CHO培养基是专门用于培养中国仓鼠卵巢细胞(Chinese Hamster Ovary cells,CHO细胞)的专用细胞培养基。它是一种营养液,为CHO细胞的体外生长和增殖提供必要的营养物质和适宜的环境条件。作为化学成分确定的专用培养基,CHO培养基基础的核心配方包含精确浓度的氨基酸、维生素、无机盐和葡萄糖等必需营养素,为细胞增殖提供全部所需物质。该基础培养基通常需根据特定细胞株和生产工艺,补充重组胰岛素、脂类、微量元素及抗结团剂等添加剂,以优化细胞活力并最大化目标蛋白产量。

核心成分
CHO培养基基础的核心营养成分如下:氨基酸作为细胞蛋白质合成的基础原料,提供氮源和碳骨架。葡萄糖是主要的碳源与能量物质,为细胞提供能量和碳骨架。无机盐维持培养基的渗透压平衡和离子环境。维生素作为多种代谢酶的辅因子,参与细胞代谢调控。微量元素如铁、锌、硒等,参与酶的活性和信号转导。缓冲体系维持培养基pH稳定,常用的有碳酸氢盐/CO₂缓冲系统。
CHO细胞的应用
CHO细胞能够生成与人细胞糖基化类似的重组蛋白,使生物药的活性更高、免疫原性更低。其次具有强大的蛋白表达能力:通过DHFR系统和GS系统等筛选扩增系统,能够高效合成重组蛋白。CHO细胞的安全性较高,感染病毒的风险较低,内源性蛋白分泌少,便于目标蛋白的纯化。另外CHO细胞可规模化培养,既能贴壁也能悬浮生长,适合在生物反应器中进行大规模无血清培养。在生物制药工业中,常用的CHO细胞系主要包括:CHO-K1、CHO-DG44、CHO-S、CHO-ZN等,不同亚型的营养需求存在一定差异,需要在CHO培养基基础上进行针对性优化。
CHO培养基基础的主要应用
CHO培养基是单克隆抗体药物生产的主要宿主系统。其次它是重组蛋白药物生产的关键工具,如EPO、凝血因子等治疗性蛋白的生产 。另外CHO培养基在部分疫苗的病毒载体或抗原蛋白生产中起重要作用。在药类的生产和研发中,CHO细胞做为表达系统的生物类似药研发与生产。 CHO培养基是生物制药工业中生产单克隆抗体、重组蛋白等重要生物制剂的关键上游原料。在工业生产中,通常采用“培养基基础 + 补料培养基”的流加培养(Fed-Batch)模式,通过流加工艺在培养过程中持续补充营养物质,支持细胞高密度生长并实现高水平目标产物表达。
应用与工艺
不同CHO细胞株对CHO培养基的适应性存在差异。实验中比较了6株GS-CHO细胞在5种商业CHO培养基中的表现,结果强调在细胞株开发过程中进行CHO培养基筛选具有非常重要的必要性[1]。程露等在1.3 L搅拌式生物反应器中比较了分批培养与流加降温培养,结果显示流加降温培养使培养时间从5天延长至11天,蛋白浓度提高8倍,达到19.9 mg/L。该工艺成功放大至5 L反应器,最终产量达25 mg/L[2]。
代谢分析是CHO培养基基础优化的科学基础。对122细胞株在HyCell CHO培养基中的代谢进行了深入分析后,发现乳酸代谢转换与谷氨酸和丙氨酸代谢密切相关。谷氨酰胺代谢产生的氨浓度在Day7前低于0.5 mmol/L,随后维持在0.5 mmol/L左右。甲硫氨酸、异亮氨酸和亮氨酸等必需氨基酸可能是限制122细胞株生长和表达的关键营养因素。这些代谢数据为后续的CHO培养基定制化优化提供了理性指导。
参考文献
[1] 梅文枫, 朱一平, 尹帮旗, 等. 高表达抗PD-1抗体CHO细胞株的筛选及代谢分析[J]. 福建医科大学学报, 2018, 52(5): 320-327.
[2] 程露, 易小萍, 孙祥明, 等. 鼠源抗过敏融合蛋白的瞬时表达及纯化[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2011, 37(5): 532-537.