CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体的工艺研究

张婷

（长春圣金诺生物制药有限公司，吉林长春 130000）

随着科技的发展和社会的进步，生物医药行业也得到了快速发展，单克隆抗体产业作为医药领域的重要组成部分，其中CHO细胞（中华仓鼠卵巢细胞Chinese hamster ovary cell）培养表达单克隆抗体的生产是目前医药领域研究的重点和热点。单克隆抗体的CHO细胞培养生产工艺基本要求：首先，要能通过CHO细胞培养表达出合格的单克隆抗体；其次，CHO细胞培养工艺要能稳定表达出合格的单克隆抗体；最后，CHO细胞培养工艺要实现高效率和高经济效益的生产单克隆抗体。CHO细胞培养表达单克隆抗体的基本工艺流程：第一步，在培养基、适宜培养参数的条件下培养CHO细胞；第二步，CHO细胞培养结束将收获液进行纯化工序处理来得到原液；第三步，将得到的原液经过各指标的测定（如抗体蛋白结构、宿主蛋白含量及糖型分布等）来确定其制得的抗体产品的安全性和有效性。其中，CHO细胞培养收获液中的杂质直接影响着收获液的纯化工序的复杂和难易，同时对收获液制得原液的效率也有大的影响。目前来说，对于不同糖型的单克隆抗体在纯化工序中是很难分离的，如果想使收获液的纯化工序简单，那么必须从CHO细胞培养过程对杂质的含量加以把控，从而使得收获液的杂质含量低、纯化工序简便，进而使得制得的原液指标符合抗体产品的安全性。在CHO细胞培养特别是大规模培养表达过程中，要对CHO细胞培养的培养基、培养参数和培养工艺流程进行研究和把控，以实现单克隆抗体表达量和抗体生成效率的提高，并同时实现抗体生产的稳定性和生成抗体的安全性[1]。

1 CHO细胞培养工艺中的培养基

1.1 培养基在细胞培养中的功能与作用

在细胞培养表达工艺过程中，培养基是细胞繁殖和产物表达的物质基础，由于细胞在培养过程中要消耗物质和能量来进行自身的生长繁殖和代谢产物的生成，而培养基在其中发挥着提供物质和营养的作用，是细胞培养表达的重要物质基础。与此同时，在细胞培养时培养基的选择要充分考虑到培养细胞的特性及表达产品的要求，以实现细胞培养的有效性和表达产品生产效率的提高。此外，随着社会科技的发展和环保安全理念的不断深入，细胞培养的培养基也趋向于化学成分确定、无蛋白无动物来源等以提高细胞培养表达的稳定性和安全性。

1.2 CHO细胞培养基的种类与应用

根据在细胞培养过程中加入时间和目的的不同，培养基通常情况下分为基础培养基和补料培养基。基础培养基主要是细胞培养的初期用于细胞的繁殖和生长阶段，而补料培养基可以用于细胞繁殖的早期和代谢产物的表达阶段。在细胞培养表达过程中，要根据细胞不同阶段的物质营养需求和代谢表达来选择适用的培养基种类。近年来，CHO细胞培养的培养基已开发多种，有商品类和定制类可以满足CHO细胞培养的物质营养和代谢表达需求[2]。相比于商品类的CHO细胞培养基，定制类培养基可以根据具体CHO细胞株的特性进行针对性的配制和优化，以实现CHO细胞培养表达产品产率和质量的提高，同时还有利于对培养基进行优化处理。

1.3 CHO细胞培养基的优化

在CHO细胞培养表达工艺过程中，对培养基的优化是提高表达抗体产品产率和质量的重要工艺手段之一。在CHO细胞培养基的优化中，主要的优化方式有3种。（1）选用多种商品类培养基进行组合混料实验，根据CHO细胞培养的情况来选出较好的组合混料培养基。（2）选用固定的培养基并向其中添加微量元素、氨基酸、生物因子及维生素等物质，通过培养实验结果得出对CHO细胞培养影响最大的物质，然后再有针对性地进行培养基的优化处理。（3）根据CHO细胞的情况来分析CHO细胞生长繁殖过程中和代谢表达过程中所需的营养物质和限制因子，然后进行针对性的添加或去除，从而达到优化培养基的目的[3]。此外，对于CHO细胞的优化，先进行小规模实验的优化，然后进行培养工艺的放大对优化的培养基进行验证，以确定最终的CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体的培养基。

2 CHO细胞培养参数分析

在CHO细胞培养表达工艺过程中，对培养的温度、培养环境的酸碱度及环境的溶氧情况等参数都有一定的要求。通过对培养参数的研究来确定CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体工艺的最佳培养参数。目前，在CHO细胞培养中变温培养应用最为广泛，在CHO细胞的生长繁殖阶段和代谢产物表达阶段的温度控制在不同的范围内，在繁殖的后期阶段将温度降低以延缓CHO细胞的死亡来提高代谢产物的表达量。与此同时，在CHO细胞培养过程中对于培养环境酸碱度的把控也影响着CHO细胞的生长繁殖和代谢的产物表达，对于培养环境中的溶氧情况也是影响CHO细胞培养效率的重要指标参数[4]。现阶段，CHO细胞培养多采用搅拌式的反应器，在搅拌的过程中实现细胞生长代谢对氧气的需求，同时有效去除多余的二氧化碳（CO2）以实现细胞培养的有效进行，然而过大的搅拌速率将会对细胞的培养和表达产物的质量产生一定的影响。因此，在CHO细胞培养工艺过程中，搅拌桨的速度要依据CHO细胞的耐受值而进行合理的限定，同时涡旋的尺寸要大于细胞的最大直径来避免细胞受到剪切伤害。因此，CHO细胞培养参数及细胞培养工艺设备的选择都对CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体产生较大的影响。

3 CHO细胞放大工艺研究

在CHO细胞培养过程中，除了优化培养基和培养参数，培养工艺的放大是CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体的关键环节。由于对细胞培养表达产品生产的成本和稳定性的考究，通常CHO细胞培养要先在实验室规模进行工艺试验，然后到试验中试阶段，最后至生产线大规模生产，即CHO细胞培养工艺放大的研究是非常必要的。（1）在CHO细胞培养的培养基和培养参数优化中，也要将优化的培养基和培养参数进行培养工艺的放大来验证和调整，以实现优化培养基和培养参数的可实用性和高效性。（2）在CHO细胞培养工艺的放大过程中，可以更直观、更清晰地分析出各个工艺环节和指标参数对整个抗体产品生产效率的影响，从而实现CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体工艺生产的稳定性[5]。在CHO细胞培养工艺放大的过程中，通常培养温度、环境酸碱度等变化不大，而搅拌速度、通气速率等因素受到试验规模大小的影响较大，要根据具体情况遵循一定的变化规则，来选择相应的培养设备指标参数，如涡旋设备的尺寸等等要做相应的调整，从而实现CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体工艺的稳定性和生产效率的提高。

4 结语

随着医药行业的不断发展，生物医药已经备受关注，单克隆抗体产业作为生物医药中的重要板块，其CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体的工艺研究也越来越多。通过对其CHO细胞培养的培养基优化、培养参数分析及工艺的放大等研究分析来实现CHO细胞大规模培养表达单克隆抗体生产工艺的稳定性，进而推动单克隆抗体产业在医药领域的不断向前发展。