在生物制藥領域,細胞培養條件的一致性對于從96孔板到生物反應器的擴增過程中至關重要。本研究中,C.BIRD?細胞培養技術以中國倉鼠卵巢(CHO)細胞系為模型,通過在24孔板中提供自動攪拌,創造懸浮培養環境,優化了懸浮細胞的培養環境,顯著提高了細胞的增殖率和蛋白產量。
本研究采用CHO-K1和CHO-S單克隆抗體表達細胞系作為模型,比較了傳統靜態培養、搖瓶培養和C.BIRD?培養方法對細胞生長的影響。細胞在無血清、化學成分定義的CD Hybridoma培養基中培養,使用標準的24孔板進行C.BIRD和靜態培養,每個孔的總體積為1400 μL。搖瓶培養則在130 rpm的軌道搖床中進行,總體積為30 mL。所有細胞和C.BIRD設備在37°C、5% CO2水套培養箱中連續培養3天。使用細胞計數器(Bio-Rad, TC20)計數細胞數量和活率。每天的細胞數在同一板的不同孔中獨立測量,以避免細胞培養過程中額外的擾動。細胞計數后,每孔補充與細胞計數相同量的培養基,在隨后的幾天內不再測量。蛋白產量通過ELISA試劑盒(Bethyl Lab, E88-104)測量。統計學采用單因素方差分析。
實驗設計由圖1所示,在靜態培養、C.BIRD培養和搖瓶培養中測定CHO-K1及CHO-S單克隆抗體(mAb)細胞株的總細胞密度、活細胞密度、倍增時間及蛋白產量。CHO-K1的初始接種密度為0.33×106個細胞/mL,CHO-S的初始接種密度為0.5×106個/mL,每天三次測量各組總細胞密度和活細胞密度,為期3天。
圖1. 實驗設計示意圖。比較三種不同的細胞培養方法。這些組的測量提供了不同培養環境下的單個細胞概況
1、 實驗結果顯示,與傳統靜態培養相比,C.BIRD?培養的CHO-K1細胞在第3天的活細胞密度和總細胞密度顯著提高。C.BIRD組的平均活細胞密度和總細胞密度分別達到2.87×10^6 cells/mL和3.06×10^6 cells/mL,均顯著高于靜態培養組(圖2A和2B)。表明C.BIRD?培養方法在24孔板中改善了細胞培養環境,提供了更高的承載能力。
2、C.BIRD組顯著縮短了CHO-K1細胞的平均倍增時間,從35小時縮短到24小時,與搖瓶培養組的23小時相比,沒有顯著差異(圖2C)。這表明C.BIRD?方法提高了CHO-K1細胞的增殖率,并在實驗的早期階段提供了與搖瓶培養相似的細胞增殖特性。而在蛋白產量方面,C.BIRD組的蛋白產量與搖瓶培養組相當,幾乎是靜態組的4倍(圖2D)。這表明C.BIRD?方法在24孔標準板上能夠篩選出具有高一致性的細胞特征,這些特征在CLD過程的后期階段得以保持。
圖2. A和B:3組的日活細胞/總細胞密度:24孔板靜態培養、搖瓶培養和24孔板C.BIRD培養。C:3組在第3天的倍增時間。D:3組在第3天蛋白質產量。統計學采用單因素方差分析,P值的顯著性分別為:>0.05 ns、<0.05(*)、<0.01(**)、<0.001(***)、<0.0001(****)。數據以mean±SD表示。
3、與傳統靜態培養相比,C.BIRD?培養的CHO-S細胞在第3天的活細胞密度和總細胞密度顯著提高。C.BIRD組的平均活細胞密度和總細胞密度分別達到2.67×10^6 cells/mL和3.03×10^6 cells/mL,均顯著高于靜態培養組(圖3A和3B)。此外,與靜態組相比,C.BIRD組顯著縮短了CHO-S細胞在第3天的平均倍增時間,從42.43小時縮短至29.77小時(圖3C)。這些結果表明,C.BIRD方法比靜態方法更能有效地提高CHO-S細胞在實驗早期的細胞增殖率。
4、在蛋白產量方面,C.BIRD懸浮培養細胞產生17.01μg/mL mAb,而靜態培養和搖瓶培養細胞產生10.22和21.11μg/mL mAb。與靜態培養法相比,24孔標準板上的C.BIRD方法可以提高蛋白質產量。C.BIRD和搖瓶培養方法之間較高的蛋白產量一致性有效地支持了在CLD過程后期篩選細胞譜具有高一致性的理想克隆。
圖3. A和B:3組的日活細胞/總細胞密度:24孔板靜態培養、搖瓶培養和24孔板C.BIRD培養。C:3組在第3天的倍增時間。D:3組在第3天蛋白質產量。統計學采用單因素方差分析,P值的顯著性分別為:>0.05 ns、<0.05(*)、<0.01(**)、<0.001(***)、<0.0001(****)。數據以mean±SD表示。
C.BIRD?細胞培養技術通過提供更高的環境承載能力、增加細胞增殖率以及在后期篩選出具有可比蛋白產量的快速生長細胞,顯著改善了24孔板中的懸浮細胞培養環境。這一技術不僅提高了細胞增值率和蛋白產量的一致性,還避免了在挑選不理想克隆上花費的額外時間和成本,為細胞株開發工作流程提供了更有利的培養環境。
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