全 文 :第 13卷第 5期
2015年 9月
生 物 加 工 过 程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol 13 No 5
Sep 2015
doi:10 3969 / j issn 1672-3678 2015 05 011
收稿日期:2014-08-25
基金项目:上海市科学技术委员会科技支撑项目(12431901402)
作者简介:翁志兵(1980—),男,江苏泰兴人,工程师,研究方向:无血清培养基及大规模动物细胞培养,E⁃mail:weng1980@ sina.com
无血清培养基干粉的生产工艺优化
翁志兵1,邵春花1,胡 辉2,3
(1. 上海中信国健药业股份有限公司,上海 201203;2. 抗体药物国家工程研究中心,上海 201203 ;
3. 上海生物制造技术协同创新中心,上海 200237 )
摘 要:为了研究瞬时温度的提高对培养基加工的影响,通过不同的固定温度处理培养基,考察不同温度长时间处理
后的培养基对 CHO细胞的生长和表达的影响。 结果表明,40 ℃处理后的效果最佳,处理工序与对照工艺相比,大大
简化,产能有很大提升,为大规模生产培养基设备的选型和生产参数设置提供理论依据,且提高了设备的生产效率。
关键词:无血清培养基;温度;针磨
中图分类号:Q813 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2015)05-0057-04
Optimization of production process of serum⁃free medium
WENG Zhibing1,SHAO Chunhua1,HU Hui2,3
(1. Shanghai CP Guojian Pharmaceutical Ltd.,Shanghai 201203,China;
2. National Engineering Research Center of antibody Medicine,Shanghai 201203,China;
3. Shanghai Collaborative Innovation Center of Bio⁃Manufacturing Technology,Shanghai 200237,China)
Abstract:In order to study instantaneous temperatures effects on serum⁃free medium, following limit
experiments are designed,keeping the serum⁃free medium under different temperature for a long time to
study the effects of medium under different temperature on the growth of CHO cells .The results show that
40 ℃ was the best temperature,it also reduces the procedure of medium manufacturing.It will provide a
theoretical basis for the selection of medium producing equipment and production parameters, and
improves production efficiency of the equipment
Keywords:serum⁃free medium;temperature;pin grinding
动物细胞培养多采用无血清培养基,无血清培
养基长期被国外供应商垄断,国内生产无血清培养
基的公司寥寥无几。 由于培养基所需的大部分原
料容易受潮,若不进行干燥处理,会对培养基的最
终品质以及用量造成不利影响。 因此,在培养基生
产中,首先需要在一定温度下对原料进行干燥处
理。 在处理过程中,不同成分对温度的敏感程度各
不相同,需要在不同的温度下进行处理,然后混合
在一起,经过碾磨最终制成培养基干粉。 国内现有
的企业都是采用传统球磨方式,球磨虽然结构简
单,但钢珠的清洗及搬运费时费力,效率低下,工作
噪音大,占地面积大,增加了生产成本和生产时间。
另外,球磨工艺采用的是批次生产,造成单批产能
有限[1-2]。
国内抗体产业不断发展,规模越来愈大。 如上
海中信国健药业股份有限公司投资的亚洲最大
30 000 L抗体项目将于 2015年年底投产,必将增大
对无血清培养基的需求。 如果继续采用球磨方式
会很大程度降低培养基的年产能。 目前国际上已
经有培养基公司采用先进针磨工艺,其优势在于能
实现无血清培养基的连续生产,一台体量很小的针
磨设备就可以与大型球磨机产能相当。 但针磨工
艺的缺点是设备高速旋转,产热量大;热交换面积
小,导致传热效率低,对培养基的品质也会造成不
利影响。 同时,不同的工作温度对设备的产能影响
很大[3-8]。 因此,找到一个绩效比最高的生产温度
就显得非常重要。 目前,国内对培养基干粉温度处
理的研究较少,对于针磨的使用缺乏实际经验。
针对针磨工艺导致瞬间温度提高影响培养基
质量问题,笔者研究不同温度长时间处理的培养基
干粉对 CHO细胞培养和蛋白表达的影响,以确定绩
效最高的处理温度。
1 材料与方法
1 1 材料
表达抗人源化抗血管内皮生长因子单克隆抗
体的 CHO细胞由上海中信国健药业股份有限公司
提供,培养基生产原料由上海抗体药物国家工程研
究中心有限公司提供。
1 2 培养基处理方法
设定 4个温度点,分别为 40、60、80 和 100 ℃,
处理时间 4 h(针磨设备物料接触极限值),以原方
法处理的作为对照实验(RT)。 每个温度点加 2 个
平行试验,以消除实验误差可能带来的影响。
1 3 细胞培养方法
将细胞以 1×106 个 / mL 的初始细胞密度接种
于 1 L摇瓶中,载液量为 400 mL,培养时间为 10 d,
pH低于 6 8补碱,每天补糖至 3 g / L,温度为 37 ℃,
CO2体积分数为 5%,转速为 125 r / min。 每天取样
计数,并将培养液于 10 000 r / min 离心 5 min,保存
上清液于-20 ℃冰箱,用于理化参数分析。
1 4 分析方法
1 4 1 细胞计数
每天取样利用台盼蓝拒染法染色,使用上海睿
钰生物科技有限公司的 Countstar 自动细胞计数仪
读取活细胞密度和细胞活率,每样计数 3 次,取平
均值。
1 4 2 葡萄糖 乳酸测定方法
采用德国 Labo公司全自动 TRACE 葡萄糖 乳
酸分析仪检测乳酸和葡萄糖浓度,每一样品重复检
测 1次,取平均值。
1 4 3 蛋白表达量测定方法
色谱柱采用AB公司 POROS A20 Columns,2 1
mm×30 mm,系统采用 Agilent1260 HPLC。 流动相 A:
50 mmol / L 磷酸缓冲液,0 1 mol / L NaCl,流动相 B:
0 1%HCl,0 1 mol / L NaCl,流动相 A 和流动相 B 的
比例为 3 ∶ 7;流速 1 mL / min;检测波长 280 nm;进样温
度(5±3) ℃;柱温(25±5) ℃;进样量 100 μL。
1 5 统计方法
采用 SPSS 19 软件进行数据的统计分析。
2 结果与讨论
2 1 不同温度处理的培养基对活细胞密度的影响
研究不同温度处理的培养基对活细胞密度的
影响,结果如图 1所示。
图 1 不同温度处理的培养基对活细胞密度的影响
Fig 1 Effects of medium treated with different
temperature on cell density
从图 1可以发现,100 ℃时的活细胞密度最低,
可能是由于培养基中的某些成分经过 100 ℃高温处
理后,会有部分损失,营养成分的减少影响了细胞
的生长繁殖,造成了活细胞密度较低。 在培养基磨
制过程中,实际针磨工艺瞬时高温可达 80 ℃以上,
对热敏感物质有很大破坏,例如 PF68(一种非离子
型乙烯和环氧丙烷共聚物,被用作消泡剂和抗击细
胞培养中剪切力的细胞膜稳定剂)就会熔化并结
块。 针磨处理培养基原料时间受设备处理能力和
筛网大小影响,一般接触时间约为 10 ~ 30 min,因
此,控制针磨腔体内部温度尤为重要,一般使用干
冰或液氮降温。 合理控温点可在节约成本的同时
提高产能。 从活细胞密度来看,40 ℃和对照组差异
较小,基本相同,细胞活力较高。
2 2 不同温度处理的培养基对乳酸的影响
研究不同温度处理的培养基对乳酸的影响,结
果如图 2所示。
85 生 物 加 工 过 程 第 13卷
图 2 不同温度处理的培养基对乳酸的影响
Fig 2 Effects of medium treated with different
temperatures on lactate concentration
从图 2可以发现,100、80 ℃时的乳酸质量浓度
较高,达到 1 75 g / L以上,60 ℃时的乳酸浓度居中,
40 ℃和对照组的乳酸浓度最低。 乳酸浓度较高会
抑制细胞的生长和表达,对比图 1和图 2可以看出,
乳酸浓度较高的,活细胞密度相对较低。
培养基干粉处理温度较高时会对培养基成分
造成一定影响,比如谷氨酰胺和转铁蛋白等[9-10],这
些成分与细胞生长和代谢相关,有可能是影响了三
羧酸循环(TCA循环),能量代谢进入了糖酵解途径
或者己糖磷酸支路(HMP)途径,乳酸浓度升高。 乳
酸浓度越低,说明能量代谢越彻底,释放的 ATP 越
多,越有利于细胞生长和代谢,乳酸浓度高影响细
胞能量代谢,进而抑制细胞生长和表达。 因此,从
乳酸浓度来看,40 ℃和对照组最优。
2 3 不同温度处理的培养基对目的蛋白表达量的
影响
研究不同温度处理的培养基对目的蛋白表达
量的影响,结果如图 3所示。
图 3 不同温度处理的培养基对表达量的影响
Fig 3 Effects of medium treated with different
temperatures on protein epression
从图 3可以看出,100 ℃处理下的蛋白表达量
最低,仅有 2 06 g / L;40 ℃处理后的蛋白表达量和
对照组蛋白表达量最高,分别达到 2 45 和 2 53
g / L。 其他温度处理下的蛋白表达量均低于 40 ℃下
的表达量。 100 ℃时的蛋白表达量最低,可能是由
于培养基中的部分成分经过 100 ℃高温处理后,会
有部分损耗,营养成分的减少影响了细胞代谢,造
成了蛋白表达量较低。
2 4 单因素实验结果及方差分析
比较不同培养基培养 10 d 后活细胞密度、乳酸
及其目的蛋白表达量,并进行方差分析,结果如表 1
和 2所示。
表 1 各组培养 10 d后的活细胞密度、乳酸及其
目的蛋白表达量的比较
Table 1 Comparison of live cell density,lactate concentrate
and the epression level of aim protein in different
groups after 10 d′s culture(x±s)
组别 温度 /℃
活细胞密度 /
(106 个·mL-1)
ρ(乳酸) /
(g·mL-1)
目的蛋白
表达量 /
(g·mL-1)
1 RT 9 3 ± 0 1 0 8 ± 0 03 2 53 ± 0 03
2 40 9 14 ± 0 13① 0 84 ± 0 07② 2 45 ± 0 05③
3 60 7 8 ± 0 18 1 2 ± 0 1 2 3 ± 0 07
4 80 7 2 ± 0 09 1 57 ± 0 12 2 1 ± 0 03
5 100 6 4 ± 0 08 1 7 ± 0 08 2 06 ± 0 09
注:①P>0 1,②P>0 1,③P>0 05;与空白比较,其他数据 P<0 05。
表 2 单因素实验方差分析
Table 2 One⁃was analysis of variance
组别 方差来源 均方 MS F值 P值 显著性
1 RT 2 54 0 042 0 30
2 40 5 14 0 083 0 28
3 60 317 84 5 32 0 08 ∗
4 80 461 02 7 74 0 05 ∗
5 100 1 382 59 23 15 0 03 ∗
由表 1 和表 2 可知:100 ℃处理下的活细胞密
度最低,40 ℃处理下的活细胞密度最高,其他温度
处理下的活细胞密度与对照组比较均为显著性差
异。 40 ℃时,P>0 05,为非显著性差异。 40 ℃和对
照组的乳酸浓度最低,浓度相差较小,非显著性差
异,较为接近。 从蛋白表达量来看,40 ℃和对照组
为非显著性差异,其他组与对照组为显著性差异,
明显高于其他处理温度时的蛋白表达量,因此,40
℃和对照组最优。
95 第 5期 翁志兵等:无血清培养基干粉的生产工艺优化
3 结论
针对针磨工艺导致瞬间温度提高影响培养基
质量问题,笔者研究不同温度长时间处理的培养基
干粉对 CHO细胞培养和蛋白表达的影响,以确定绩
效最高的处理温度。 综合乳酸浓度、活细胞密度和
蛋白表达量来看,40 ℃和对照组的均优于其他组,
其中对照组的乳酸浓度最低,蛋白表达量最高,但
对照组的培养基干粉处理工序较为繁琐,生产效率
较低。 而 40 ℃处理后细胞的生长状况和对照组为
非显著性差异,但是处理工序却大大减少,生产效
率得到大幅提高。 综合考虑,40 ℃的培养基干粉针
磨处理工序是最佳的处理温度。
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(责任编辑 管 珺)
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