CN111304151A

CN111304151A - 一种大规模细胞培养的方法

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Publication number: CN111304151A
Application number: CN202010150654.8A
Authority: CN
Inventors: 李慧伦; 方想元; 袁晔; 袁建华
Original assignee: Guangzhou Jet Bio Filtration Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Jet Bio Filtration Co Ltd
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种大规模细胞培养的方法。本发明公开了一种大规模细胞培养的方法，该方法通过对细胞培养液进行灌流，并控制细胞培养液的灌流速度，使得细胞的营养物质得到连续补充，无需反复操作，可以一次性收获大量细胞，实现了细胞的高密度培养。

Description

一种大规模细胞培养的方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种大规模细胞培养的方法。

背景技术

生物医药产业的飞速发展，通过动物细胞在体外大规模培养来表达特定的蛋白、单克隆抗体、干扰素及病毒疫苗制品已成为当下应用最广泛的技术之一。目前用于细胞体外大规模培养主要通过大容量的细胞培养瓶、转瓶、多层细胞培养装置、生物反应器等装置通过多次转瓶培养实现，例如一个850毫升的细胞培养瓶，单次可以收获细胞10⁷个，一次治疗约需要细胞的数量为2×10⁹个，850ml细胞培养瓶需要反复多次培养200瓶左右，需要反复操作，耗时耗力，且培养过程均为静态培养，不能实时更新培养液，从而无法一次培养收获大量细胞。

发明内容

本发明提供了一种大规模细胞培养的方法，解决了现有的细胞体外大规模培养方法需多次转瓶，反复操作，且培养过程均为静态培养，不能实时更新培养液，从而无法一次培养收获大量细胞。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种大规模细胞培养的方法，包括以下步骤：

步骤1：向培养液收集瓶加入细胞培养液；

步骤2：将细胞通过进液管由进液室接种至动态细胞培养器的培养腔内，启动蠕动泵，将所述细胞培养液充满所述动态细胞培养器，关闭所述蠕动泵，进行静态孵育；

步骤3：启动所述蠕动泵，向所述静态孵育后的所述动态细胞培养器中持续灌注细胞培养液进行动态孵育；

步骤4：将步骤3所述动态孵育后的所述动态细胞培养器中的液体通过出液管排出，收集细胞；

步骤3所述蠕动泵的转速为0.1～3rpm。

需要说明的是，本申请大规模细胞培养的方法是基于公开号为CN109266548A的专利“一种动态细胞培养器及细胞培养系统”中的动态细胞培养器进行的。

本发明中，步骤1之前，还包括：根据动态细胞培养器培养腔的体积来确定步骤1中所需细胞培养液总体积(静态孵育和动态孵育)和步骤3中动态培养灌注所需细胞培养液的灌流体积。如表1所示，不同规格的动态细胞培养器加入的灌流体积不同。本发明在静态孵育和动态孵育过程中，细胞培养液需充满细胞培养器的培养腔。

本发明确定了所需细胞培养液体积后，还包括：确定所需细胞数量。

所述确定所需细胞数据包括两种方法：

1)与现有技术中同规格细胞工厂培养时所接种细胞数量一致。

2)细胞接种量＝X个/cm²×培养面积(cm²)。

本发明中，细胞的接种量为0.5～50×10⁷个。动态细胞培养器培养腔的层数不同，细胞的接种量也不同，具体参见表1。

表1 不同规格动态细胞培养器培养细胞参数参考值

确定所需细胞数量后，还包括：取生长良好的细胞，制备细胞悬液。

本发明中，所述细胞悬液的细胞活率为95％以上。

本发明制备细胞悬液后，进行细胞接种前准备操作：向培养液收集瓶中加入细胞培养液。

上述细胞培养液可以为本领域公知的细胞培养液，且细胞培养液与所培养的细胞对应，例如，Vero细胞细胞培养液：含10％胎牛血清DMEM。

本发明培养液收集瓶的瓶盖可穿插导管。本发明提供的培养液收集瓶和瓶盖均为广州洁特生物过滤股份有限公司提供，此处对培养液收集瓶的结构不做赘述。

本发明导管包括出液管和进液管。进液管分为二段，第一段第一端与第二段的第二端分别通过进液管接口公接头A与进液管接口无接头a连通，第一段的第二端为出液端，与动态细胞培养器的进液口连通，第二段的第一端为进液端，与培养液收集瓶连通。进液管分为二段，第一段第一端与第二段的第二端分别通过出液管接口母接头B与出液管接口公接头b连通，第一段第二端为进液端，与动态细胞培养器的出液口连通，第二段的第一端为出液端，与培养液收集瓶连通。

本发明进液管接口无接头a处有接种口。本发明使用的进液管和出液管均为市购(进液管和出液管为食品级国产硅胶管)，此处进液管和出液管的结构不做赘述。

本发明细胞接种前准备操作还包括：将进液管的进液端和出液管的出液端穿过培养液收集瓶的瓶盖插入培养液收集瓶内，使得细胞培养液没过进液管的进液端；将进液管接口公接头A与进液管接口无接头a拧紧，将出液管接口母接头B与出液管接口公接头b拧紧。

本发明细胞接种前准备操作均需在生物安全柜下进行。

细胞接种前准备操作完成后，将细胞通过进液管由进液室接种至动态细胞培养器的培养腔内。所述接种的方法具体为：使用夹子夹住接种口与出液管进液端之间的位置，防止后续从接种口注射的细胞悬液从进液管进入培养液收集瓶中；使用注射器从接种口注入细胞悬液，让细胞悬液通过进液管流入进液室进入动态细胞培养器的培养腔内，注射完闭，松开夹子。

细胞接种完成之后，启动蠕动泵，将所述细胞培养液充满所述动态细胞培养器。具体为：将进液管与蠕动泵连接，形成封闭回路，启动蠕动泵，将培养液收集瓶中的细胞培养液泵入动态细胞培养器的培养腔中，细胞培养液泵入的同时需轻轻摇匀动态细胞培养器，使细胞悬液与细胞培养液混合均匀。待细胞培养液充满培养腔后，关闭蠕动泵，使用夹子将进液管和出液管夹紧，防止培养腔内的溶液流出。

本发明中，细胞培养液泵入动态细胞培养器中的蠕动泵的转速为20～100rpm，优选为60～70rpm。

接着，将动态细胞培养器进行静态孵育。静态孵育具体为：将动态细胞培养器放在37℃、5％CO₂培养箱中孵育5～8h，优选为6h。其中，在静态孵育的第1～2h每隔8～30min将所述动态细胞培养器翻转一次，使得细胞能够充分在动态细胞培养器的底面和顶面贴壁生长，提高了动态细胞培养器的使用率。

为了解决细胞高密度时营养供应不足的问题。本发明在培养静态孵育结束后，还需对动态细胞培养器持续灌注细胞培养液进动态孵育，操作方法具体为：将进液管与蠕动泵连接，形成封闭回路，松开进液管和出液管的夹子，启动蠕动泵，使细胞培养液在动态细胞培养器中持续灌流。

动态孵育过程中可以加入促进细胞增殖的扩增培养液对细胞进行动态孵育，该扩增培养液为本领域公知的用于增殖的细胞培养液，且细胞培养液与所培养的细胞对应，以Vero细胞为例，扩增培养液为：含10％胎牛血清的DMEM、大豆水解乳蛋白和GlutaMAX-I。

本发明动态孵育可以采用以下两种方式进行：

第一种：静态孵育结束后，向培养液收集瓶中加入扩增培养液，然后对细胞培养器持续灌注培养液进行动态孵育；

第二种：静态孵育结束后，对细胞培养器持续灌注培养液进行动态孵育18h后，再向培养液收集瓶中加入扩增培养液，继续进行动态孵育30～54h；

本发明优选采用第二种动态孵育方法，第二种方法可以使细胞充分吸收营养物质后再进行扩增，从而增殖得到的细胞数量会较多。

本发明中，灌流过程中的蠕动泵的转速为0.1～3rpm，优选为1.5～3rpm；动态细胞培养器在进行灌流的同时在37℃、5％CO₂培养箱中孵育；所述动态孵育的时间为48h～72h，优选为48h或72h。

本发明中，若需要培养更高密度的细胞，可以在灌流的同时定时更换培养液收集瓶内的细胞培养液，保证营养供应充足。

动态孵育结束后，取培养腔中的上清液进行细胞计数，按下述公式计算细胞贴壁率：

采用本发明细胞培养方法，培养6小时细胞贴壁率达到90％以上，24小时细胞贴壁率达到100％。

动态孵育结束后，将动态细胞培养器培养腔中的液体通过出液管排出，收集细胞。

所述收集细胞具体为：向动态细胞培养器中泵入PBS缓冲液对培养腔进行清洗，把残留的细胞培养液清洗干净；排净培养液收集瓶内的液体，并加入终止液；通过接种口向培养腔内注入胰酶消化液，然后将动态细胞培养器放在37℃培养箱中孵育2～5min；轻轻拍打动态细胞培养器，观察细胞是否呈流沙一样下掉落，若呈流沙一样掉落，将进液管与蠕动泵连接，启动蠕动泵，将终止液泵入培养腔中，终止胰酶的消化，将培养腔内的液体从出液管排出，收集得到扩增后的细胞。

本发明胰酶消化液的体积为20～200mL，终止液的体积为100～1000mL。

本发明动态细胞培养器培养腔为1～10层，培养72小时收获细胞量为4500万～69000万个，96小时收获细胞量为6000万～90000万个，是同样接种量的细胞工厂的两倍。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种大规模细胞培养的方法，包括以下步骤：步骤1：向培养液收集瓶加入细胞培养液；步骤2：将细胞通过进液管由进液室接种至动态细胞培养器的培养腔内，启动蠕动泵，将所述细胞培养液充满所述动态细胞培养器，关闭所述蠕动泵，进行静态孵育；步骤3：启动所述蠕动泵，向所述静态孵育后的所述动态细胞培养器中持续灌注所述细胞培养液进行动态孵育；步骤4：将步骤3所述动态孵育后的所述动态细胞培养器中的液体通过出液管排出，收集细胞；步骤3所述蠕动泵的转速为0.1～3rpm。

本发明提供的大规模细胞培养方法中，通过对细胞培养液进行灌流，并控制细胞培养液的灌流速度，使得细胞的营养物质得到连续补充，无需反复操作，可以一次性收获大量细胞，实现了细胞的高密度培养。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1中Vero细胞采用动态细胞培养器大规模培养的细胞增殖曲线图；

图2为本发明实施例1Vero细胞采用动态细胞培养器大规模培养72h和对比例1Vero细胞采用10层细胞工厂大规模培养72h的细胞数量对比图；

图3为本发明实施例1Vero细胞采用动态细胞培养器大规模培养96h和对比例1Vero细胞采用10层细胞工厂大规模培养96h的细胞数量对比图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，Vero细胞购自中山大学细胞库；10％胎牛血清DMEM(Gibco)购自上海依科赛生物制品有限公司。

实施例1

本实施例为Vero细胞大规模培养的具体实施例

1、动态细胞培养器的培养腔为10层；

细胞培养液A(1L)为：含10％胎牛血清的DMEM；细胞培养液B(1L)为：含10％胎牛血清的DMEM、10g/L大豆水解乳蛋白和20ml GlutaMAX-I；

所需细胞培养液A和细胞培养液B的体积均为1000mL。

2、在倒置显微镜下观察细胞形态，选取生长良好的细胞，将其制成细胞悬液并用台盼蓝染色液按1：1进行染色计数，其细胞活率需要达到95％以上，接种细胞量为9×10⁷个细胞，并对该细胞悬液稀释到50mL。

3、细胞接种前准备操作：1)向培养液收集瓶中加入1000mL细胞培养液A；2)将进液管的进液端和出液管的出液端插过培养液收集瓶的瓶盖，使得细胞培养液A没过进液管的进液端，然后将瓶盖套在培养液收集瓶上拧紧；3)将进液管接口公接头A与进液管接口无接头a拧紧，将出液管接口母接头B与出液管接口公接头b拧紧。

4、细胞接种操作：1)使用夹子夹住接种口与出液管进液端之间的位置，防止后续从接种口注射的细胞悬液从进液管进入培养液收集瓶中；2)使用50mL注射器，吸取细胞悬液从接种口注入细胞悬液，让细胞悬液顺着导管进入到细胞牧场腔体里，而残留在管道中的细胞悬液，需使用注射器将管道排空或吸取少量细胞培养液，再关闭接种口；3)培养液收集瓶的进液管与蠕动泵连接好，形成封闭回路，开启蠕动泵，调节转速为60rpm，将培养液瓶中培养液泵入动态细胞培养器的培养腔内，细胞培养液A注入同时需要轻轻摇匀动态细胞培养器，使用细胞悬液与培养液混合均匀，待培养腔充满液体后，立即关闭蠕动泵，并把进液管和出液管夹紧；

5、静止孵育操作：1)将接种好的动态细胞培养器放在37℃、5％CO₂培养箱中静态孵育6小时，在静态孵育前1h需要每隔10分钟将动态细胞培养器翻转一次，使到细胞能够充分在动态细胞培养器的底面和顶面贴壁生长；

6、动态孵育操作：1)静态孵育6小时后，将进液管与蠕动泵连接好，形成封闭回路，松开进液管和出液管的夹子，开启蠕动泵，调节转速为3rpm，动态细胞培养器在进行灌流的同时在37℃、5％CO₂培养箱中孵育18小时，然后向培养液收集瓶中加入1L细胞培养液B，继续灌流培养30～54h；

7、细胞贴壁率测试操作：1)停止蠕动泵工作，将回流管夹住，将进液管与蠕动泵分开，使用注射器从接种口抽取10mL上清液；2)对收集到的上清液进行细胞计数；按下述公式计算细胞贴壁率：

经测试培养6小时细胞贴壁率达到90％以上，24小时细胞贴壁率达到100％；

8、细胞收获量操作：1)在培养箱中培养72～96小时后，取出动态细胞培养器，并使用出液管和/或进液管将上清液排到培养液收集瓶中，然后把培养液收集瓶收集到的上清液倒掉；2)往培养液收集瓶中加入1000mL的PBS缓冲溶液，启动蠕动泵，泵入动态细胞培养器内进行清洗，把残留的细胞培养液清洗干净，并通过导管将上清液排到补料瓶中，然后将培养液收集瓶中上清液倒掉；3)往培养液收集瓶中加入1000mL终止液，将接种口与培养液收集瓶之间用夹子夹住，使用注射器从接种口注入200mL胰酶消化液，让消化液顺着导管进入到动态细胞培养器的培养腔体，与细胞充分接触，而残留在管道中的细胞悬液，需使用注射器将管道排空，再关闭接种口，将动态细胞培养器放在37℃培养箱中孵育2～5min；4)轻轻拍打动态细胞培养器，观察细胞是否呈流沙一样下掉落，若细胞呈流沙掉落即可开动蠕动泵，将100～1000mL终止液泵入动态细胞培养器的培养腔体内，并与细胞充分接触，终止胰酶的消化作用，反复振摇若干次，直到细胞能够完成脱落，并通过出液管和/或进液管收获腔体内扩增后的细胞。

如图1～3所示，培养72小时收获细胞量为65000万个，96小时收获细胞量为98000万个，是同样接种量的细胞工厂的两倍。

对比例1

本对比例采用与实施例1动态细胞培养器同规格的细胞工厂(即专利CN207130278U提供的一种多层细胞培养装置)对Vero细胞进行大规模培养。细胞接种量与实施例1相同，培养过程中与实施例1的区别在于，采用实施例1中细胞培养液A静态孵育24h后采用实施例1细胞培养液B静态孵育48～72h。

如图2～3所示，同样接种量的细胞工厂细胞大规模培养收获的细胞量仅为实施例1细胞大规模培养方法收获的细胞量的一半。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种大规模细胞培养的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：向培养液收集瓶加入细胞培养液；

步骤4：将所述动态孵育后的所述动态细胞培养器中的液体通过出液管排出，收集细胞；

步骤3所述蠕动泵的转速为0.1～3rpm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述蠕动泵的转速为1.5～3rpm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述动态孵育的时间为48～72h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述静态孵育的时间为5～8h。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述静态孵育具体为：在所述静态孵育的第1～2h每隔8～30min将所述动态细胞培养器翻转一次。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述培养腔的数量为1～10层。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述细胞的接种量为0.5～50×10⁷个。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述蠕动泵的转速为20～100rpm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4所述收集细胞使用的胰蛋白酶消化液的体积为20～200mL。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述细胞培养液的体积为100mL～1000mL。