無血清培養(yǎng)對于HEK293細(xì)胞的影響：從懸浮細(xì)胞建立和貼壁無血清適應(yīng)到細(xì)胞生長和代謝變化探究
動物源血清通常作為培養(yǎng)基添加物用于細(xì)胞和組織的體外培養(yǎng)，最常用的血清是胎牛血清（FBS），其包含有生長因子、黏附因子、維生素、轉(zhuǎn)鐵蛋白、激素和微量元素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，可支持多種細(xì)胞的體外生長。然而，F(xiàn)BS的使用會造成較大批次間差異，病毒污染風(fēng)險和引入不理想物質(zhì)等問題。因此，理想中疫苗和治療蛋白的生產(chǎn)應(yīng)建立在無血清培養(yǎng)體系下。
人源細(xì)胞HEK293近年來被廣泛地使用，不僅用于基礎(chǔ)研究如蛋白質(zhì)作用、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究，而且用于重組蛋白的生產(chǎn)和病毒載體等研究。HEK293是一個天然的貼壁細(xì)胞，其懸浮培養(yǎng)的應(yīng)用也多有報道，但無血清培養(yǎng)和懸浮培養(yǎng)對其潛在的代謝影響研究較少。培養(yǎng)基對細(xì)胞代謝，表型和功能的影響逐漸受到關(guān)注。挪威科技大學(xué)Mi Jang團(tuán)隊在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology期刊上發(fā)表了題為：The impact of serum-free culture on HEK293 cells: From the establishment of suspension and adherent serum-free adaptation cultures to the investigation of growth and metabolic profiles的論文。
該論文描述了將HEK293細(xì)胞由血清培養(yǎng)轉(zhuǎn)化到無血清培養(yǎng)，并懸浮馴化的過程，并探究了細(xì)胞在不同培養(yǎng)條件、不同馴化方式及不同表型下的代謝差異。
首先，研究人員使用Freestyle 293 表達(dá)培養(yǎng)基通過次序降血清法和直接降血清法（如下圖所示）將HEK293適用于無血清培養(yǎng)基。當(dāng)細(xì)胞聚合度達(dá)到70%時被依次傳代，相鄰適應(yīng)過程的細(xì)胞被同時培養(yǎng)，一旦細(xì)胞活率低于80%則返回上一級馴化過程。細(xì)胞需要在無血清環(huán)境下傳代3-5代以保證適應(yīng)的穩(wěn)定性。隨后研究人員又將適應(yīng)無血清培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞逐步馴化為懸浮細(xì)胞。
無血清馴化過程中，當(dāng)血清含量高于5%時，HEK-293仍保持其形態(tài)特征，隨后細(xì)胞形態(tài)逐漸變圓，貼壁性減弱。無血清適應(yīng)后隨即進(jìn)行懸浮適應(yīng)，低速（80 rpm）搖瓶并加入抗結(jié)團(tuán)劑馴化，超過三代適應(yīng)后，細(xì)胞可呈單細(xì)胞懸浮生長。最終得到了5種培養(yǎng)體系：CGM血清培養(yǎng)組（CGM）、次序馴化貼壁組（Seq. ad）、次序馴化懸浮組（Seq. sus）、直接馴化貼壁組（Dir. ad）和直接馴化懸浮組（Dir. sus）。
胞內(nèi)代謝物分析結(jié)果表明：懸浮細(xì)胞內(nèi)代謝物的濃度通常低于貼壁細(xì)胞（亞甲基丁二酸和琥珀酸除外）。細(xì)胞在無血清培養(yǎng)基中乳酸鹽的濃度較在血清培養(yǎng)基濃度較高，而氨基酸的濃度下降。代謝物分類結(jié)果表明：培養(yǎng)模式（貼壁細(xì)胞和懸浮細(xì)胞）相較于培養(yǎng)基類型有更大的代謝差異，適應(yīng)過程造成的差異較小，僅Seq. sus組和Dir. sus組代謝上有輕微的差異。
綜上所述，在無血清Freestyle293培養(yǎng)基下細(xì)胞的貼壁和懸浮培養(yǎng)體系被建立。貼壁細(xì)胞傳統(tǒng)上被廣泛使用在病毒生產(chǎn)和臨床研究，懸浮生長是藥用蛋白生產(chǎn)平臺。在無血清培養(yǎng)基下不同培養(yǎng)體系的建立將適用于更廣泛的應(yīng)用場景。該適應(yīng)過程可為其他無血清馴化提供參考。
