 0.005 ～ 0.050ul/L

硬脂酸 0.005 ～ 0.050mg/L

棕榈油酸 0.05 ～ 0.50ul/L

油酸钠 0.005 ～ 0.050mg/L

豆蔻酸钠 0.005 ～ 0.050mg/L。

2.根据权利要求1所述的无血清无蛋白培养基，其特征在于，培养基干粉中各组分和用量如下，

L-精氨酸 arg 832mg/l

L-天冬酰胺 asp 300 mg/l

L-丙氨酸 ala 4.0mg/l

L-羟浦氨酸 hypro 109 mg/l

L-半胱氨酸 cys 70 mg/l

L-谷氨酸 glu 290 mg/l

L-组氨酸 his 216 mg/l

L-异亮氨酸 iie 440 mg/l

L-甘氨酸 gly 34 mg/l

L-天冬氨酸 asn 97 mg/l

L-亮氨酸 leu 545 mg/l

L-赖氨酸 lys 587 mg/l

L-蛋氨酸 met 139 mg/l

L-苯丙氨酸 phe 240 mg/l

L-脯氨酸 pro 588 mg/l

L-丝氨酸 ser 733 mg/l

L-苏氨酸 thr 320 mg/l

L-色氨酸 trp 95 mg/l

L-酪氨酸 tyr 195 mg/l

L-缬氨酸 val 388 mg/l

AlCl₃·6H₂O 2.0mg/L

AgNO₃ 0.032mg/L

CoCl₂·6H₂O 0.015mg/L

CuSO₄·5H₂O 0.002mg/L

KBr 0.0006mg/L

FeSO₄·7H₂O 0.8mg/L

Na₂SiO₃ 0.025mg/L

LiCl 0.0055mg/L

NiCl₂·6H₂O 0.02mg/L

SnCl₂·2H₂O 3.00mg/L

ZnSO₄·7H₂O 1.5mg/L

CaCl₂30mg/l

KCl 300mg/l

NaCl 4500mg/l

柠檬酸铁 30mg/l

无水葡萄糖 3000 mg/L

次黄嘌呤 0.055mg/L

肌醇 800mg/L

甲醇胺 5mg/l

乙醇胺 15.3mg/L

硫胺素（B1） 9.0 mg/L

氢化可的松 0.002 mg/L

维生素C 16mg/L ；

维生素B6 0.14mg/L

维生素B12 0.4 mg/L

生物素 0.15mg/L

叶酸 2.4mg/L

核黄素B2 0.12mg/L

氯化胆碱 80mg/L

烟酰胺B3 12mg/L

泛酸钙 6.5mg/L

还原型谷胱甘肽 1.5mg/L

腺嘌呤 6.5mg/L

鸟嘌呤 6.3mg/L

尿嘧啶 7.5mg/L

胸腺嘧啶 0.9mg/L

胞嘧啶 5.5mg/L

核糖 8.0mg/L

脱氧核糖 5.5mg/L

酚红 0.003 mg/L

地塞米松 0.02mg/L

孕酮 5.5mg/L

亚油酸 0.15ul/L

亚麻酸 0.025ul/L

硬脂酸 0.025mg/L

棕榈油酸 0.25ul/L

油酸钠 0.025mg/L

豆蔻酸钠 0.025mg/L。

3.权利要求1或2所述的培养基配置方法，其特征在于，

a.将单位体积的培养基干粉加入90%单位体积的超纯水中，设置温度35℃左右，搅拌半小时，

b.加入一定量的氢氧化钠助溶，然后加入浓盐酸和碳酸氢钠，调节PH到6.9-7.4,

c.用0.2um负压过滤，无菌避光保存。