9499www威尼斯(中国)官方网站-登录入口

M生物智慧库丨第1期
2023-07-06

第1期:培养基中微量金属在CHO细胞代谢中的作用以及对重组蛋白生产的影响


M生物智慧库丨第1期(图1)


摘要:“过程生物化学”—— 微量金属在细胞代谢中的作用以及它们对重组蛋白生产的影响

Anuja Prabhu a,, Mugdha Gadgilb a,b,*

a Chemical Engineering and Process Development Division, CSIR-National Chemical Laboratory, Pune, 411008, India

b Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), Ghaziabad, 201002, India



微量金属离子在中心碳代谢中的作用

许多参与糖酵解、TCA循环和氧化磷酸化的酶需要金属辅因子,培养基中常见的微量金属:Mg、Ca、Mn、Fe、Co、Zn、Cu等。


锰、锌和铜在中心碳代谢中的作用

Mn2+在超氧化物歧化酶(SOD)功能中至关重要,是异源反应和同源反应的丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的辅因子;同时也作为精氨酸酶、精胺酸酶和谷氨酰胺合成酶的辅因子影响氨基酸代谢。在小鼠和Huntington‘s病细胞模型中,精氨酸酶活性降低,是由于Mn2+生物利用度降低导致,而添加Mn2+可以恢复。精氨酸酶将精氨酸转化为尿素和鸟氨酸,后者通过鸟氨酸脱羧酶进一步转化为胍胺。与此一致的是,随着Mn2+的增加观察到了胍胺的增加。SLC39A8 Mn2+内流转运蛋白表达的变化会影响细胞内Mn含量和精氨酸酶活性,突出了金属转运蛋白在其摄取和稳态中的重要性。


锌不是直接涉及糖酵解或三羧酸循环酶的辅因子,但是通过敲除Zn2+转运体介导的锌缺乏会影响葡萄糖代谢。Zn2+控制胰岛素表达、受体活性和信号事件,从而可以影响葡萄糖稳态。Zn2+本身也已知可以在细胞中激活胰岛素介导的信号传导,并被用作培养基中胰岛素的替代物。


铜是细胞色素氧化酶和Cu/Zn超氧化物歧化酶1(SOD1)的重要组成部分,因此参与细胞内的氧化磷酸化和减缓活性氧(ROS)。此外,Cu2+缺乏会增加乳酸的积累,可以通过Cu2+补充来缓解。在Cu2+缺乏的条件下,CHO细胞中丙酮酸、山梨醇、乳酸和其他糖酵解中间产物的积累增加,这被认为是细胞TCA循环效率降低和细胞氧化能力受损的结果。通过13C代谢通量分析比较Cu2+缺乏和Cu2+补充的CHO细胞培养物也表明,当乳酸产生增加时,通过TCA循环和磷酸戊糖途径(PPP)的通量会减少。



微量金属对CHO细胞代谢和重组蛋白质质量的影响

在CHO细胞培养中添加微量金属离子混合物已被证明可以通过提高细胞生长、延长培养寿命和提高重组蛋白产量来提高培养性能。在摇瓶和生产规模反应器中,不同来源的低氧或氧化应激可能会影响培养效。


1. 锰元素改变了CHO细胞生产的重组蛋白的糖基化

Mn2+是寡糖酰转移酶的辅因子,其在培养基中的补充可以提高N-糖基和O-糖基的占位率。Mn2+也是糖基化酶β1,2-N-乙酰葡萄糖胺转移酶I(GlcNAc-TI)和半乳糖转移酶的必需辅因子,影响蛋白质的糖基化。Mn2+在0.4-4μM的浓度下的添加可以提高半乳糖基化和唾液酸基化。同时,Mn2+和半乳糖的补充可以缓解高细胞密度和氨积累引起的糖型异常,在滞后期和固定期控制添加Mn2+和半乳糖的补料策略可以在增加培养时间的同时保持恒定的糖型分布高浓度的Mn2+能够增加高甘露糖(M5)的糖基,补充40 μM的Mn2+会增加M5,A2糖基的含量,从而减少半乳糖基和岩藻糖基。在补充100 mM半乳糖和NH4Cl的培养基中进一步增加了M5和A2的含量,并且显著降低了G0F(FA2)。在同时存在半乳糖和葡萄糖的培养基中,通过补充0.35 μM-20 μM的Mn2+,高甘露糖也有类似的增加。在缺乏或限制葡萄糖的情况下,通过补充4 μM和16 μM的Mn2+,高甘露糖的含量也得到了显著增加。


2. 铜元素改变了CHO细胞生产的重组蛋白的糖基化

在添加5-1000μM的Cu2+可以降低CHO细胞培养中的乳酸积累或消耗殆尽,同时提高活细胞密度、延长培养时间和提高重组蛋白产量。在大型生物反应器中, 添加0.2μM和0.4μM 的Cu2+不影响乳酸水平。在CHO中,类似浓度的Cu2+升高可以增加EPO产量,而IgG产量会降低。在生产规模的生物反应器中,Cu2+的添加可以降低细胞死亡和ROS的产生。随着Cu2+的添加,谷胱甘肽过氧化物酶和纤维连接蛋白减少,而SOD1增加。因此,促进细胞生长和抑制凋亡的因子被上调。

铜还会影响蛋白质质量。随着Cu2+浓度的增加,重组蛋白质的半乳糖基化降低。高浓度的Cu2+ (0.1-1 mM) 也可以通过抑制唾液酸酶活性并稳定唾液酸来改善唾液酸化的糖基化。在CHO细胞培养中加入较低浓度的Cu2+ (5μM) 可以增加单体的含量,而在高浓度(50-100 μM)下会增加mAbs的聚集体


 3. 锌对CHO细胞培养和重组蛋白质质量的影响

Zn2+通过AKT和ERK1/2介导的途径激活胰岛素依赖通路,参与抗氧化机制,防止氧化应激。当锌离子浓度超过100μM后,重组IgG的半乳糖基化会显著降低,呈剂量依赖性。然而,这种影响可以通过添加锰离子来抵消。最近的一项研究报告称,重组β-葡萄糖醛酸酶的岩藻糖基化会在添加了50-100 μM锌离子而降低微量金属离子的可用性可以改变细胞代谢和生长,因此,其最佳补充是必不可少的,特别是化学成分限定的培养基配方中。微量金属对培养性能和产品质量的影响进行分类,有助于根本原因分析,并确保生产过程的一致性和可重复性。



M生物智慧库



M生物智慧库丨第1期(图2)
M生物智慧库丨第1期(图3)
M生物智慧库丨第1期(图4)
M生物智慧库丨第1期(图5)


尊敬的微信读者们,9499www威尼斯科技为您呈现一场关于生物培养基的革命!我们带您踏上一段创新之旅,揭示生物培养基领域的新动向和优化策略。

 

我们将带您深入探索创新配方的奥秘。从最基本的成分到细微的配比,了解如何设计生物培养基,为您的实验提供最佳的生长环境。我们将揭示一些前沿技术,包括生长因子、细胞因子和营养物质等,帮助您优化细胞培养和表达系统。

 

不仅仅是配方,优化策略也是生物培养基革命的关键。我们将分享一些独特的技巧和方法,帮助您克服培养基中的挑战。了解如何调整pH值、氧气水平和温度,以及如何处理细菌和真菌污染等问题。我们的专家将为您解答疑惑,并分享实用的操作经验。

 

这场生物培养基革命不仅仅是为了满足实验室的需求。它正在改变生物科学领域的格局,并推动着创新的发展。我们将探讨如何将这些创新推向全球舞台,以应对现实世界中的挑战和需求。


无论您是从事细胞培养、组织工程、生物制药还是生物学研究,我们的专栏都将为您带来前沿的知识和实用的技巧。点击订阅,不容错过每一期的“M生物智慧库”专栏!

 

#M生物智慧库 #创新配方 #优化策略 #科学前沿 #9499www威尼斯科技




关于9499www威尼斯




上海9499www威尼斯科技有限公司(简称“9499www威尼斯”或“Medium Bank”)于2019年在张江药谷成立,是一家国际领先的专注于高端化学成分限定培养基(CD, Chemically Defined)产品的研发及生产、客户化培养基的优化开发(MOD, Medium Optimization & Development)服务及大规模干粉/液体培养基代工生产(OEM)等生物医药工艺综合解决方案的服务商。


9499www威尼斯自创立以来,凭借丰富的创新研发和技术服务能力,产品及服务已涵盖CHO细胞、杂交瘤/骨髓瘤细胞、HEK293细胞、昆虫细胞、病毒疫苗细胞及T细胞/干细胞等各大细胞平台,多数产品性能及优化开发服务表现均已优于国际顶尖细胞培养基公司。2021年,9499www威尼斯GMP标准建设的MFG1一期产能正式投产;MFG2二期量产化基地建设持续推进中;2022年,零缺陷通过ISO13485质量体系认证,完成生产管理及质量体系的再升级,已有数十家生物医药企业完成了对9499www威尼斯生产基地的现场审计。


目前,9499www威尼斯的产品及服务已在国内外超过600家生物医药企业得到验证,并获得行业内数百家生物医药企业的认可、信赖和支持。客户涵盖单抗、融合蛋白、动物或人用疫苗、IVD、细胞基因治疗、细胞培养肉等多种类生物医药企业。产品已被国内外多家生物医药企业广泛应用于生物医药研发、临床申报及商品化生产等不同阶段。


9499www威尼斯(Medium Bank)——您身边的培养基优化开发专家!



XML 地图