CHO细胞培养基：重组蛋白工业化生产的关键技术

CHO细胞（Chinese Hamster Ovary cells）是一种源自中国仓鼠卵巢组织的上皮样细胞。这类哺乳动物细胞 具有与人类相似的复杂翻译后修饰机制 ，因此常被用来表达具有活性的生物大分子蛋白。这些生物大分子的功能发挥在很大程度上依赖于这些翻译后修饰。

尽管市场上存在着许多其他的哺乳动物细胞系，如293细胞、Hela细胞等，但CHO细胞因其 易于培养、稳定性强以及出色的蛋白质翻译后修饰能力 而备受青睐。自其被分离以来，CHO细胞就被广泛用于生物药物生产。

CHO细胞对蛋白质翻译后修饰的能力，包括糖基化、磷酸化等，使其生产的蛋白质更接近人体内源性蛋白质。因此，在药物开发中，CHO细胞备受推崇，不仅被用于生产多种蛋白质药物，如单克隆抗体、重组蛋白、生长因子等，还是细胞工程和基因编辑的重要工具。作为生物制药行业中重组蛋白生产的主力军， 超过70%的重组治疗性蛋白都是用CHO细胞表达系统生产的 。此外，CHO细胞还被用于一些疫苗的生产，如重组蛋白疫苗。

作为药物研发的首选细胞系之一， 合适的培养基对于CHO细胞的高效生长和蛋白表达至关重要 。CHO细胞培养基是支持CHO细胞生长和增殖的关键物质，它提供了细胞所需的营养物质、生长因子和激素等，以维持细胞的正常生理功能和代谢活动。随着生物技术的不断发展，CHO细胞株已经衍生出多个细胞系，CHO细胞培养基也在不断改进和优化中，以满足不同的应用需求。选择合适的培养基对于工业级大规模生产重组蛋白至关重要。

自被分离以来，原始的CHO细胞系经历了驯化和改造，逐渐演变出了多种不同亚型的细胞株，其中包括CHO-K1、CHO-S、CHO-DG44、CHO-DXB11等，以及近年来备受瞩目的GS基因敲除型CHO细胞，如Merck/Sigma Aldrich公司的CHOZN、Lonza的CHO GS Xceed ^® ，以及Horizon公司利用rAAV技术敲除GS基因的CHO细胞等。

相较于其他表达系统，CHO表达系统具备很多优势。首先，其所含人类病毒极少，确保了 生物安全性 。其次，CHO细胞 能够进行悬浮培养 ，这一特性满足了大规模生产重组蛋白的需求。再者，作为成纤维细胞，CHO细胞几乎不分泌内源性蛋白，这极大地 便利了目标重组蛋白的下游分离纯化 过程。此外，CHO表达系统还拥有DHFR和GS营养缺陷型突变细胞株，这些细胞株有利于高效筛选外源基因稳定整合的克隆株。最后，作为哺乳动物细胞表达系统，CHO细胞具有 与人相似的重组蛋白翻译后修饰功能 ，因此其产生的重组蛋白分子在结构和生物学功能上与天然蛋白更为接近。

常见CHO细胞表达系统（来源1）

然而，CHO细胞的高度多样性也带来了挑战。由于遗传和表型的不稳定性， 不同的培养条件会导致CHO细胞在增殖能力、糖基化能力和重组蛋白表达水平上产生差异 。

为了应对这些挑战，CHO细胞培养基产业也得到了快速发展。从最开始的血清培养基，到现在的无血清培养基，CHO细胞培养基在不断改进和优化中。无血清培养基经历了从动物蛋白水解物培养基到植物蛋白水解物培养基，再到无血清化学成分限定的培养基等几个阶段。

无血清培养基的开发不仅大大 提高了CHO细胞的稳定性和一致性，还降低了生产成本和生物安全风险 。而定制化/优化培养基的出现，更是为特定CHO细胞株的生长和蛋白表达提供更加精准的支持，培养基开始向着更 多样化和个性化 方向发展。

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Lonza CHO培养基系列

产品手册

CHO-K1细胞系是最早建立的克隆细胞系之一，来源于原始卵巢组织分离物，至今仍在生物制药研究中发挥着重要的作用。原始的CHO-K1细胞是贴壁培养，并需要添加血清。 2000年，Lonza从ECACC处获得CHO-K1后，通过驯化使其适应无悬浮细胞培养，成功建立了CHO K1 SV（Lonza，2002）细胞株 。这一细胞株在Lonza的GS表达平台中得到了广泛应用。2012年Lonza在其CHO K1 SV细胞的基础上，推出了双等位基因完全敲除的CHOK1SV GS-KO ^® 细胞株，大大提高了筛选效率，缩短了稳定细胞株的开发周期，同时提升了最终克隆的稳定性。

随着抗体疗法需求的不断增长，蛋白生产仍然面临诸多挑战，制药企业需要优化蛋白生产工艺，以缩短上市时间。在此背景下，作为CHO细胞培养基领域的领先企业之一，Lonza研发了 多种 化学成分明确、无血清、非动物源性 的CHO细胞培养基和补料 用于重组蛋白糖基化优化筛选，可以提高细胞生长速率并 最大限度地提高蛋白质产量 ，同时 高效且经济地满足商业生产的需求 。

Lonza的多种细胞株与其培养基产品高度适配，通过选择适当的细胞株和培养基组合，可以优化生产工艺，提高生产效率，并进一步实现高水平的细胞增殖和蛋白生产，降低研发成本。

CHO培养基组合

其中，Lonza的TheraPRO ^® CHO培养基系统专为GS-CHO 和CHO-K1细胞系设计，该系统简化了培养基制备过程，能够进一步优化生产力，同时兼具可扩展性，可以 实现从 研发到商业化生产的无缝扩展 ，加快产品上市速度 。

相关数据显示，TheraPRO ^® CHO培养基系统（run 1）和GSv9.5均显示出相似的趋势，最大活细胞密度均达到近28×10 ⁶ 细胞/mL密度。

TheraPRO ^® CHO培养基系统获得优越的最大活细胞密度（VCC）

同时，TheraPRO ^® CHO的性能已在包括10L、50L和200L在内的一系列培养体积规模下进行了检测。 所有培养体积下均表现出相似的蛋白滴度趋势 ，证明TheraPRO ^® CHO在 不同培养规模下均能保证高品质 。

使用TheraPRO ^® CHO培养基系统时，不同培养体积规模下的蛋白滴度保持稳定

针对其他CHO细胞株，Lonza还开发了PowerCHO ^® 2培养基系统和ProCHO ^® 5培养基系统。PowerCHO ^® 2 CD培养基和ProCHO ^® 5培养基专为高密度CHO培养而设计，可确保 一致的性能、简化的下游纯化和合规性 。在悬浮液中，它们可实现各种CHO细胞系(CHO-DG44、CHO-K1、DXB11)的高细胞密度和蛋白滴度。

除了专为CHO细胞设计的培养基之外，Lonza也提供其他类型的培养基，如 X-VIVO™无血清造血细胞培养基、TheraPEAK ^® T-VIVO ^® 细胞培养基、TheraPEAK ^® MSCGM ^® 间充质干细胞培养基 等。这些培养基广泛用于各类细胞的培养和扩增，如T细胞、CAR-T细胞等。它们不仅提供了细胞所需的营养物质和生长因子，还优化了细胞的生长环境，提高了细胞的增殖能力和活性。

此外，根据特定需求，Lonza还 提供培养基定制服务 ，确保细胞在最佳的生长环境中得到充分的支持。

随着生物技术的不断发展，作为保证细胞和蛋白产量质量的关键因素之一，CHO细胞培养基也在不断改进和优化中。面对蛋白生产的诸多挑战性，Lonza可提供高质量的CHO培养基产品和与之适配的细胞株，助力更多药企优化蛋白生产工艺，提高生产效率，以加速产品上市。