【细胞小讲堂】HEK293 细胞系：现代细胞研究和生物技术的基石，全面剖析：特点、应用、培养方法与研究进展_公司新闻

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【细胞小讲堂】HEK293 细胞系：现代细胞研究和生物技术的基石，全面剖析：特点、应用、培养方法与研究进展

人阅读发布时间：2024-03-29 17:21

1.什么是 HEK293 细胞？

HEK293 细胞是一种人胚胎肾细胞系，源自选择性终止的未知亲子关系的人胚胎的肾组织。这些细胞是由荷兰生物学家 Alex Van der Eb 在 20 世纪 70 年代初建立的。后来，研究员弗兰克·格雷厄姆（Frank Graham）通过截短的腺病毒 5（Ad5 DNA）进行转化，使它们永生化。

最初，这些细胞很难转化。经过多次努力，细胞从分离的单克隆中长起来了[1]。通过腺病毒 5 （Ad5 DNA）转染导致细胞基因组中包含 E1A 和 E1B 基因，可以防止细胞死亡的同时产生丰富的蛋白质。

HEK293 中的“293”指的是 Graham 进行的第 293 个实验。

2.HEK293细胞的特征

HEK293 细胞的形状类似于上皮细胞。胚胎肾主要由成纤维细胞、内皮细胞和上皮细胞组成。因此，293 细胞在形状上类似于这些细胞类型。

培养中的 HEK293 细胞

HEK293 细胞的大小可能受到培养条件的影响，在 11 至 15 µm 之间。在培养过程中，细胞在贴壁生长时可能呈扁平状，在悬浮液中则呈圆形。 HEK293细胞是亚三倍体，约30%的HEK293细胞具有64条染色体的模式倍性，但有些细胞具有更多染色体。这些细胞还具有三个 X 染色体拷贝和整合到 19 号染色体上的 5 号腺病毒的 4 KB 对片段。

3.HEK293 与 HEK293T 比较

HEK293T 细胞是HEK293细胞最广泛使用的衍生物之一，是通过将温度敏感的 SV40 T 抗原突变体整合到原始 HEK293 细胞基因组中而创建的。当转染到 293-T 细胞中时，T 抗原的表达允许具有 SV40 复制起点的质粒进行复制，从而导致重组蛋白产量增加 [2]。

4.HEK293 细胞培养基础知识

培养条件	相关信息
倍增时间	HEK293细胞系的倍增时间为24至45小时，平均为30小时。
生长特性	HEK293 细胞可以贴壁和悬浮形式生长。贴壁细胞以单层形式生长，而悬浮培养物以球体形式生长。
传代建议	在生长期以 80-90% 汇合度分裂细胞。使用 Accutase 分离细胞，并以 1 至 4 x 104 个细胞/cm2 的密度播种。汇合层将在 4 天内形成，接种密度为 1 x 104 个细胞/cm2。
培养基	在含有 2 mM L-谷氨酰胺和 10% 胎牛血清 (FBS) 的 EMEM 中生长。每周更换培养基两次。
生长条件	37 °C、5% CO2
储存条件	储存在液氮的气相或液相中以便长期保存。避免长期储存在 -80 °C 冰箱中，会影响细胞活力。

2.2 HEK293 细胞系在研究和工业中的应用

HEK293细胞的应用广泛且意义重大。它们经常用作重组蛋白表达和生产的系统。由于细胞来自人类，这些细胞中产生的蛋白质在结构和功能方面更可能与天然人类对应物相似，这对于治疗应用至关重要。

此外，HEK293 细胞经常用于基因功能和调控的研究，因为它们很容易吸收外源 DNA，使其成为基因操作的模型。这些细胞在腺病毒载体的生产中也发挥着关键作用，腺病毒载体用于基因治疗和疫苗开发，包括快速生成 COVID-19 疫苗。

疫苗和蛋白质生产：HEK293 细胞适合大规模蛋白质和治疗性疫苗生产。该细胞系进一步用于生成病毒载体，例如腺相关载体和腺病毒载体 [3, 4]。最近，HEK293 细胞已被用于生产一种重要的重组蛋白——促红细胞生成素（EPO）[5]。
药物测试：HEK293细胞经常用于测试药物和天然产物的毒性[6, 7]。
癌症研究：293细胞具有致瘤性，关键的基因表达变化会加剧该细胞系的肿瘤发生。因此，293细胞系经常用于癌症研究，以了解潜在的分子机制和药物开发[8]。
转染研究：转染是将核酸引入细胞的过程，HEK293 细胞特别适合此过程。下面解释了有关此主题的更多信息。

2.2 HEK293 在疫苗和蛋白质生产中的作用

在疫苗生产中，HEK293 细胞在腺病毒疫苗的开发中发挥了重要作用。它们在悬浮培养时的生长能力允许可扩展的工艺，这对于满足全球疫苗需求至关重要。此外，它们的人类起源比其他细胞系具有优势，因为它们可以进行类似人类的翻译后修饰，确保所生产疫苗的生物学功效。
HEK293 细胞的多功能性延伸至复杂蛋白质的生产，包括单克隆抗体和生物仿制药，用于治疗癌症、自身免疫性疾病和其他疾病。它们精确折叠和修饰蛋白质的能力使它们成为重组蛋白质生产行业的。

2.3 为什么使用 HEK293 细胞进行转染？

HEK293 细胞适合转染的原因如下：
1. 高转染效率：HEK293 细胞对外源 DNA 具有较高的摄取率，这归因于它们能够表达某些促进 DNA 进入细胞的病毒基因。
2. 易于培养及扩增：HEK293细胞生长迅速且相对容易维护，这对于需要快速且可靠结果的实验是有益的。
3. 适应性强：HEK293细胞可以在多种条件下生长，包括贴壁或悬浮培养，这使得它们适合大规模蛋白质生产。
4. 人源细胞系：作为人源细胞系，它们为人类生物学提供了更相关的生物学背景，这在治疗研究中尤其重要，因为人源细胞的反应可以预测体内结果。
5. 多功能性：它们能够产生具有复杂翻译后修饰的蛋白质，这一特征对于许多蛋白质（尤其是治疗性抗体）的功能至关重要。

表 2：有关 HEK293 细胞使用的文献

Publication Title	Journal	Study goal
Small-scale bioreactor supports high density HEK293 cell perfusion culture for the production of recombinant Erythropoietin	Journal of Biotechnology	The study used HEK293 cells to develop a high cell-density perfusion method for recombinant human Erythropoietin protein production.
Zika virus-like particles (VLPs): Stable cell lines and continuous perfusion processes as a new potential vaccine manufacturing platform	Vaccine	The publication reported using human embryonic kidney cells to develop a stable cell line expressing Zika viral-like particles (VLPs), which can be promising Zika vaccine candidates and are produced mainly by growing stable cells in stirred-tank perfusion bioreactors.
Plasticity of the HEK- 293 cells, related to the culture media, as platform to produce a subunit vaccine against classical swine fever virus	AMB express	Researchers developed a HEK293 cell line expressing classical swine fever virus E2 glycoprotein fused to the porcine CD154 and compared these cells' growth and expression profiles in four commercially accessible growth media.
Cytotoxicity of apigenin toward multiple myeloma cell lines and suppression of iNOS and COX-2 expression in STAT1-transfected HEK293 cells	Phytomedicine	HEK293 cells were transfected with the STAT-1 gene to develop a model for investigating the role of the STAT1/COX-2/iNOS signaling pathway in tumorigenesis and inflammation, and the inhibitory potential of apigenin was explored against this pathway.
Feasible development of stable HEK293 clones by CRISPR/Cas9-mediated site-specific integration for biopharmaceuticals production	Biotechnology Letters	The authors reported CRISPR/Cas9 technique as an efficient and reliable tool for developing stable cell lines by site-specific integration.
Dissecting the roles of GRK2 and GRK3 in μ-opioid receptor internalization and β-arrestin2 recruitment using CRISPR/Cas9-edited HEK293 cells	Scientific Reports	The publication used CRISPR-Cas9 technology for genome editing of HEK293 cells and knocked out G-protein coupled receptor-kinases GRK2 and GRK3 to study their impact on µ-opioid receptor internalization and recruitment of β-arrestin.

因篇幅原因，欲了解更多HEK293 详细信息，如：STR profile、Hierarchy、HLA typing、Cell line collections 等等。

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参考资料

Lin, Y.-C., et al., Genome dynamics of the human embryonic kidney 293 lineage in response to cell biology manipulations. Nature communications, 2014. 5(1): p. 4767.
Tan, E., et al., HEK293 cell line as a platform to produce recombinant proteins and viral vectors. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 2021: p. 1288.
Pulix, M., et al., Molecular characterization of HEK293 cells as emerging versatile cell factories. Current Opinion in Biotechnology, 2021. 71: p. 18-24.
Alvim, R.G., I. Itabaiana Jr, and L.R. Castilho, Zika virus-like particles (VLPs): Stable cell lines and continuous perfusion processes as a new potential vaccine manufacturing platform. Vaccine, 2019. 37(47): p. 6970-6977.
Schwarz, H., et al., Small-scale bioreactor supports high density HEK293 cell perfusion culture for the production of recombinant Erythropoietin. Journal of biotechnology, 2020. 309: p. 44-52.
Liu, X., et al., Nanotoxic effects of silver nanoparticles on normal HEK-293 cells in comparison to cancerous HeLa cell line. International journal of nanomedicine, 2021. 16: p. 753.
Patra, B., et al., Piper betle: augmented synthesis of gold nanoparticles and its in-vitro cytotoxicity assessment on HeLa and HEK293 cells. Journal of Cluster Science, 2020. 31: p. 133-145.
Stepanenko, A. and V. Dmitrenko, HEK293 in cell biology and cancer research: phenotype, karyotype, tumorigenicity, and stress-induced genome-phenotype evolution. Gene, 2015. 569(2): p. 182-190.