生物医药中常使用的哺乳动物细胞系

   2019-04-05
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生物制药离不开细胞表达系统,哺乳动物细胞作为蛋白的表达系统具有糖基化、乙酰化、硫酸化等翻译后修饰。而蛋白翻译后修饰,如糖基化修饰,会直接影响蛋白在体内的半衰期及稳定性和生物学活性、影响配体识别及结合,影响其免疫原性,影响胞间作用等等功能。目前,哺乳动物细胞已被广泛用于重组蛋白、疫苗、抗癌试剂及其他临床相关的药物的生产中。其中 CHO 细胞、BHK 细胞、Sp2/0,HEK293 等细胞常被用于制备生物制药。

在所有这些表达载体中广泛使用的就是 CHO 细胞系。

何为 CHO 细胞?

CHO 细胞,全称 Chinese Hamster Ovary Cell,即中国仓鼠卵巢细胞系。1957 年,美国遗传学家 Theodore T. Puck 从波士顿癌症研究基金会的 George Yerganian 博士实验室得到一只雌性中国仓鼠,并分离出原始的 CHO 细胞。从此,CHO 在科学研究和医药工业领域逐步获得广泛的应用。如今它是用来表达外源蛋白较多也颇为成功的一类细胞。

CHO 细胞属于成纤维细胞,既可以贴壁生长。也可以悬浮生长。目前常用的 CHO 细胞包括原始 CHO 和二氢叶酸还原酶双倍体基因缺失型 (DHFR-) 突变株 CHO。近年来,为降低生产成本和减少血制品带来的潜在危害性,动物细胞生产开始使用无血清培养基 (SFM),但 SFM 往往导致细胞活力差,贴壁性差,分泌外源蛋白的能力差等缺点。另有研究者尝 试将类胰岛素生长因子 IGF 基因和转铁蛋白基因转入 CHO 细胞获得能自身分泌必需蛋白的「超级 CHO」,无需在培养基中转铁蛋白和胰岛素,细胞可在 SFM 中生长良好。

与其他表达系统相比,CHO 表达系统具有以下的优点:

(1) 具有准确的转录后修饰功能,表达的蛋白在分子结构、理化特性和生物学功能方面较接近于天然蛋白分子;

(2) 既可贴壁生长,又可以悬浮培养,且有较高的耐受剪切力和渗透压能力;

(3) 具有重组基因的高效扩增和表达能力,外源蛋白的整合稳定;

(4) 具有产物胞外分泌功能,并且很少分泌自身的内源蛋白,便于下游产物分离纯化;

(5) 能以悬浮培养方式或在无血清培养基中达到高密度培养。且培养体积能达到 1000L 以上,可以大规模生产。

同样 CHO 的缺点也十分明显:CHO 细胞培养成本高,条件难掌握,易污染,在一定程度上提高了它的使用难度和条件。

BHK 细胞系

BHK 细胞即 baby hamster kidney cell,是幼年仓鼠肾细胞,常用来表达疫苗产品。BHK 细胞原始的细胞株是成纤维细胞,需要贴壁依赖性生长。但后来经传代驯化后 BHK 细胞可悬浮生长。由于悬浮培养相对于传统的转瓶培养在细胞培养过程中全程封闭减少了中间开放节点、可实现远程操控降低人工操作带来的污染风险、增加培养器容积减小批间差异提高均一性。由于这些优点,通过悬浮培养 BHK cell 被泛用于增殖各种病毒抗原,生产兽用疫苗。

SP2/0 细胞系

SP2/0 细胞是小鼠骨髓瘤细胞,该细胞系在早期抗体药物开发中应用较多,近年来应用明显减少。由于 sp2/0 是小鼠骨髓瘤细胞的缺陷株,sp2/0 细胞本身不能分泌抗体,只有和分泌阳性抗体的 B 淋巴细胞融合后并成功建株的杂交瘤细胞才能分泌抗体。用于一般鼠源性单抗的制备,也是目前单抗制备过程中的常用方法。

HEK293 细胞系

以上这些小鼠来源的细胞与 HEK293 细胞相比,缺乏人的细胞翻译后修饰系统,因此与人源系统表达的蛋白有差异。

HEK293 细胞是转染腺病毒 EIA 基因的人肾上皮细胞系,最早的 HEK293 细胞来源于 1973 年的一个夭折的人类胚胎肾细胞中。将人的胚胎肾细胞中转化入人 5 型腺病毒 DNA 片段,得到的细胞即为 HEK293 细胞。

HEK293 含有 SV40 复制起始点与启动子区的质粒,表现出典型的腺病毒转化细胞的表型,细胞允许腺病毒和其他血清型腺病毒在其上复制,现在,HEK293 细胞被广泛用于生产蛋白、疫苗、抗癌试剂及重组腺病毒包被等。

HEK293 细胞系的优点:

(1) 293 细胞比较容易转染,是一个很常用的表达研究外源基因的细胞株,多用于瞬时转染表达重组蛋白。相比 CHO 细胞而言,生长更快,生长密度更高,转染效率和外源蛋白表达量较高遗传背景清楚,生理代谢稳定。

(2) 贴壁培养、微载体培养、无血清悬浮培养三种方式均可用于 293 细胞的大规模培养。在无 Ca2+ 或含 Ca2+ 培养基中可同样生长,也可生长在血清浓度较低的培养基中。具有很高的质粒转染效率和对保持外源基因的高稳定性。

(3) HEK293 细胞与神经元细胞一样,对外界微环境较为敏感,利用这一特点,可用于药物发现及细胞毒性测试。

上海易对医生物医药有限公司(Shanghai 121Biomed technology CO.LTD),拥有高效完善的蛋白表达平台,拥有成熟的以 HEK293 细胞为主的哺乳动物表达平台及原核蛋白表达平台成功生产 R1、N1、F2 等蛋白,活性优可用于细胞培养等,还可为我们的客户提供一站式从基因—蛋白的全方位外包服务。我们面向未来、力求不断创新,为客户提供极具竞争力价格的高品质服务、高质量产品,为生命科学和生物技术的发展作出贡献!

编辑: z翟某某    来源:丁香园

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