实验设计法在优化表达Fc融合蛋白的CHO细胞发酵培养工艺中的应用

目的通过实验设计(Design of Experiments,DOE)分析优化重组CHO细胞在生物反应器中的培养工艺。方法以2 L生物反应器控制参数温度(T)、pH及溶氧(dissolved oxygen,DO)作为变量,以蛋白表达量、蛋白纯度及蛋白唾液酸含量为响应变量,应用Design Expert 10软件进行3因素2水平DOE拟合分析,筛选最适表达Fc融合蛋白的CHO细胞发酵培养工艺参数,并采用5 L生物反应器进行验证。结果蛋白表达量仅与T有关,且呈成正相关,pH和DO对其无显著影响,T与pH对其有交互作用;蛋白纯度受T和pH影响显著,T呈负相关,pH呈正相关,DO对其无显著影响,T与pH对其有交互作用;唾液酸含量受T和pH影响显著,T呈正相关,pH呈负相关,DO对其无显著影响。最适工艺参数确定T为(34±0.5)℃,pH为(7.05±0.02),DO为(45±5)%。采用最适工艺参数的反应器与优化前工艺比较,活细胞密度(viable cell density,VCD)增加;蛋白表达量、蛋白纯度、唾液酸含量分别提高了29.7%、8%和87.9%。结论通过DOE方法快速优化了生物反应器培养表达Fc融合蛋白的CHO细胞的工艺参数,在不降低蛋白产量及纯度的前提下,极大提高了融合蛋白唾液酸含量。     

表达长效生长激素的CHO细胞培养工艺的优化及放大

目的 在NewBrunSwick310 14 L生物反应器中培养表达重组人长效生长激素(recombinant human growth hor-mone Fc fusion protein,rhGH-Fc)的CHO细胞,优化工艺参数以提高表达量,并进行NewBrunSwick310 14 L到New-BrunSwic...     

表达IFNα2b-HSA融合蛋白的CHO细胞培养基优化及发酵放大

毕赤酵母表达的干扰素与白蛋白融合蛋白虽然避开了干扰素单体半衰期短的缺陷,但毕赤酵母对药物的糖基化修饰与人体的糖基化修饰差异性导致了药物的毒副作用。目前药物在CHO系统的表达得到了广泛应用。本研究室首次构建了能表达干扰素α2b和人血清白蛋白融合蛋白（IFNα2b-HSA）的CHO细胞株。在此基础上,本研究通过对12种国产商业化基础无血清培养基和5种流加培养基进行优化筛选,获得最适培养方案：基础培养基选择最适于生长的5号培养基（M2：M4=1：1）,流加培养基选择最有适于表达的F4培养基。在此基础上,进行5L生物反应器的发酵放大,pH为6.9～7.4,DO为40%～60%,细胞密度达到7.0×10⁶cells/mL时,温度由37℃降温至34℃,细胞活率降至80%时停止发酵,最终融合蛋白表达量达到137mg/L。初步实现了IFNα2b-HSA融合蛋白在CHO细胞中的高密度发酵。     

CHO细胞表达重组人生长激素-Fc融合蛋白糖基化类型的优化

目的 优化CHO细胞表达重组人生长激素-Fc(recombinant human growth hormone-Fc,rhGH-Fc)融合蛋白，以获得更优的糖基化比例及更低含量的高甘露糖。方法 在7 L生物反应器中培养表达rhGH-Fc的CHO细胞，通过改善补料培养基成分(使用3种商业化培养基：Gly-1:EX-CELL Glycosylation Adjust、Gly-2:SHEFF-CHO PLUS PG ACF、Gly-3:EfficientFeed C+AGT Supplement&GlycanTune C+Total Feed)，对rhGH-Fc糖基化修饰进行调整，并通过质谱分析目的蛋白的糖基化类型及比例。结果 Gly-1、Gly-2、Gly-3的G0F(主要糖型一般为G0、G1和G2,F为岩藻糖)分别为32.89%、58.66%、33.28%,G1F分别为31.39%、18.03%、34.90%,G2F分别为31.39%、18.03%、34.90%,Gly-1与Gly-3使目的蛋白含有更少的G0F及更多的G2F;Gly-3补料方案在高甘露糖修饰方面较其他两种方案更少...     

表达乙型肝炎表面抗原的重组CHO细胞无血清培养基的优化及生物反应器培养

目的优化表达乙型肝炎表面抗原(HBsAg)的重组CHO细胞的无血清培养基,并进行生物反应器高密度培养。方法通过对现有重组CHO细胞无血清培养基SFMB的氨基酸、蛋白类激素、蛋白水解物等的优化,建立针对表达HBsAg的重组CHO细胞无血清低蛋白(<10mg/L)培养基SFMC。并利用此培养基在生物反应器中分批、流加、灌注悬浮培养重组CHO细胞,通过最大细胞密度和HBsAg产率评价不同的培养模式。结果 SFMC与原培养基SFMB相比,使重组CHO细胞的最大细胞密度提高了20%,HBsAg表达量提高了25%。在生物反应器培养过程中,灌注培养的重组CHO细胞表达的HBsAg产率为0.70mg/(L·d),较分批和流加培养的0.30mg/(L·d)提高了约133%。结论通过无血清培养基优化及生物反应器高密度培养,可显著提高重组CHO细胞表达HBsAg的效率。     

生物反应器培养分泌重组人干扰素β1a的CHO细胞工艺的建立

目的建立生物反应器培养分泌重组人干扰素β1a(IFNβ1a)的CHO细胞的工艺,探讨CHO细胞表达分泌IFNβ1a的反应动力学规律。方法应用15 L生物反应器悬浮微载体方式培养CHO工程细胞,比较不同时期细胞的生长形态、数量、生物活性、灌流量、葡萄糖消耗量及其他物理参数的变化规律。结果 15 L生物反应器中在初始pH 6.86～7.20,溶氧30%～70%,温度36.8～37.2℃,微载体4 g/L,罐流量6.5 L/h的条件下连续培养40 d,CHO工程细胞的密度维持在5×105个/ml之间,收获的细胞液中重组人IFNβ1a的生物活性为2.5×104～4.0×105IU/ml,葡萄糖消耗量在0.5～2.5 mg/ml之间。结论初步建立了15 L生物反应器培养分泌重组人IFNβ1a的CHO细胞的工艺,为进一步建立工业化生产工艺奠定了基础。     

篮式生物反应器培养Sabin株脊髓灰质炎病毒工艺的建立

目的建立篮式生物反应器培养Sabin株脊髓灰质炎病毒的工艺。方法对细胞接种密度、载体装量、培养基种类、病毒培养温度、pH、MOI等培养条件进行优化,通过测定葡萄糖消耗量、病毒滴度、宿主细胞蛋白(host cell protein,HCP)残留量,分析并确定脊髓灰质炎病毒的最适培养工艺参数。结果载体装量400～600 g,细胞接种密度1×10~6个/mL时,葡萄糖消耗量最大,平台期持续2～3 d,此时细胞接种病毒最佳。以0. 01～0. 3 MOI接种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型脊髓灰质炎病毒,采用199培养基于(33±0. 5)℃,pH 7. 4～7. 6条件下培养时,病毒滴度最高,HCP残留量较低,为最适培养工艺。结论初步建立了基于篮式生物反应器的脊髓灰质炎病毒高效制备工艺。     

人Ⅱ型肿瘤坏死因子受体-抗体融合蛋白重组CHO细胞生产工艺及质控方法的建立

目的 利用国产无血清培养基T22,建立人Ⅱ型肿瘤坏死因子受体-抗体融合蛋白(rhTNFR:Fc)重组CHO细胞大规模生产工艺及质控方法。方法用500 L生物反应器培养重组CHO细胞,通过深层过滤、亲和层析、离子交换层析、疏水层析等方法纯化表达上清中的目的 蛋白,超滤浓缩制成原液,并按照《中国药典》三部(2010版)及现有的质控方法和标准建立相应的质控方法。结果重组CHO细胞在500 L生物反应器中培养15 d左右,细胞密度最高可达8.6×106个/ml,收获时细胞活力为70%左右,rhTNFR:Fc蛋白表达量可达3.3 g/L;纯化的目的 蛋白纯度可达98%以上,总收率超过30%;各项质量指标均符合新药申报标准。结论建立的rhTNFR:Fc重组CHO细胞生产工艺及质控方法稳定可靠,使用国产培养基大大降低了生产成本。     

生物反应器微载体Vero细胞罐外消化放大培养对狂犬病病毒CTN-1Ⅴ株产毒能力的影响

目的 探讨微载体Vero细胞从30 L生物反应器经罐外细胞消化放大培养至300 L生物反应器对狂犬病病毒(rabies virus,RABV)CTN-1Ⅴ株产毒能力的影响。方法 将第140代Vero细胞于37℃培养72～120 h后,按1∶4的细胞密度比传代扩增至10层细胞工厂,继续培养72～120 h;将单层致密细胞消化后接种至30 L生物反应器,微载体7～10 g/L,培养温度37℃,pH(7.0～7.4),溶氧30%～80%,搅拌速度10～50 r/min,连续灌流培养72～120 h,共培养3批;微载体Vero细胞经罐外细胞消化后放大培养至300 L生物反应器,微载体5～8 g/L,培养温度37℃,pH(7.0～7.4),溶氧30%～80%,搅拌速度30～80 r/min,灌流培养72～120 h;按MOI=0.05接种RABV CTN-1Ⅴ株,每24 h收获病毒液1次,检测病毒滴度和抗原含量。结果 30 L生物反应器微载体Vero细胞培养96 h后密度约为1×10⁷个/mL;300 L生物反应器微载体Vero细胞培养96 h后密度约为7.4×10     

DOE法优化筛选表达胰高血糖素样肽-1融合蛋白的CHO细胞用培养基

目的运用实验设计(Design of Experiment,DOE)方法优化筛选表达胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)融合蛋白的CHO细胞用培养基,以提高细胞生长密度及目的蛋白表达量。方法采用Minitab软件对实验进行DOE优化筛选。考察不同基础培养基、流加培养基及其策略优化对CHO活细胞密度(viable cell density,VCD)与GLP-1融合蛋白表达的影响,确定最适培养基组合。结果从15种基础培养基中筛选出3组基础培养基,从5种流加培养基中筛出1种流加培养基,并在此基础上优化了相关流加补料策略。经最适培养基组合验证,试验组CHO细胞的VCD最高为(19. 90±0. 78)×10~6个/mL,对照组最高为(14. 30±0. 60)×10~6个/mL;试验组GLP-1融合蛋白表达最高为2. 51 g/L,对照组小于1. 51 g/L,目的蛋白表达量优化后较优化前提高了80%以上。结论优化后的培养基组合显著提高了CHO细胞生长密度及目的蛋白产量,DOE方法是一种短期快速提高蛋白表达的有效方法。     

Sf9细胞的高效扩增及类病毒颗粒高效自组装的培养工艺

目的优化SFX-Insect培养基及类病毒颗粒(virus like particles,VLPs)的自组装培养工艺,提高Sf9细胞的扩增效率及VLPs的自组装效率。方法以SFX-Insect培养基作为基础培养基,添加不同营养物(HyPep~(TM) 1510及葡萄糖),优化培养基。分别在摇瓶及WAVE生物反应器中培养Sf9细胞,同时补加不同倍数(1、2、5、8倍)的补料浓缩液,观察细胞培养效果;将重组戊型肝炎杆状病毒分别加入SFX-Insect及优化培养基培养的Sf9细胞中,分析目的蛋白表达量;根据细胞的不同生长阶段、接毒时是否补料及不同接毒MOI值,将优化培养基培养的Sf9细胞进行分组,分析各组细胞中目的蛋白的表达量并观察VLPs的形成。结果 SFX-Insect基础培养基中同时添加10 g/L葡萄糖和10 g/L HyPep~(TM)1510为Sf9细胞最佳培养基。优化培养基摇瓶培养Sf9细胞,活细胞密度高达2×10~7个/ml以上;在细胞对数生长中后期进行1及2倍补料可延长细胞平台生长期至20 d以上;将摇瓶培养的细胞放大至WAVE生物反应器中培养,密度高达107个/ml以上,且传代培养后,可维持10 d以上的平台生长期。优化培养基培养的Sf9细胞目的蛋白的表达量比SFX-Insect培养基提高了6倍;优化培养基培养Sf9细胞至对数生长中前期,进行补料接毒(MOI=2),VLPs的组装效率大幅提高,镜下可见形态均一的VLPs。结论成功优化了SFX-Insect培养基及VLPs的自组装培养工艺,提高了Sf9细胞的扩增效率及VLPs产量。     

重组人生长激素-Fc免疫融合蛋白多聚体含量尺寸排阻高效液相色谱检测方法的优化及验证

目的 优化重组人生长激素(recombinant human growth hormone,rhGH)-Fc免疫融合蛋白多聚体含量尺寸排阻高效液相色谱(size exclusion chromatography-high performance liquid chromatography,SEC-HPLC)检测方法 ,并对优化的方法 进行验证。方法 利用SEC-HPLC法对rhGH-Fc免疫融合蛋白中多聚体含量进行检测,优化检测条件(盐浓度、流动相pH、流速、柱温及色谱柱型号),观察目的 蛋白与聚合体分离的效果。对方法 的系统适应性、专属性、线性与范围、精密性、准确性及定量限进行验证。结果 优化后的方法 为采用TSK-gel G2000SW_xl色谱柱(5μm,7.8 mm×300 mm)进行测定,流动相50 mmol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.80),检测波长280 nm,进样量100μL,流速0.6 mL/min,柱温45℃。rhGH-Fc免疫融合蛋白与聚合物分离度、理论塔板数、拖尾因子均能满足要求;rhGH-Fc免疫融合蛋白样品与对照品出峰时间一致,GH国家标...     

实验设计在重组人生长激素-Fc融合蛋白纯化工艺建立过程中的应用

目的 通过实验设计(Design of Experiment,DOE)对重组人生长激素-Fc(recombinant human growth hormone-Fc,rhGH-Fc)融合蛋白纯化工艺中阴离子交换层析的层析条件进行优化,以降低蛋白原液中宿主蛋白(host cell protein,HCP)含量。方法 利用Minitab 19中DOE功能创建4因子2水平完全析因实验设计,通过DOE对rhGH-Fc纯化工艺中离子交换层析条件(流速、上样量、缓冲液pH、洗脱液盐浓度)进行优化,找出操作空间。结果 建立的DOE模型能准确预测实验结果,其中上样量、缓冲液pH、洗脱盐浓度以及缓冲液pH与洗脱液盐浓度的交互效应对收获液中HCP含量有显著影响。获得的最佳层析条件为：上样量15 mg/mL,流速120 cm/h,洗脱液pH 7.0～8.0,洗脱液盐浓度0.1 mol/L。该层析条件下洗脱液中HCP含量均<400 ng/mg,在确定操作空间的结果范围内满足验证要求。结论 本实验成功应用DOE确定了阴离子交换层析去除HCP的最佳层析条件,为其在生物制药领域的更多应用提供了参考。     

长效重组人生长激素-Fc融合蛋白纯化工艺的建立

目的建立长效重组人生长激素-Fc(recombiant human growth hormone-Fc,rhGH-Fc)融合蛋白的纯化工艺。方法 rhGH-Fc融合蛋白细胞培养液经离心、低pH处理、过滤、浓缩预处理后,再经Protein-A亲和层析、CM阳离子交换层析、Q HP阴离子交换层析进行纯化,同时检测rhGH-Fc融合蛋白的蛋白含量、纯度、等电点及宿主蛋白、宿主DNA、Protein-A残留量等指标。结果 Protein-A亲和层析、CM阳离子交换层析、Q HP阴离子交换层析纯化产物的蛋白含量分别为145、132、92.4 mg,纯度分别为95. 40%、95. 90%和99. 19%,宿主蛋白残留量分别为2 500、864和71 ng/mg,宿主DNA残留量分别为329、0. 56和0. 12 ng/mg,Protein-A残留量分别为24. 5、3. 2和0 ng/mg。rhGH-Fc融合蛋白相对分子质量约97 300,等电点范围为5. 5~6. 5,可与鼠抗人生长激素(human growth hormone,hGH)抗体发生特异性结合。结论成功建立了rhGH-Fc融合蛋白的纯化工艺,该工艺的纯化产物回收率及纯度均较高,本实验为rhGH-Fc融合蛋白的大规模生产奠定了理论基础。     

30L生物反应器培养重组CHO细胞生产重组人组织型纤溶酶原激活剂

目的应用30L填充床生物反应器培养重组CHO细胞生产重组人组织型纤溶酶原激活剂(rht-PA)。方法将表达rht-PA的CHO细胞株用含10%胎牛血清的IMDM复苏并放大培养,接种至30L生物反应器中,并采用BiocommandPlus软件系统实时监控。先用含血清的培养基生长培养,再更换为无血清培养基进行表达培养。在整个培养过程中,采用灌流培养方式,每日采样测定培养上清中葡萄糖浓度,隔日测定rht-PA的表达水平及生物学活性。采用Lysine-Sepharose4B和Zn2+-Sepharose4B两步亲和层析法纯化rht-PA,并检测纯化产物的比活、产率及纯度。结果整个培养过程持续51d,包括生长培养6d,表达培养45d,平均日灌流量为46.7L,最高达60L,共收获表达培养液约2100L;rht-PA的平均表达水平为15.15mg/L,最高可达19.25mg/L,生物学活性平均约为8000IU/ml;表达培养至第13天时,葡萄糖消耗量达最高水平(15.97g/L·d);纯化的rht-PA比活达6×105IU/mg,产率为63%,纯度达99%以上。结论应用30L填充床生物反应器可实现重组CHO细胞的长时间连续培养及产物rht-PA的高效表达。     

生物反应器微载体放大培养Marc-145细胞及PRRSV增殖情况

目的确定不同级别生物反应器间Marc-145细胞在微载体上消化放大培养条件,实现Marc-145细胞二级放大后,在生物反应器内增殖猪繁殖与呼吸综合征病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)。方法在一级生物反应器(BC-7L型)内,以微载体密度4 g/L培养Marc-145细胞,培养72 h时经灭菌PBS漂洗、胰酶消化后,接种至二级生物反应器(BC-14L型)继续培养,实现反应器间微载体细胞5倍体积增殖培养。以0.05 MOI接种PRRSV(TJM-F92株),接毒后24、36、48、60、72 h分别取上清及全液样品,检测病毒效价(TCID50)。结果 Marc-145细胞经过一级生物反应器培养72 h后,细胞密度达28.7×105个/ml;消化放大后,二级生物反应器培养72 h后,细胞密度达24.9×10~5个/ml。接毒后36 h,样品效价峰值可达108.19 TCID50,上清与全液样品效价差异较小。结论 Marc-145细胞从BC-7L型到BC-14L型不同反应器之间进行放大培养是可行的,为PRRSV活疫苗新型工艺改进及大规模放大生产奠定了基础。     

不同信号肽对GLP-1-Fc融合蛋白表达的影响

目的探讨不同信号肽对GLP-1-Fc融合蛋白表达的影响。方法对含7种不同信号肽(A～G)GLP-1-Fc融合蛋白的谷氨酰胺缺陷型中国仓鼠卵巢细胞(CHOK1SV GS-KO)进行流加培养,评估含各信号肽细胞的比生长率,并检测融合蛋白的表达量、反相纯度、电荷异质性组成、降解比例及糖型。同时对含最优信号肽GLP-1-Fc融合蛋白的细胞进行高密度发酵,并检测生物活性。结果含信号肽E的重组细胞比生长率略低,相应的融合蛋白表达量也略低,但反相纯度较高,酸性异构体比例较低,主峰含量最高,且降解比例较低,糖型G0F/G0F含量最高,整体质量较好,因此确定其为最佳信号肽。含信号肽E的细胞在1 L和7 L细胞反应器中发酵,RP-HPLC纯度分别高达89. 66%和89. 76%,生物活性与市售参比制剂一致。结论信号肽的筛选和优化需综合评估信号肽对融合蛋白表达量和产物关键质量属性的影响。     

不同病毒培养方式制备森林脑炎灭活疫苗的比较

目的比较3 L转瓶及14 L篮式生物反应器培养病毒制备的森林脑炎灭活疫苗的产量及质量。方法分别采用3 L转瓶及14 L篮式生物反应器培养Vero细胞,3 L转瓶培养细胞96 h后感染SZV株森林脑炎病毒(MOI=0.01、0.04、0.1及0.4),培养至80~96 h收获第1次,每隔48 h收获1次(500 m L/次);14 L生物反应器培养Vero细胞7 d后感染SZV株森林脑炎病毒(MOI=0.01、0.04、0.1及0.4),感染后96 h开始流加病毒维持液,并收获病毒液,每24 h收获10~15 L。两种培养方式收获的森林脑炎病毒液经超滤浓缩、β-丙内酯灭活、柱层析纯化后获得疫苗原液,并进行相关检定。结果 4种MOI感染Vero细胞,采用3 L转瓶方式培养可连续收获6~7次,病毒液产量为3~3.5 L,收获液平均滴度为7.4 lgLD_(50)/m L;采用14 L篮式生物反应器培养可连续收获14 d,病毒产量140~160 L,收获液平均滴度高达8.4 lgLD_(50)/m L。两种方法制备森林脑炎灭活疫苗原液各项质量指标均合格,且14 L篮式生物反应器制备原液的效力及蛋白含量优于3 L转瓶。结论应用生物反应器培养工艺制备Vero细胞森林脑炎灭活疫苗的产量及质量高于转瓶培养工艺,本实验为生物反应器制备Vero细胞森林脑炎灭活疫苗的大规模生产及工艺改进奠定了基础。     

复合型阴离子交换层析填料Capto adhere纯化工艺的优化

目的优化复合型阴离子交换层析填料Capto adhere的纯化工艺,并进行验证。方法利用中心复合设计(central composite design,CCD)法对影响复合阴离子交换层析的3个因素(上样液pH值、上样液电导率值、上样量)进行优化,拟合出响应曲面,找出最优参数范围。将优化的Capto adhere层析工艺与亲和层析相结合,纯化CHO细胞表达的IgG1单抗培养液,验证工艺参数的稳定性。结果优化的Capto adhere层析工艺为:上样液pH值6.9,上样液电导值率6.3 mS/cm,上样量300 mg/ml gel;CHO细胞表达的IgG1单抗培养液先经蛋白A亲和层析柱初步纯化,再经优化的Capto adhere层析工艺进一步纯化后,样品纯度达98.9%,蛋白A残留量为0.000 52%,宿主细胞蛋白残留量为0.015%,与预测值比较,结果偏差小于10%,且均符合质控标准,两步层析总收率达86.7%。结论优化了复合型阴离子交换层析填料Capto adhere的纯化工艺,利用亲和层析与Capto adhere复合阴离子交换层析两步法纯化单抗是有效、简便、可行的。     

生物反应器大规模培养脊髓灰质炎病毒

目的应用生物反应器大规模培养脊髓灰质炎病毒。方法用7L、75L和550L生物反应器逐级放大培养Vero细胞,每天取样进行细胞计数。在550L生物反应器中培养脊髓灰质炎病毒,观察细胞病变,并检测病毒感染性滴度。结果一级细胞培养(灌流培养法)、二级细胞培养(循环培养法)和三级细胞培养(批培养法)的平均细胞密度分别为2.79×106、2.38×106和1.04×106个/ml,一级培养的细胞倍增数最高;病毒培养体积达350L,病毒收获液滴度大于7.625lgCCID50∕ml。结论通过三级放大工艺,可大规模培养脊髓灰质炎病毒。