CN106399224B - 无血清无蛋白细胞培养基 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物技术领域，具体来说是一种无血清无蛋白细胞培养基；本发明的目的是提供一种适合于多种不同细胞生长的无血清无蛋白培养基；其具体技术方案包括氨基酸，维生素，无机盐和微量元素，碳水化合物和其它化学物的成分；本发明无血清无蛋白细胞培养基制作成本低廉，批次间的质量稳定，活细胞密度和细胞存活率较高，适用于用于重组蛋白和疫苗生产的细胞。

Description

无血清无蛋白细胞培养基
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体来说是一种无血清无蛋白细胞培养基。
背景技术
动物细胞已被广泛用于重组蛋白药物和疫苗的生产，培养基是动物细胞大规模培养的关键技术。用传统的培养基培养细胞，需要在传统培养基中加入5-10％的血清。血清价格昂贵，容易被病毒和支原体感染，每批次间的质量存在差异，血清中含有大量的蛋白质，给重组蛋白细胞产品的分离纯化带来很大的困难。为了克服以上难题，科学家们对血清中各成分在细胞培养中的作用的研究发现，血清中的胰岛素，转铁蛋白和其他生长因子是促进细胞生长的主要成分，研发出用胰岛素、转铁蛋白和其他生长因子替代血清的无血清培养基。由于这些生长因子主要是从血清中提取或者是用基因重组技术生产的，价格昂贵，每批次间的质量也存在差异，大大地限制了此类无血清培养基的大规模生产应用。基于此，无血清无蛋白培养基的研究就成为细胞培养领域中的一项重要课题。无血清无蛋白培养基使培养基的所有成分可以完全实现使用成分界定的无动物源的化学物，保证培养基批次间的质量稳定，大大降低生产成本，简化下游分离纯化的步骤，避免外源传染性海绵状脑病，外源病毒和外源支原体的污染，实现大规模的生产应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于多种不同细胞生长的无血清无蛋白培养基。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：无血清无蛋白细胞培养基，包括氨基酸，维生素，无机盐和微量元素，碳水化合物和其它化学物的成分，所述微量元素尤其包含锌盐和螯合铁，所述锌盐为以下3种锌盐中的任何一种或几种：I.盐酸锌ZnCl2，II.硫酸锌ZnSO4-7H2O，III.硝酸锌Zn(NO3)2-6H2O，其在每升培养基中的含量分别如下:
ZnCl2 1–100μM
ZnSO4-7H2O 1–100μM
Zn(NO3)2-6H2O 1–100μM
所述螯合铁为以下3种螯合铁中的任何一种或几种：I.柠檬酸铁铵Ferricammonium citrate or Ammonium iron(III)citrate，II.柠檬酸铁Ferric citrate oriron(III)citrate，III.乙二胺四乙酸铁钠盐Ethylenediaminetetraacetic acid Iron(III)sodium salt，其在每升培养基中的含量分别如下：
柠檬酸铁铵 1–500mg/L
柠檬酸铁 1–500μM
乙二胺四乙酸铁钠盐 1–500μM
所述氨基酸的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure GDA0002639755400000021
Figure GDA0002639755400000031
所述维生素的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure GDA0002639755400000032
Figure GDA0002639755400000041
所述无机盐和微量元素的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure GDA0002639755400000042
所述碳水化合物和其它化学物的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure GDA0002639755400000051
进一步的：所述无血清无蛋白细胞培养基还含有脂类和脂类载体，所述脂类的成分及其在每升培养基中的含量如下：
胆固醇 1–20mg/L
所述脂类载体是甲基-β-环糊精，其在每升培养基中的含量为1–5000mg/L。
本发明的有益技术效果是：本发明无血清无蛋白细胞培养基所有成分都是化学界定的并且都来自无动物源的化学物。本发明无血清无蛋白细胞培养基使用后活细胞密度和细胞成活率明显效果优异，适用于用于重组蛋白和疫苗生产的细胞，尤其是CHO，NS0，Sp2/0，PerC.6，Cap，BHK，HEK293，Expi293，HT1080，Hela，MDCK，Vero细胞，可以很好的提高重组蛋白和疫苗生产的稳定性，降低生产成本，减少污染风险。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
无血清无蛋白细胞培养基，包括氨基酸，维生素，无机盐和微量元素，碳水化合物和其他化学物，具体成分浓度含量如下所示：
氨基酸的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000061
Figure GDA0002639755400000071
维生素的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000072
Figure GDA0002639755400000081
无机盐和微量元素的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000082
其它微量元素及其在每升培养基中的含量：
ZnCl2 1–100μM
或者ZnSO4-7H2O 1–100μM
或者Zn(NO3)2-6H2O 1–100μM
其它微量元素及其在每升培养基中的含量：
柠檬酸铁铵 1–500mg
或者柠檬酸铁 1–500μM
或者乙二胺四乙酸铁钠盐 1–500μM
碳水化合物和其它化学物的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000091
实施例2：
无血清无蛋白细胞培养基，其具体成分浓度含量如下所示：
氨基酸浓缩液：
Figure GDA0002639755400000092
Figure GDA0002639755400000101
维生素浓缩液：
Figure GDA0002639755400000111
无机盐：
Figure GDA0002639755400000112
微量元素浓缩液：
CuSO4-7H2O 124.84mg/L
MnCl2-4H2O 98.955mg/L
Na2SeO3 17.294mg/L
其它微量元素浓缩液：
ZnCl2 68.15mg/L
或者ZnSO4-7H2O 143.78mg/L
或者Zn(NO3)2-6H2O 148.745mg/L
其它微量元素浓缩液：
柠檬酸铁铵 1g/L
或者柠檬酸铁 244.94mg/L
或者乙二胺四乙酸铁钠盐 367.05mg/L
碳水化合物和其它化学物：
Figure GDA0002639755400000121
其它化学物浓缩液：
次黄嘌呤 1.361g/L
胸腺嘧啶脱氧核苷 242.23mg/L
其它化学物浓缩液：
氯化胆碱 2g/L
肌醇 500mg/L
氯化乙醇胺 100mg/L
上述实施例2中无血清无蛋白细胞培养基，其具体制备方法为:
步骤1：培养基配制，将无血清无蛋白细胞培养基的成分按照不同的组分配制成不同的浓缩液，
10倍的氨基酸浓缩液：
Figure GDA0002639755400000131
Figure GDA0002639755400000141
200倍的维生素浓缩液：
Figure GDA0002639755400000142
1倍无机盐：
Figure GDA0002639755400000151
1000倍的微量元素浓缩液：
CuSO4-7H2O 124.84mg/L
MnCl2-4H2O 98.955mg/L
Na2SeO3 17.294mg/L
100倍其它微量元素浓缩液：
ZnCl2 68.15mg/L
或者ZnSO4-7H2O 143.78mg/L
或者Zn(NO3)2-6H2O 148.745mg/L
100倍其它微量元素浓缩液：
柠檬酸铁铵 1g/L
或者柠檬酸铁 244.94mg/L
或者乙二胺四乙酸铁钠盐 367.05mg/L
1倍碳水化合物和其它化学物：
Figure GDA0002639755400000161
100倍其它化学物浓缩液：
次黄嘌呤 1.361g/L
胸腺嘧啶脱氧核苷 242.23mg/L
100倍其它化学物浓缩液:
氯化胆碱 2g/L
肌醇 500mg/L
氯化乙醇胺 100mg/L
步骤2：将以上成分按1倍的用量加入到含有500ml去离子水的1L烧杯中并混匀，再加入去离子水定容至1L；
步骤3：用5N NaOH或者5N HCl调节pH至7.30，用NaCl调节渗透压至295mOsm/L；
步骤4：:用0.22μM的过滤膜除菌。
本实施例无血清无蛋白细胞培养基尤其适用于HEK293细胞，本实施例HEK293细胞在不同配方的无血清无蛋白细胞培养基中的批次悬浮培养及其实验数据见表1和表2。
培养条件和实验方法：在125ml的振荡培养瓶中分别加入30ml不同配方的无血清无蛋白细胞培养基，放入37℃含有5％二氧化碳的培养箱中，以每分钟120转摇床培养6天，每天取样用Trypan blue血球计数法记录活细胞密度(x 10E6 cells/ml)和细胞存活率(％)。
表1:
Figure GDA0002639755400000171
表2:
Figure GDA0002639755400000172
Figure GDA0002639755400000181
实施例3：
无血清无蛋白细胞培养基及其制备方法，具体如下：
步骤1：将无血清无蛋白细胞培养基的成分按照不同的组分配制成不同的浓缩液：
10倍的氨基酸浓缩液：
Figure GDA0002639755400000182
Figure GDA0002639755400000191
200倍的维生素浓缩液：
Figure GDA0002639755400000192
1倍无机盐：
Figure GDA0002639755400000201
1000倍的微量元素浓缩液：
CuSO4-7H2O 124.84mg/L
MnCl2-4H2O 98.955mg/L
Na2SeO3 17.294mg/L
100倍其它微量元素浓缩液：
ZnCl2 68.15mg/L
或者ZnSO4-7H2O 143.78mg/L
或者Zn(NO3)2-6H2O 148.745mg/L
100倍其它微量元素浓缩液：
柠檬酸铁铵 1g/L
或者柠檬酸铁 244.94mg/L
或者乙二胺四乙酸铁钠盐 367.05mg/L
1倍碳水化合物和其它化学物：
Figure GDA0002639755400000211
100倍其它化学物浓缩液：
次黄嘌呤 1.361g/L
胸腺嘧啶脱氧核苷 395.57mg/L
100倍其它化学物浓缩液:
氯化胆碱 2g/L
肌醇 500mg/L
氯化乙醇胺 100mg/L
步骤2：将以上成分按1倍的用量加入到含有500ml去离子水的1L烧杯中并混匀，再加入去离子水定容至1L；
步骤3：用5N NaOH或者5N HCl调节pH至7.30，用NaCl调节渗透压至295mOsm/L；
步骤4：最后用0.22μM的过滤膜除菌。
本实施例无血清无蛋白细胞培养基尤其适用于CHO细胞，本实施例CHO细胞在不同配方的无血清无蛋白细胞培养基中的批次悬浮培养及其实验数据见表3和表4。
培养条件和实验方法：在125ml的振荡培养瓶中分别加入30ml不同配方的无血清无蛋白细胞培养基，放入37℃含有5％二氧化碳的培养箱中，以每分钟120转摇床培养6天，每天取样用Trypan blue血球计数法记录活细胞密度(倍10E6 cells/ml)和细胞存活率(％)。
表3
Figure GDA0002639755400000221
表4
Figure GDA0002639755400000222
Figure GDA0002639755400000231
实施例4：
无血清无蛋白细胞培养基，成分包括氨基酸，维生素，无机盐和微量元素，碳水化合物和其它化学物，脂类和脂类载体。其具体浓度设置如下：
氨基酸的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000232
Figure GDA0002639755400000241
维生素的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000242
无机盐和微量元素的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000243
Figure GDA0002639755400000251
其它微量元素及其在每升培养基中的含量：
柠檬酸铁铵 1–500mg/L
或者柠檬酸铁 1–500μM
或者乙二胺四乙酸铁钠盐 1–500μM
碳水化合物和其它化学物的成分及其在每升培养基中的含量：
Figure GDA0002639755400000252
Figure GDA0002639755400000261
脂类的成分及其在每升培养基中的含量：
胆固醇 1–20mg/L
脂类载体的成分及其在每升培养基中的含量：
甲基-β-环糊精 1–5000mg/L
本实施例无血清无蛋白细胞培养基，具体制备方法如下：
步骤1：将各成分按照不同的组分配制成不同的浓缩液：
10倍的氨基酸浓缩液：
Figure GDA0002639755400000262
Figure GDA0002639755400000271
200倍的维生素浓缩液：
Figure GDA0002639755400000272
Figure GDA0002639755400000281
1倍无机盐：
Figure GDA0002639755400000282
100倍ZnCl2浓缩液：
ZnCl2 68.15mg/L
1000倍的微量元素浓缩液：
CuSO4-7H2O 124.84mg/L
MnCl2-4H2O 98.955mg/L
Na2SeO3 17.294mg/L
100倍其它微量元素浓缩液：
柠檬酸铁铵 1g/L
或者柠檬酸铁 244.94mg/L
或者乙二胺四乙酸铁钠盐 367.05mg/L
1倍碳水化合物和其它化学物：
Figure GDA0002639755400000291
100倍其它化学物浓缩液：
次黄嘌呤 680.55mg/L
胸腺嘧啶脱氧核苷 121.12mg/L
100倍其它化学物浓缩液:
氯化胆碱 2g/L
肌醇 500mg/L
氯化乙醇胺 100mg/L
1000倍脂类浓缩液:
胆固醇 5g/L
1倍脂类载体：
甲基-β-环糊精 75mg/L
步骤2：将以上成分按1倍的用量加入到含有500ml去离子水的1L烧杯中并混匀，再加入去离子水定容至1L；
步骤3：用5N NaOH或者5N HCl调节pH至7.30，用NaCl调节渗透压至295mOsm/L；
步骤4：最后用0.22μM的过滤膜除菌。
本实施例无血清无蛋白细胞培养基尤其适用于Mouse myeloma细胞，本实施例Mouse myeloma细胞在不同配方的无血清无蛋白细胞培养基中的批次悬浮培养及其实验数据见表5。
培养条件和实验方法：在125ml的振荡培养瓶中分别加入30ml含有1.柠檬酸铁铵，2.柠檬酸铁，3.乙二胺四乙酸铁钠盐的无血清无蛋白细胞培养基，放入37℃含有5％二氧化碳的培养箱中，以每分钟100转摇床培养6天，每天取样用Trypan blue血球计数法记录活细胞密度(倍10E6 cells/ml)和细胞存活率(％)。
表5
Figure GDA0002639755400000301
无血清无蛋白细胞培养基各成分具体作用以及原理表达如下：
氨基酸：氨基酸是构成蛋白质的主要成分，同时通过氨基酸的代谢为细胞的生长提供能源。细胞培养基中的氨基酸主要包括21种，其中9种必须氨基酸：L-组氨酸，L-异亮氨酸，L-亮氨酸，L-赖氨酸，L-蛋氨酸，L-苯丙氨酸，L-苏氨酸，L-色氨酸，L-缬氨酸和12种非必须氨基酸：L-丙氨酸，L-精氨酸，L-天冬酰胺，L-天冬氨酸，L-半胱氨酸，L-胱氨酸，L-谷氨酸，L-谷氨酰胺，L-甘氨酸，L-脯氨酸，L-丝氨酸，L-酪氨酸。由于谷氨酰胺在培养基中的不稳定性，常用相同摩尔浓度的L-丙氨酰-L-谷氨酰胺取代L-谷氨酰胺。CHO细胞是脯氨酸缺陷型细胞，CHO细胞的生长需要脯氨酸。由于传统细胞培养基中的氨基酸浓度过低，传统细胞培养基只能支持低细胞密度的贴壁培养，要支持高细胞密度的悬浮培养，必须大幅提高培养基中的氨基酸浓度，同时保证各氨基酸浓度的平衡，避免因某种氨基酸的耗尽限制细胞的生长和重组蛋白的表达。
维生素：维生素是细胞生长和代谢中许多重要酶的辅基和辅酶，细胞培养基中的维生素主要是B族维生素包括：泛酸钙，烟酰胺，盐酸吡哆醇，盐酸硫胺，维生素B12，生物素，叶酸，核黄素等。
无机盐：无机盐对维持细胞膜的渗透压，对营养物质通过细胞膜起着重要的调节作用。培养基中的无机盐主要包括：Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl-，HPO42-，HCO3-等，其中磷是构成DNA和RNA的重要元素，HCO3-起到培养基PH的调节作用。
微量元素：微量元素是细胞生长和代谢中许多重要酶的辅基，培养基中的微量元素主要包括：Fe，Zn，Cu，Mn，Se等。
碳水化合物：碳水化合物主要是为细胞的生长提供能源，为氨基酸，DNA的合成提供前体物质，细胞培养基中的碳水化合物主要是葡萄糖。
其它化学物：培养基中还含有一些其它化学物，次黄嘌呤，胸腺嘧啶脱氧核苷是DNA补救合成途径中的主要前体物，氯化胆碱、肌醇和氯化乙醇胺是构成细胞膜磷脂的重要成分，丙酮酸钠和柠檬酸钠能快速进入细胞的代谢并且对培养基起到稳定的作用，在培养基中加入葡聚糖硫酸钠可以减少细胞在高细胞密度悬浮培养中的细胞聚团。在培养基中加入表面活性剂Kolliphor p188可以降低细胞在悬浮培养过程中所产生的剪切力对细胞的损伤。由于葡聚糖硫酸钠和表面活性剂Kolliphor p188会降低细胞的附着(效果)能力，对于培养贴壁和附着生长的细胞，应除去无血清无蛋白细胞培养基中的葡聚糖硫酸钠和表面活性剂Kolliphor p188。
锌盐和螯合铁：血清中的胰岛素和转铁蛋白是促进细胞生长的主要生长因子，锌离子(Zn2+)具有调节葡萄糖代谢的功能，可以替代胰岛素。螯合铁：柠檬酸铁铵或者柠檬酸铁或者乙二胺四乙酸铁钠盐能有效地把铁离子传递给细胞，可以替代转铁蛋白。
脂类：Mouse myeloma细胞是胆固醇缺陷型细胞，Mouse myeloma细胞的生长需要胆固醇。
脂类载体：培养基中的脂类载体是甲基-β-环糊精，在培养基中加入脂类载体可以使细胞更好的利用脂类。
本发明无血清无蛋白细胞培养基使用后活细胞密度和细胞成活率明显效果优异，适用于用于重组蛋白和疫苗生产的细胞，尤其是CHO，NS0，Sp2/0，PerC.6，Cap，BHK，HEK293，Expi293，HT1080，Hela，MDCK，Vero细胞，可以很好的提高重组蛋白和疫苗生产的稳定性，降低生产成本，减少污染风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.无血清无蛋白细胞培养基，其特征在于，包括氨基酸，维生素，无机盐和微量元素，碳水化合物和其它化学物的成分，所述微量元素包含锌盐和螯合铁，所述锌盐为以下3种锌盐中的任何一种或几种：I.盐酸锌ZnCl2，II.硫酸锌ZnSO4-7H2O，III.硝酸锌Zn(NO3)2-6H2O，其在每升培养基中的含量分别如下:
ZnCl2 1–100μM
ZnSO4-7H2O 1–100μM
Zn(NO3)2-6H2O 1–100μM
所述螯合铁为柠檬酸铁铵Ferric ammonium citrate or Ammonium iron(III)citrate，其在培养基中的含量为：10mg/L
所述氨基酸的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure FDA0002638234570000011
Figure FDA0002638234570000021
所述维生素的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure FDA0002638234570000022
Figure FDA0002638234570000031
所述无机盐和微量元素的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure FDA0002638234570000032
所述碳水化合物和其它化学物的成分及其在每升培养基中的含量如下：
Figure FDA0002638234570000033
Figure FDA0002638234570000041
2.根据权利要求1所述的无血清无蛋白细胞培养基，其特征在于，所述无血清无蛋白细胞培养基还含有脂类和脂类载体，所述脂类的成分及其在每升培养基中的含量如下：
胆固醇 1–20mg/L
所述脂类载体是甲基-β-环糊精，其在每升培养基中的含量为75mg/L。
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