细胞培养分析

阿斯利康中国创新研究中心（ICC）的科学家们开发了一项新技术，利用Tecan 全自动液体处理工作站Freedom EVO® 进行细胞培养微孔板自动化温控制备，进而完成药物候选化合物筛选。该研究团队在BD Matrigel&trade 加样前使用琼脂预涂微孔板，从而顺利地在96孔微孔板上实现3D细胞培养分析。 中国创新研究中心（ICC）是阿斯利康在中国上海张江高科技园区投建的研发基地。该中心于2007年正式投入使用，专注于调查研究影响亚洲人口健康的各类疾病，其中包括：胃癌、肝癌以及肺癌。该中心采用国际一流的先进技术解析这些癌症的遗传机理，并在临床上识别及确证相关的生物标记物和药物靶标。 由Yi Gu博士带领的细胞科学研究部门正在对这些疾病开展一项药物研究项目，希望通过筛选多种化合物来确定候选药物。3D细胞检测分析是该项目组基于采用BD Matrigel (BD Biosciences)作为细胞培养底物进行的二次药筛技术其中的一种。Matrigel是从EHS (Engelbreth-Holm-Swarm)小鼠肉瘤的可溶性基底膜抽提得到的细胞外蛋白凝胶复合物，能够诱导克隆细胞在标准细胞培养基表面通过不同方式生长（图1）。这些非均相构成诱发了克隆体的形成，非常适用于研究肿瘤细胞之间的粘附、生长、迁移及转移。由于克隆细胞很好地模仿了人体组织的生长与成型过程，因此研究人员能够在药筛最初期识别正确的化合物。 手工制板存在着明显的两个缺陷：容易出错且耗费时间，而通过使用全自动液体处理工作站Freedom EVO来提高检测通量并改善结果的一致性，无疑是最好的解决方案。这一自动化平台早已成熟应用于化合物梯度稀释和其他大量细胞检测实验中，可以在保持原有应用的基础上快速且低成本地修改应用程序。 ICC资深自动化科学家William Shi解释说：&ldquo 历来此类3D细胞检测都是在6孔板上进行的，由于样本需求量大且Matrigel底物处理比较复杂，因此手工制板十分困难。并且，这种6孔板型无法与大量试剂需求和大批量化合物筛选工作相匹配，因此我们开始着手不断寻找高性价比的方法。另一点很重要的是，Matrigel的异质组分具有较大表面张力且在微孔内分布不均，其低剂量加样非常困难，因此分析6孔板上的实验结果已经极其困难，更别提在96孔板内检测分析了。为了解决这一问题，我们先在微孔板上预涂一层薄薄的琼脂，然后再进行Matrigel加样。这种方法虽然解决了Matrigel的表面张力问题，却带来了如何平衡在50℃以下琼脂凝固与４℃以上Matrigel过度粘稠这两种物质的复杂加样问题。&rdquo 后来我们选用了全自动化液体处理工作站Freedom EVO，其中选配了多个温控载架，使得盛装琼脂和Matrigel的液槽一直保持适宜的温度，非常便于加样。整个加样过程都是由自动化系统的液体处理机械臂（LiHa）上的单通道完成，通过多次洗液注液循环实现预热或预冷，避免加样针堵塞。加样初期通过机械臂的多次注液将预热琼脂（55℃左右）加入提前预热的96孔板内，这样可以将琼脂冷却的可能性降到最低点，从而减少琼脂的用量，降低实验成本。随后，微孔板在载板架上经室温冷却15-20分钟，使得琼脂在加入Matrigel前得以凝固。 采用这种解决方案后，能在短短90分钟内完成6块微孔板的加样制备，而传统手工处理一天仅能完成3-4块微孔板的加样，两者形成鲜明对比。制备好的微孔板质量在使用自动化加样技术后也有了很大提升，避免了人工制板常出现的批对批、板对板、甚至孔对孔的误差问题。William总结道：&ldquo 这种高度一致性对药物筛选来说至关重要，高质量的实验结果数据有助于我们加快药物研发进程，Freedom EVO自动化平台独具的灵活性使得这一切能够轻松实现！&rdquo 更多关于Tecan　Freedom EVO液体处理工作站的信息请访问以下网站或询问当地Tecan员工／经销商：www.tecan.com/freedomevo 更多关于阿斯利康中国创新研究中心的信息，请访问以下网站：en.astrazeneca.com.cn BD和Matrigel是美国BD公司（Becton, Dickinson and Company）的注册商标。 Corining是美国康宁公司（Corining）的注册商标。 关于帝肯： 瑞士帝肯www.tecan.com是全球领先的生命科学与生物制药、法医和临床诊断领域自动化及解决方案供应商。公司成立于1980年，总部设在瑞士Mä nnedorf，分别在瑞士、北美和奥地利设有自己的研发和生产基地，目前公司主要经营的产品有三大类：全自动化液体处理平台( Liquid Handling&Robotics )、多功能酶标仪（Multimode Reader）和OEM组件；销售服务网络遍布世界52个国家，客户覆盖制药企业、生物技术公司、科研院所、法医、医院、血站系统和疾病控制中心（CDC）等。其液体处理技术已拥有行业经验30年，在全球处于领先地位，备受世界领先生命科学实验室的青睐。 帝肯（上海）贸易有限公司是瑞士帝肯集团公司亚太区总部，2008年4月成立于上海浦东。帝肯（上海）目前拥有一支专业的售前和售后服务团队，在科研、医院、血站和CDC领域构建了良好的经销网络，并以&ldquo 力求比客户期望做得更好&rdquo 的服务理念，给广大终端用户提供专业的服务。 欲知更多详情，请联系帝肯上海 市场部：Libby Zhu Tel: 021 2206 3206 / 010 8511 7823 Fax: 021 2206 5260 / 010 8511 8461 helpdesk-cn@tecan.com www.tecan.com

现代生物技术一般认为包括基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术和发酵工程技术，而这些技术的发展几乎都与细胞培养有密切关系，特别是在医药领域的发展。比如基因工程药物或疫苗在研究生产过程中很多是通过细胞培养来实现的；细胞工程中更是离不细胞培养，杂交瘤单克隆抗体，完全是通过细胞培养来实现的。正在倍受重视的基因治疗、细胞治疗也要经过细胞培养过程才能实现，发酵工程和酶工程有的也与细胞培养密切相关。总之，细胞培养在整个生物技术产业的发展中起到了关键的核心作用。开发合适的培养基配方与优化细胞培养条件是保证产品质量、产量以及批次之间一致性的重要因素，尤其是抗体药物偶联物、双靶点/特异抗体类药物、抗体片段融合蛋白等相对分子量大、结构复杂的抗体类药物，对其重要性不言而喻。而对于生物类似药的研发与质量控制来说，尽可能通过优化工艺缩小差异，更有利于生物类似药与原研参比品的质量对比研究，提高生物类似药的质量研究结果与参比品之间的相似性，从而使各项质量属性达到预先设置的可接受范围。目前生物制品公司的生物过程工艺开发与优化偏重于监测常规的温度、搅拌、溶解气体、OD值等理化条件和少数培养基成分与代谢物等的变化，缺乏对于细胞培养上清液组分直接、全面且快速的客观动态数据分析，因此无法精准优化细胞培养工艺条件，甚至影响抗体类药物等的产品品质；而培养基生产商为了开发高效低成本培养基配方，并且要保证批次间一致性，则需要投入大量的人力物力，配备不同检测功能的仪器来实现培养基成分的全方位检测。 为满足快速全面分析细胞培养上清液组分和培养基组分，将基础碳源、氮源、核酸、维生素和其他主要代谢物同时检测分析的需求，我们开发出“细胞培养上清液方法包”。该技术平台采用超快速三重四极杆液质联用仪，仅需17分钟，即可同时监测95种细胞培养上清液营养成份和代谢物等的相对丰度变化 。无需用户自行开发方法，即装即用。所有目标化合物信息与实验方法全内置，且根据需要可增加，可拓展。为增进用户对“细胞培养上清液方法包”的深入了解和方便使用，岛津企业管理（中国）有限公司分析中心整理编写了本册《细胞培养上清液及培养基组分分析应用文集》。本册文集介绍了“细胞培养上清液方法包”在不同培养基组分分析以及细胞培养过程监控中的应用，共收录应用文章 10 篇，为相关领域的客户使用该系统提供参考。 关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

细胞培养基是人工模拟细胞在体内生长的营养环境，是提供细胞营养和促进细胞生长增殖的物质基础。培养液或培养基的含义几乎相同，英文都是medium。当它是粉剂时，倾向性地称为培养基，而将粉剂配成液体后，多称为培养液。培养液中常常补加血清、抗生素等成分。培养基主要包括天然细胞培养基、合成细胞培养基和无血清细胞培养基等。细胞培养基的质量标准和检测方法澄清度水是细胞培养基的溶剂。细胞培养基中的营养成分只有完全溶解于水才能被细胞吸收摄取，细胞才能生长增殖，因此细胞培养基是否溶解以及培养液是否透明澄清直接影响培养基使用。该项目是通过对水溶解后的细胞培养基的澄清度检查，判断细胞培养基的澄清度。 按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅸ B进行。pH 值哺乳类动物细胞生长需要合适的酸碱度，pH过高或者过低都会导致细胞死亡。pH值的测定也可以检查细胞培养基的批间差。清大天一标准规定取规定量供试品，用注射用水（水温20℃-30℃）溶解至1L，加入规定量碳酸氢钠到上述溶液中，用与细胞培养基溶液pH值相近的两点标准缓冲液校准后的酸度计进行测定。按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅵ H进行；加入规定量的碳酸氢钠到上述溶液中，按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅵ H进行干燥减量的质量分数细胞培养基具有吸湿性，在空气中放置水分会很快升高，干燥减量的质量分数表示产品中含湿量。细胞培养基是有菌制剂，其丰富的营养成分有利于微生物生长，控制细胞培养基中的水分可以防止微生物的繁殖，保持细胞培养基的养分。按中华人民共和国药典2005 年版二部附录Ⅷ L 干燥失重测定法进行。渗透压溶剂通过半透膜由低浓度向高浓度溶液扩散的现象称为渗透，阻止渗透所需施加的压力，称为渗透压。细胞必须生活在等渗环境中，动物细胞借助K＋、Na＋维持渗透平衡。大多数细胞对渗透压有一定的耐受性。但是培养液渗透压过高容易使细胞脱水wei缩，培养液渗透压过低容易使细胞膨胀破裂，因此要控制培养基的渗透压范围。按中华人民共和国药典2005 年版二部附录Ⅸ G 渗透压摩尔浓度测定法进行。细菌内毒素细菌内毒素是许多病原性细菌所产生的毒素。它的特殊性在于不是细菌或细菌的代谢产物，而是细菌死亡或解体后才释放出来的一种具有生物活性的物质。培养基细菌内毒素过高，对生物制品疫苗（如狂犬、乙肝疫苗）、基因工程药品等注射用的药品都需要检查细菌内毒素。 因此本项目的检验符合生物制品质量控制要求。常规细胞培养基的细菌内毒素标准定为＜10 EU/ml。称取本品规定量（见表4-12）的1/100，加入细菌内毒素检查用水10 mL溶解，吸取该溶液0.1 mL加细菌内毒素检查用水3.9 mL，混匀即得试样。按中华人民共和国药典2005 年版二部附录Ⅺ E 细菌内毒素检查法中的凝胶法进行。微生物限度细胞培养基不是无菌产品，其中的微生物在一定条件下会吸收细胞培养基中的营养物质滋生繁殖，导致细胞培养基变质失效。控制细胞培养基中细菌和霉菌，是延长细胞培养基有效期的方法之一。清大天一在参考《中华人民共和国药典》2005版二部附录第100页的口服给药制剂的微生物限度标准，并严于该标准，规定细胞培养基产品的细菌数每1g不得超过200个，霉菌数每1g不得超过50个。称取样品1 g，加入无菌纯化水10 mL溶解，混匀即得试样。按中华人民共和国药典2005年版二部附录Ⅺ J 微生物限度检查法进行，检查项目为细菌数、霉菌数。检查法采用平皿法。细胞生长试验这是一个性能特性表述的要求。细胞培养基的功能就是培养哺乳类动物细胞，因此经过细胞培养效果的检验是产品质量优劣的直观表述，这也是很多生物制药用户要求的一项指标。目前国内尚无细胞培养和计数的法定方法，可参考《体外培养的原理与技术》中细胞计数fa论述的内容给出。按产品说明书配制培养液进行细胞培养，前四天用含10％小牛血清的培养液培养，观察细胞形态并计数，检查细胞培养基是否有促生长的能力。后三天用不含小牛血清的培养液维持培养，观察细胞形态并计数，检查细胞培养基中是否有不利细胞生长的毒素。本试验用细胞为VERO细胞。细胞培养液的储存，细胞培养液的储存条件一般为2－8℃、密闭、避光保存，但要注意如下几点：1） 过滤后的完全培养液，即添加了血清、谷氨酰胺、抗生素等的培养液要尽快使用，一般在2－3周内使用完。培养液中的L-谷氨酰胺是不稳定的，不同温度L－谷氨酰胺的降解。2） 灭菌后的未加L-谷氨酰胺等添加剂的培养基溶液，一般可在4℃保存6～9个月，也可冷冻保存，用时解冻3） 高压除菌后的培养基应置4℃保存，不能因为其可耐受高温而忽略储存温度。4） 添加某些生长因子、激素等添加物，可能会改变培养液的储存条件，比如温度、时间等方面的要求