细胞培养过程中初始葡萄糖浓度对摄氧量OUR的影响

研究目标

本研究以比摄氧率(qOUR)和比乳酸摄取速率(qLac) 为指标，探究初始葡萄糖浓度对细胞代谢活性的影响。为计算比摄氧速率q OUR ，我 们使用 BlueSens 尾气分析仪获取了可靠的尾气测量数据。

我们通过对进气和出气中的氧气体积分数 (yO2)  进行质量平衡计算，来得到q our .使用 BlueVary (BlueSens)可变尾气分析仪，可以量化细胞培养生物反应器的尾气成分。计算得工作流程和基础公式如图1所示。

 

yO2	气体流中的氧气体积分数
G	气体体积流速
XV	活细胞密度
VL	生物反应器中的液体工作体积

 

培养方法

我们使用CHO 细胞进行了批次培养实验，设置了来那个两种初始葡萄糖浓度： 20 mmol l-1  (n = 3) 和 40 mmol l-1 (n = 3) 。在培养初期，仅采用顶部空间通气（headspace aeration ）方式通入空气。当溶解氧浓度降至40%时，切换为通过环形曝气头（ring sparger）通入纯氧，并结合顶部空间通气，以将溶解氧水平维持在 40 ± 1 %.                                                                                                       比摄氧率 q OUR w的计算方式如前文所述。

结果与讨论

我们通过尾气检测来测定氧气消耗速率qOUR，研究了两种不同初始葡萄糖浓

度对细胞代谢活性的影响。

此外，还对比了指数生长期的比生长速率(µexp), 比 乳 酸 消 耗 速 率 (qLac) 以及比抗体生产率 (qmAb) 。

图 2: 初 始 葡 萄 糖 浓 度 为 20 mmol l-1  和 40 mmol l-1 时，CHO细胞批式培养的比速率对比。

A: 最 大 比 氧 气 消 耗 速 率

B:  比 生 长 速 率 (0 –72  h)

C: 乳 酸 消 耗 阶 段 的 比 乳 酸 消 耗 速 率 （平 均 值 ， t > 9 0 h ）

D: 比 生 产 率 （所 有 测 量 值 的 平 均 值 ）

工 作 体 积 : 200 ml, 温 度 : 37。C, 转 速 :400 – 800 rpm.

双 尾 独 立 样 本 t 检 验 : * = 显 著 差 异 (p < 0.05), ** = 极 显 著 差 异 (p < 0.001)

图2A显示，初始葡萄糖浓度为 20mmoll-1的培养组，其最大比氧气消耗速率为qOUR,max= 5.6pmolcell-1h-1,是另一组的4倍，表明该组细胞的代谢活性更高。这一点无法从两组相似的生长速率（图2B）中直接看出，只能通过尾气检测和qOUR 计算来推断。

初始葡萄糖浓度为20 mmol l-1   的细胞对乳酸的摄取也更活跃（图2C，平均比乳酸消耗速率qLac,avg  = 0.06 pmol cell-1  h-1),这有助于减轻高乳酸水平的有害影响[1]。

 

图2D显示，两种初始葡萄糖浓度下的平均比抗体生产率均为qmAb,avg = 0.23 pg cell-1  h-1 ，这一结果与先前研究[2,3]相当，说明降低初始葡萄糖浓度并未产生不利影响。

结论 本研究通过  BlueSens  尾气分析仪，明确了初始葡萄糖浓度对细胞代谢活性的影响。
	简化的尾气分析技术支持基于科学认知的工艺开发。                                            在初始葡萄糖浓度较低的情况下，观察到更高的最大比摄氧速率qOUR,max 。 Ce在初十葡萄糖浓度较低的情况下，细胞对乳酸的摄取更为活跃。