应用实例分享 | 通过三种目录培养基混合提高细胞培养性能

BLA小助手

作者：乐纯生物（BLA联合发起单位）

在生物制药过程中，培养基对目标蛋白的表达和质量有着重要的影响。

在早期研究阶段，通过少量的工作快速选择出色的培养基将极大地帮助加速药物进入临床阶段。

今天为大家带来如下案例，我们使用了三种有差异的培养基结合DOE（实验设计）和MVA（多元变量分析）工具，来展示出一种快速有效提高我们目的产物的方法。

材料和方法

细胞培养：所有实验均使用了产生单克隆抗体 （IgG） 的重组中国仓鼠卵巢 （CHO） 细胞系 CHO-K1Q 。使用含有基础培养基的 50mL 管中培养细胞。

在启动实验之前，通过在 200g 下 10 分钟的短暂离心步骤来置换培养基。将细胞与所有测试组分以1*10^7 cellls /mL的细胞密度在 0 水平下重新悬浮在基础培养基中。然后将这个浓缩的细胞库直接稀释到表1中的培养基配方中，最终密度为1*10^6 cells/ml。

培养基配方的设计和准备

从我们差异化的培养基库中筛选培养基：

• 配方差异足够大
• 通用性强
• 单个配方性能也足够优秀
  
  

我们从经过验证的培养基配方面板中选择了三种差异化的培养基配方，这些配方具备以上三个特点 ，这三种配方将在国内被命名为“CellBest”（即Quacell®️ CellBest & 007 Feed 培养基）、“Dynamic”和“Advantage”，已经或者即将作为目录产品使用，以便客户易于获取。

图1.按PCA-X层次聚类排序的培养基

培养基混合设计方法

培养基混合是提高细胞培养基性能的既定方法。有多种软件（例如，乐纯生物自研的 DoE 软件——InsightDoE，欢迎点击了解试用）可提供混合设计的模板，包括所有相应的统计数据分析工具，相关软件在市场上皆可获取购买。
培养基混合包含2种、3种或更多种基础培养基配方。图2示例了为3种不同的培养基配方（F1、F2和F3）。这种经典方法适用于识别更好的配方，这种经典方法适用于确定更好的配方，尽管它没有解释为什么混合物表现得更好。

图2：三种不同母体培养基配方（F1、F2和F3）的基本混料设计。代表纯配方（1、2和3）、对称二元混合物（4、5和6）、不对称三元混合物（7、8和9）和对称三元混合物的经典混料设计。b将基本混合物设计正式表示为“混料模型”，并通过另外两个模型对该设计进行扩展：假设一个“配方模型”描述含有组分c1–c6的培养基配方F1、F2和F3，另一个“混料模型”描述组分c1-c6的混合物M1–M10的确切组成。

在下面这个实际案例中，培养基混合设计如表1所示

实验结果和讨论

图2：细胞密度

图3：细胞活率

图4：滴度

从图4滴度结果可以看出：Cellbest、Advantage、Dynamic——单独使用表现优异。

Cellbest培养基的滴度为8.52g/L，Advantage培养基为5.28g/L，Dynamic培养基为7.51g/L，均高于4.73g/L的对照组（客户原始工艺中使用的培养基）。通过培养基混合，性能得到进一步提升，滴度达到10.6g/L（Cellbestynamic=3:1）。

图5：滴度模型（DOE）

图5结果显示：R2=0.98显示模型拟合良好，三种基础培养基的P值均小于0.05，表明产量受到显著影响。模型预测，当最佳混合比例调整为Cellbestynamic=0.65:0.35时，产量将进一步增加。

图6：原材料对滴度的影响 *L1-L93是培养基配方中原材料的代码

图6：基于多元分析（MVDA）和我们的知识，硝酸镍（L8）、亚硒酸钠（L55）、异亮氨酸（L73）、甲硫氨酸（L82）、缬氨酸（L86）、天冬酰胺（L87）和羟脯氨酸（L92）对产量有正面影响。肝素硫酸盐（L10）、谷胱甘肽（L27）、生长因子LongR3（L34）和肌醇（L35）对产量有负面影响，可进一步通过PB试验设计确认和优化这些原材料。
如果需要，我们可以进一步添加这些积极影响的材料以增加蛋白质产量。

结论

• CellBest培养基、Advantage培养基、Dynamic培养基：单独使用表现优异。
• 通过三种目录培养基混合，细胞培养基的选择将变得更加容易。
• 通过培养基混合，性能得到进一步提升。
• 基于多元分析（MVA），我们分享了原材料的功能，以便用户可以根据需求进行更深入的研究。
  
  

讨论和展望

本文提出了一种稳健的培养基混合方法。它具有几个实际优势，操作简单试验量小且具有可拓展性。
多种数学模型和实验设计软件可助力我们完成实验设计和分析。通过培养基混合同时改变多种浓度的原材料，创建了一个信息丰富的大型数据集。虽然多元分析（MVA）是分析具有许多变量和响应的大型数据集的非常吸引人的方法，但这种统计工具并没有为我们特定类型的数据的分析提供真正的附加值。

本文仅使用三种目录培养基，混合设计扩大了培养基筛选/优化的可能性。培养基混合可以作为一个有效的工具来同时筛选和洗牌众多组分，无需浓缩储备溶液。通过这种方法生成的数据可以被分析并用于进一步优化。虽然在当前研究中以细胞密度和滴度为目标，但使用更大的分析面板，其他质量属性如糖基化、脱酰胺、聚集、甲硫氨酸氧化、片段化和C末端赖氨酸丢失也可以被包括在内，以定制特定分子的培养基。合理的培养基混合是一个有前景的方法，可以快速识别重新平衡的高性能培养基组成，并且有潜力提供有关单个关键组分最重要影响的有效信息。

乐安利 | CellBest 培养基系列

QuaCell CellBest Basal Medium & 007 Feed Medium组合是乐纯生物集团旗下康晟生物（Quacell，乐纯生物旗下细胞培养品牌）研发团队通过DoE等统计学分析软件，从培养基配方优化，培养基配制，质量标准，细胞株适配性，产量及质量参数等方面进行测试和评估，推出的无血清，无动物源成分，化学成分限定的培养基和补料。

产品优势

■ 产量高，有效提高目标蛋白产物浓度，最高可达到 14g/L ；

■ 通用性好，适用于 CHO-K1，CHO-DG44，CHO-S，CHO-ZN 等细胞株；

■ 高度适配康晟自主开发的 CHO-K1Q 细胞株。

以上产品试用通道已开启，如需申请试用装或咨询产品，可以长按识别/扫描下面二维码联系。

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关于康晟生物

中山康天晟合生物技术有限公司，自2018年成立以来，始终专注于生物药生产的核心原材料的研发与制造，已发展为国内首个同时拥有商业化宿主细胞株开发系统、无血清培养基开发和QPA一站式服务平台的企业，核心产品细胞培养基——生物制药原液生产核心原料，以高收率、质量稳定性强填补了国产上游供应链空白。

2023年初，康晟生物作为细胞培养领域的知名生产制造商，正式加入乐纯生物集团，成为其旗下细胞培养解决方案的优质提供者。至此，乐纯将彻底打通生物制药领域上、下游的工艺链条，完成从上游细胞培养、下游纯化到最终制剂灌装一站式解决方案 （One-Stop Solution） 的蜕变。

关于乐纯生物

上海乐纯生物技术股份有限公司成立于2011年，以外延式增长路径并入格氏流体、康晟生物、斯坦利思等优秀品牌，业务范围覆盖一次性使用系统、过滤纯化、细胞培养、洁净室污染控制四大系列。十余年来，乐纯生物始终坚持科研导向,致力于为生物制药等行业提供优质、创新的上游耗材及工艺技术服务,是中国领先的生物工艺整体解决方案及服务提供商。

使命愿景：以技术创新为驱动，提供高品质的生物工艺解决方案，致力于成为全球生物制药企业最信赖的合作伙伴。

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生物制药国产化推进联合会(Biopharma Localization Association)，简称BLA，总部位于上海，成立于2021年8月，是集生物制药领域平台、媒体、研发、生产、上下游供应链等企业的联合型社团组织。

BLA致力于助推生物制药“国产化”的三个核心：

▲ 助推建立健全中国生物药政策标准

▲ 助推研发制造安全有效的中国生物药

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全面推进中国生物医药产业高质量发展，向生物科技强国和产业强国迈进。

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