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Vero细胞无血清培养基的优化

来源:个人技术集锦
・518・ 中国生物制品学杂志2015年5月第28卷第5期Chin J Biologicals May 2015,Vo1.28 No.5 ● 技术方法 ● Vero细胞无血清培养基的优化 段盼盼 ,杨帆。,耿兴良 ,龙云凤。,郭琦 ,龙艺 ,王明清 ,廖国阳 ,李卫东 1.中国医学科学院北京协和医学院医学生物学研究所云南省重大传染病疫苗研发重点实验室, 云南昆明650118;2.苏州大学医学部基础医学与生物科学学院,江苏苏州215123 摘要:目的通过试验设计(design of experiments,DOE)方法和统计学分析快速优化Vero细胞无血清培养基。方法 以DMEM/F12为基础培养基,通过Plackett.Burman试验、最陡爬坡试验和Box—Behnken试验考察7种添加物胰岛 素、人转铁蛋白、透明质酸、牛血清白蛋白、亚硒酸钠、表皮生长因子和高密度脂蛋白对Vero细胞生长的影响,以 CCK.8测定的吸光度值(A )为响应值,优化Vero细胞无血清培养基。 用最优化的因子浓度配制的Vero细胞无血清 培养基培养Vero细胞,对优化结果进行验证。结果通过Plackett.Burman试验筛选出胰岛素、牛血清白蛋白和人转 铁蛋白对Vero细胞生长影响较大;采用最陡爬坡试验和Box.Behnken试验进一步优化,Design-Expert 8.06软件进行 回归分析,得到胰岛素、人转铁蛋白和牛血清白蛋白的最佳浓度分别为5.625 p ̄g/ml、14.034 g/ml和3.92 mg/ml, 在此优化条件下的 值为2.3,较基础培养基提高了3.41倍。用最优的胰岛素、人转铁蛋白和牛血清白蛋白浓度 配制的Vero细胞无血清培养基培养Vero细胞的A蜘值为2.148,为预测值的93.4%,符合度较高。结论应用DOE 方法快速高效地优化了Vero细胞无血清培养基,为无血清培养基的研制奠定了基础。 关键词:Vero细胞;无血清培养基;优化;试验设计 中图分类号:R392.33文献标识码:A文章编号:1004.5503(2015)05.0518—05 Optimization of serum.free medium for Vero cells DUAN Pan—pan‘,YANG Fan,GENG Xing—liang,LONG Yun-feng,GUO Qi,LONG Yi, WANG Ming-qing,LIAO Guo-yang,LI Wei—dong 。Institute ofMedical Biology,Chinese Academy foMedical Sciences&Peking Union Medical College, Kunming 650118,Yunnan Province,China Correspoading author:LI Wei—dong,E-mail:LWD@imbcms.com.cn;LIA 0 Guo-yang,E-mail:liaogy@imbcams.com.ca Abstract:Objective To rapidly optimize a serum-free medium for Vero cells by design of experiment(DOE)and statistical analysis.Methods Using DMEM/F12 as basal medium,the effect of seven supplements,i.e.insulin,human transferrin,hyaluronic acid,bovine serum albumin(BSA),sodium selentite,epidermal growth factor(EGF)and high density lipoprotein(HDL),on the growth of Vero cells were investigated by Placket-Burman design,the steepest ascent experiment and Box-Behnken design based on A 490 values tested by CCK一8 as a response value.Vero cells were cultured by the optimized serum—free medium to verify the optimization efifcacy.Results Factor screening analysis by Plackett- Burman design revealed that insulin,human tranferrin and BSA influenced the growth of Vero cells signiifcantly.Further optimization by the steepest ascent experiment and Box—Behnken design and regression analysis by Design—Expert 8.06 software that the optimal concentrations of the three supplements were 5.625 txg/ml,14.034 txg/ml and 3.92 mg/ml respectively.The A value under the optimal condition was 2.3,which was 3.41 times higher than that in basal medium. The A value of Vero cells cultured in the optimized medium was 2.148,which was 93.4%of that expected.Conclusion A serum—free medium for Vero cells was optimized effectively by DOE,which laid a foundation of development of serum— free medium. Key words:Vero cells;Serum—free medium;Optimization;Design of experiment(DOE) 大规模动物细胞培养广泛应用于生物制品如单 克隆抗体、重组蛋白、疫苗及激素等的生产…,不同 基金项目:863计划腮腺炎病毒疫苗等病毒性疫苗关键技术及产品 的细胞系由于用途不同,对营养的需求亦不同。血清 开发(2012AAO2A404);科技部国际合作项目Sabin IPV 是体外细胞培养用的最多、最广泛的天然培养基,具 关键技术研究(20l0DF3289O). 通讯作者:李卫东,E.mail:LWD@imbcms.corn.cn; 有重要作用l z4,但血清组分的复杂性和不确定性及 廖国阳,E-mail:liaogy@imbcams.con.cn 批次间的差异增加了疫苗等产品生产及质量控制的 中国生物制品学杂志2015年5月第28卷第5期Chin J Biologicals May 2015,Vo1.28 No.5 ・519・ 难度,同时血清易引起细菌、真菌、病毒及支原体的 污染,增加了疫苗生产的安全性隐患[ 引。由于使用 血清造成的细胞培养过程和细胞表达产物的安全性 问题,研发动物细胞无血清培养技术显得十分必要r5], 因此,基于细胞和产品特性的无血清培养基的研制 已成为细胞工程领域的重要课题_7]。 无血清条件。将处于对数生长期的Vero细胞用不 含血清的基础培养基DMEM/F12培养,使细胞血清 饥饿48 h,饥饿后的细胞作为后续无血清试验的种 子细胞库。 1.3.2细胞在无血清培养基中培养取经血清饥 饿后的Vero细胞,胰酶消化,用含大豆胰蛋白酶抑 制剂(1 mg/m1)的DMEM/F12终止,调整细胞密度 Vero细胞是日本学者Yasumura等于1962年从 正常成年非洲绿猴肾分离获得,可连续传代E ,是世 界卫生组织和我国生物制品规程认可的疫苗生产细 为1×105个/ml,接种于96孔细胞培养板中,每孑L 胞系[ ,已应用于多种疫苗的生产 屹]。虽然用于 100 l,分别加入含胰岛素、人转铁蛋白、透明质酸、 牛血清白蛋白、亚硒酸钠、表皮生长因子和高密度脂 Vero细胞培养的商品化无血清已研制成功|】 -I6_,但 每个细胞株对营养有其独特需求 ],因此很难有某 个商品化无血清培养基与某个细胞株营养需求完全 匹配,且当需要对培养过程进一步优化或细胞培养、产 品生产遇到问题时,由于商品化培养基成分保密,无 法针对性地解决遇到的问题。因此,针对特定细胞株 开发具有自主知识产权的无血清培养基尤为重要。 设计Vero细胞无血清培养基组成配方的原则 是筛选和确定替代血清作用的添加因子_l ,目前较 为快捷和有效的设计策略是以DMEM、F12和M199 等合成培养基单独使用及联合使用为基础培养基, 以反映细胞生长和代谢的主要参数为评价指标,应 用试验设计(design of experiments,DOE)和统计学 方法筛选并确定添加的生长因子、激素、结合蛋白、 黏附因子、微量元素、脂类和脂类前体物等的种类和 浓度[ s-。 本实验以商品化的DMEM/F12为基础培养基, 采用响应面法(response surface method,RSM)优化 Vero细胞无血清培养基,现报道如下。 1材料与方法 1.1细胞系 Vero细胞来自美国ATCC,由中国医 学科学院昆明医学生物学研究所保存。 1.2主要试剂DMEM/F12(V/V,1:1)培养基购 自美国Hyclone公司;MEM培养基、谷氨酰胺、双抗、 NaHCO 和0.125%胰酶均由医学生物学研究所提 供;新生牛血清购自兰州民海生物工程有限公司;胰 岛素和大豆胰蛋白酶抑制剂购自美国Sigma公司; 人转铁蛋白、透明质酸、牛血清白蛋白、亚硒酸钠、表 皮生长因子和高密度脂蛋白均购自索莱宝科技有限 公司;CCK.8试剂盒购自日本同仁化学研究所。 1.3细胞无血清驯化及培养 1.3.1细胞无血清驯化为避免在降低血清过程 中细胞出现变异,通过直接降低血清法使细胞适应 蛋白添加物的DMEM/F12培养细胞,每孔100 txl, 每个试验条件设8个复孑L,置(37±0.5)℃,5%CO 培养箱中培养。共进行2次重复试验。 1.4细胞增殖的测定采用CCK.8法测定细胞的增 殖速率[19]。按1.3.2项方法培养细胞72 h,弃去 培养液,PBS洗涤3次,加入DMEM/F12,每孑L 100 l, 再加入CCK.8,每孔1O l,继续培养4 h,酶标仪检测 490 nm处光吸光度值,以DMEM/F12空白调零。 1.5 DOE分析 1.5.1 Plackett—Burman试验设计选取胰岛素、人 转铁蛋白、透明质酸、牛血清白蛋白、亚硒酸钠、表皮 生长因子和高密度脂蛋白7种添加物,通过Design— Expert 8.06软件进行试验次数(n)=12的Plackett— Burman设计,以A 490值为响应值,应用Design-Expert 8.06对试验数据进行方差分析 ⅣD ),以P<0.05 为衡量指标,筛选出显著影响Vero细胞生长的因素, 因素及水平见表1。 表1 Plackett.Burman设计因素及水平 Tab 1.Factors and levels in Plackett—Burman design 1.5.2最陡爬坡试验设计选择通过Plackett— Burman试验筛选出的促进Vero细胞生长的较大影 响因素,以 伽值变化的梯度方向为爬坡方向,根据 各因素A伽值的大小确定变化的步长,使筛选出的 因子逼近最佳值区域。 1.5.3响应面试验设计为找到最佳的试验条件 及因素间的交互作用,采用Box—Behnken试验设计, 以 值为响应值,设计3因素3水平共17次试验 ・520・ 中国生物制品学杂志2015年5月第28卷第5期Chin J Biologicals May 2015,Vo1.28 No.5 l 2 的响应面试验,继续优化筛选出的因子的添加浓度, 各因素及水平见表2。 表2中心组合试验设计的因素及水平 Tab 2.Factors and levels in central composite design 1.6优化结果的验证用最优化的因子浓度配制 的Vero细胞无血清培养基培养Vero细胞,比较此条 件下的A伽值与通过多元函数分析确定出的极值及 取得极值所对应的变量取值,以验证模型的可靠性, 并确定最后优化的结果。 2结果 2.1 Plackett—Burrnan试验设计结果试验结果表 明,胰岛素和牛血清白蛋白对Vero细胞生长具有显 著正效应,人转铁蛋白、亚硒酸钠和表皮生长因子对 Vero细胞生长具有促进作用,而透明质酸和高密度 脂蛋白对Vero细胞生长存在显著负效应,见表3和 表4。表明胰岛素和牛血清白蛋白可显著影响Vero 细胞的生长,由于人转铁蛋白作为Fe。 转运载体,对 细胞生长影响较大,亦对其进行优化,最终筛选出胰 岛素、人转铁蛋白和牛血清白蛋白为促进Vero细胞 生长的较大影响因素。 表3 Plackett.Burman试验设计及结果(n=12) Tab 3.Design and response values of Plackett—Burman experi— ment(n=lz) 试验编号x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 A 0.970 1.974 1.422 1.125 0.675 O.713 1.530 1.064 0.732 1.141 0.700 1.625 2.2最陡爬坡试验结果胰岛素、人转铁蛋白和牛 血清白蛋白3种因子的起始点浓度分别为4.5 I.zg/ml、 12 txg/ml、3 mg/ml,步长分别为0.3 txg/ml、0_6 ixg/ml、 0.2 mg/ml。随着3种因子浓度的升高,A伽值呈 先升高后下降的趋势,当3种因子浓度取值分别为 5.4 I.Lg/ml、13.8 I.zg/ml、3.6 mg/ml时,其A4帅值 最大,因此作为Box—Behnken试验设计的中心点。 见表5。 表4 Plackett Burman试验设计的方差分析 Tab 4.A NOVA for Plackett—Burman design 表5最陡爬坡试验设计及结果 Tab 5.Design and results of the steepest ascent experiment 2.3响应面试验设计结果响应面图呈马鞍型,表 明有极值存在,根据响应面变化隋况,胰岛素、人转铁 蛋白和牛血清白蛋白的最佳浓度分别为5.625 txg/ml、 14.034 txg/ml、3.92 mg/ml,在此条件下,预i贝4 4舶 值可达2.3,较基础培养基提高了3.41倍。见表6 和图1。 表6中心组合试验设计及结果 Tab 6.Design and result of central composite experiment ・522・ 中国生物制品学杂志2o15年5月第28卷第5期Chin J Biologicals May 2015,Vo1.28 No.5 [3] Su XR,Yue H,Tang C.Progress on sernm—free media in Vero cell culture[J].Prog in Vet Med,2012,33(2):87.90.(in Chinese) 苏晓蕊,岳华,汤承.Vero细胞无血清培养基研究进展[J]. 动物医学进展,2012,33(2):87—9O. [4]Tsugeno Y,Sato F,Muragaki Y,et .Cell culture of human gingival fibroblasts,oral cancer cells and mesothelioma cells with serum free media,STK1 and STK2[J 3.Biomed Rep, 2014.2(5):644—648. [5] Chen T,Chen KP,Chen ZL.Research and application of serum-free Veor cells cuhure technology[J3.Lett in Biotechnol, 2009 20(3):417-421.(in Chinese) 陈天,陈克平,陈昭烈.Veto细胞无血清培养技术的研究与 应用[J].生物技术通讯,2009,20(3):417.421. [6] Wessman SJ,Levings RL.Beneifts and risks due to animal seurm used in cell culture production[J].Dev Biol Stand, 1999,99(1):3-8. [7] Wang YM,Chen ZL.The study and design methods of serum— free medium for animal cells[J].China Bioteehnol,2007,27 (1):110.114.(in Chinese) 王永民,陈昭烈.动物细胞无血清培养基的研究与设计方法 [J].中国生物工程杂志,2007,27(1):110.114. [8]Petiot E,Guedon E,Blanchard F,et 01.Kinetic characte. rization of vero cell metabolism in a serum—free batch culture process[J].Biotechnol Bioeng,2010,107(1):143—153. [9] World Health Organization.Requirements for continuous cell lines used ofr biological substances[J]_WHO Tech Rep Set, 1987,745(1):99.115. [10] Ursache RV,Thomassen YE。van Eikenhorst G,et o1.Mathe— matical model of adherent Vero cell growth and polioviurs pro— duction in animal component free medium[J].Bioprocess Biosyst Eng,2015,38(3):543—555. [11]Liu CC,Guo MS,Lin FH,et .Purification and chara— cterization of enterovirus 71 viral particles produced from vero cells grown in a serum—free microcarrier bioreactor system[J]. PLoS One,2011,6(5):e20005. [12]Yun KW,Lee HJ,Kang JH,et 01.Safety and immunogenicity of a freeze—dried,Vero cell culture・derived,inactivated Japa・ nese ence・phalitis vaccine(KD-287.ENCEVAC@)versus a mouse brain-derived inactivated Japanese encephalitis vaccine in children:a phase 1II,muhicenter,double—blinded,rando— mized tiral[J].BMC Infect Dis,2015,15(1):7-17. [13] Kurokawa M,Sato S.Growth and poliovirus production of Veto cells on a novel mierocarrier with artiifcial cell adhesive protein under sefllm—free conditions[J3.J Biosci Bioengi,201 1,1 1 1 (5):600.604. [14] Chen A,Poh SL,Dietzsch C,et a1.Serum-free microcarrier based production of replication deficient influenza vaccine candidate viurs lacking NS1 using Vero ceils[J].BMC Biotechnol,2011,11(1):81-96. [15] Rourou S,Ben Ayed Y,Trabelsi K,et .An animal component free medium that promotes the growth of various animal cell lines for the production of viral vaccines[J]. Vaccine,2014,32(24):2767—2769. [16] Rourou S,van der Ark A,van der Velden T,et o1.Develo— pment of an animal—component free medium for veto cells culture[J].Biotechnol Prog,2009,25(6):1752—1761. [17] Butler M.Serum—free media:standardizing cell culture system [J].Pharma Bioprocessing,2013,1(4):315-318. [18] 1wata K,Asawa Y,Nishizawa S,et 01.The development of a serum-free medium utilizing the interaction between growth factors and biomaterials[J].Biomaterials,2012,33(2):444 454. [19] Duan DX,Chai GS,Ni ZF,et a1.Phosphorylation of tau by death-associated protein kinase 1 antagonizes the kinase induced cell apoptosis[J].J Alzheimers Dis,2013,37(4): 795—808. [20] Parampalli A,Eskridge K,Smith L,et o3.Developement of se133m.-free media in CHO--DG44 cells using a central composite statistical design[J].Cytotechnology,2007,54(1):57—68. [21] Knfispel F,Schindler RK,Ltibberstedt M,et oi.Optimization of a s,elxlnl-free culture medium for mouse embryonic stem ceils using design of experiments(DoE)methodology[J].Cytotec— hnology,2010,62(6):557-571. [22] Zhang C,Huang R,Tian H,et .Optimization of medium components for glucosidase production from Aspe llus niger by response surface methodology[J].Appl Mech Mater,2013, 419:328—333. [23] Liu H,Chen T,Li SC,et .Development of a chemically defined serum--free medium for Vero cells grown on micro・- carriers[J].Prog in Mod Biomed,2013,13(32):6210—6214, 6239.(in Chinese) 刘红,陈天,李世崇,等.Vero细胞微载体培养的化学成分 明确无血清培养基的设计[J]_现代生物医学进展,2013,13 (32):6210.6214,6239. 收稿日期:2015—01—28 编辑:何巍 

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