哺乳动物细胞培养工艺优化

论文摘要

在本课题研究中我们以杂交瘤细胞JJ1为对象,进行细胞驯化,无蛋白培养基的设计与优化,以及培养过程优化方面的工艺优化研究,旨在通过上述优化提高JJ1细胞的细胞密度和单抗产量,并以此细胞为模型为动物细胞大规模培养平台技术的建立提供实验基础。通过倍比降低培养基中血清含量、逐个去除蛋白成分的方法完成了JJ1细胞从含10%血清培养基到无蛋白培养基的驯化过程,获得了能够稳定生长于无蛋白培养基中的细胞株。在无蛋白培养基优化中,首先根据临床前快速优化的需求进行添加水解物的无蛋白培养基优化,获得了无蛋白培养基配方PFW2。然后根据过程优化的需求进行成分明确的无蛋白培养基（chemical defined protein-free medium）的优化。在这一优化过程中建立了一种新的高通量培养基优化方法和适用于高通量培养基优化的活细胞计数方法。利用该方法我们获得了成分明确的无蛋白培养基配方CDPF3。PFW2和CDPF3的细胞生长和抗体分泌等主要指标均高于主要的商业化无蛋白培养基（Gibco）。在培养过程优化中,首先通过产物生成动力学研究确定了细胞的抗体生成类型是生长关联型,流加培养的优化策略应该是提高细胞密度,延长对数生长期。然后进行流加培养优化:通过对批次培养代谢分析和葡萄糖、谷氨酰胺浓度限制实验确定了流加培养的初始培养基中葡萄糖和谷氨酰胺的浓度分别为1.1和0.3 mM;通过对批次培养和流加培养进行代谢分析获得氨基酸相对于葡萄糖的消耗比率,设计比例平衡的氨基酸补料培养基,消除流加培养中的氨基酸限制;建立了一种新的补料培养基优化方法—限制性因素筛选法,用限制性因素筛选法筛选出钙镁离子是流加培养的限制性因素,配制钙镁离子浓缩液用于流加培养补料。将比例平衡的氨基酸补料培养基和钙镁离子浓缩液用于流加培养,获得的细胞密度和抗体浓度都有了显著提高:最大活细胞密度和最大总细胞密度分别达到7.04×106 cells ml-1和9.12×106 cells ml-1,抗体浓度达到了707 mg l-1,比最初的血清培养分别提高了3倍、4倍和7.4倍。上述优化结果表明对细胞进行生长方式、生长环境和培养过程优化,对于改善培养过程中的营养限制,提高细胞密度和抗体产量具有十分重要的作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 综述
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 哺乳动物细胞大规模培养过程的工艺选择
• 1.1.2 哺乳动物细胞大规模培养过程的工艺优化
• 1.2 本研究的对象、理论依据及实验基础
• 1.2.1 杂交瘤细胞
• 1.2.2 杂交瘤细胞的营养需求与培养基优化方法
• 1.2.3 杂交瘤细胞培养的过程优化
• 1.3 本研究课题的目的，主要内容和意义
• 第二章 细胞驯化
• 2.1 本章的研究目的和研究内容
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.1.1 细胞株
• 2.2.1.2 培养基
• 2.2.2 方法
• 2.2.2.1 细胞驯化
• 2.2.2.2 批次培养
• 2.2.2.3 分析方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 细胞无血清和无蛋白培养的驯化过程
• 2.3.2 细胞在血清培养基，无血清培养基和无蛋白培养基中的生长情况
• 2.3.3 细胞在血清培养基，无血清培养基和无蛋白培养基中的抗体生成
• 2.4 讨论
• 第三章 植物蛋白水解物应用于无蛋白培养基优化
• 3.1 本章的研究目的和研究内容
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.1.1 细胞系
• 3.2.1.2 培养基
• 3.2.1.3 培养条件
• 3.2.2 方法
• 3.2.2.1 添加水解物的无蛋白培养基的优化
• 3.2.2.2 比较不同批次实验获得的数据
• 3.3 结果
• 3.3.1 不同来源和浓度的水解物对JJ1 细胞生长和抗体分泌的影响
• 3.3.2 对优化后的无蛋白培养基培养效果的评价
• 3.4 讨论
• 第四章 化学成分明确无蛋白培养基优化
• 4.1 本章的研究目的和研究内容
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.1.1 细胞系
• 4.2.1.2 培养基
• 4.2.1.3 培养条件
• 4.2.1.4 高通量活细胞计数
• 4.2.2 方法
• 4.2.2.1 建立高通量的培养基优化方法
• 4.2.2.2 化学成分明确的无蛋白培养基的优化
• 4.2.2.3 比较不同批次实验获得的数据
• 4.3 结果
• 4.3.1 建立高通量培养基优化方法
• 4.3.1.1 刃天青加量、温度和pH 对刃天青光吸收的影响
• 4.3.1.2 CHO 和杂交瘤细胞的背景吸收
• 4.3.1.3 活细胞密度与刃天青还原反应光吸收值变化的动态关系研究
• 4.3.1.4 活细胞密度检测结果的比较：刃天青法和台盼兰法
• 4.3.1.5 小结
• 4.3.2 化学成分明确的无蛋白培养基的优化
• 4.3.2.1 维生素的筛选
• 4.3.2.2 氨基酸的筛选
• 4.3.3 对优化后的无蛋白培养基培养效果的评价
• 4.4 讨论
• 第五章 培养过程优化
• 5.1 本章的研究目的和研究内容
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.1.1 培养基
• 5.2.1.2 培养条件
• 5.2.2 方法
• 5.2.2.1 细胞抗体生成的动力学研究
• 5.2.2.2 乳酸、氨离子浓度耐受性实验
• 5.2.2.3 葡萄糖、谷氨酰胺浓度限制实验
• 5.2.2.4 设计氨基酸比例平衡的补料培养基
• 5.2.2.5 限制性因素筛选实验
• 5.2.2.6 流加培养
• 5.2.2.7 分析方法
• 5.3 结果
• 5.3.1 批次培养
• 5.3.1.1 细胞抗体生成的动力学研究
• 5.3.1.2 批次培养过程中的细胞代谢情况
• 5.3.1.3 批次培养研究小结
• 5.3.2 细胞对乳酸和氨离子的耐受性
• 5.3.3 流加培养
• 5.3.3.1 初始培养基中葡萄糖和谷氨酰胺浓度的确定
• 5.3.3.2 补料培养基的设计
• 2+/Mg²⁺的流加培养'>5.3.3.3 添加Ca²⁺/Mg²⁺的流加培养
• 5.4 讨论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢