体外生长哺乳动物细胞的改良方法

乌尔里希·贝伦特, 霍斯特·埃伯哈特, 贝特霍尔德·斯派拉尔斯基

2003年9月17日

2003年3月5日

2002年3月5日

霍夫曼-拉罗奇有限公司

C12N5/06GK1442478SQ03107060

体外 哺乳动物 改良 细胞 生长

1.在动物细胞培养过程中降低葡萄糖消耗和/或乳酸产生的方法，其特征在于所述的培养在以大约1-50mmol/l的浓度存在二-或三碳酸或者其盐的情况下进行，由此，在所述的二-或三碳酸是柠檬酸或柠檬酸盐的情况下，所述柠檬酸或柠檬酸盐的这样的量在螯合物中不与铁或者另一种过渡金属离子结合2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的二-或三碳酸或者其盐是柠檬酸或者柠檬酸盐3.根据权利要求1或者2的方法，其特征在于所述的动物细胞是哺乳动物细胞4.根据权利要求3的方法，其特征在于所述的哺乳动物细胞是骨髓瘤、杂交瘤或者CHO细胞

本发明提供了一种改良的方法，该方法通过加入二-或者三碳酸例如柠檬酸，在哺乳动物细胞培养中降低乳酸的形成和/或葡萄糖的消耗除铵以外，乳酸是在哺乳动物细胞培养过程中形成的一种主要的废物在典型的培养条件下，细胞大量地消耗葡萄糖并且主要将其代谢成乳酸作为pH和/或通过碱调节pH的结果，乳酸的积累负面地影响细胞生长，CTI和蛋白产生(Chang，Y.H.D.，等，Biotechnol.Bioeng.47(1995)319-326)；Omasa，T.，等，Biotechnol.Bioeng.39(1992)556-565)和Chen，K.，等，Biotechnol.Bioeng.72(2001)55-62)已经作出过许多努力来减少乳酸形成Glacken，M.W.，等，Biotechnol.Bioeng.28(1986)1376-1389)，Hu，W.S.，等，Dev.Biol.Stand.66(1987)279-290)和Xie，L.，和Wang，D.I.C.，Cytotechnology 15(1994)17-29)建议用动态控制给予葡萄糖在低葡萄糖浓度下培养哺乳动物细胞这个想法是为了实现从高葡萄糖/乳酸通量代谢转化为低葡萄糖/乳酸通量但是，这些方法需要细胞的适应并且需要小心地设计控制给予机制因此是操作起来复杂且困难(美国专利6,156,570)其它降低乳酸形成的方法基于遗传工程方法一种方法描述在Chen，K.，等的Biotechnol.Bioeng.72(2001)55-62中Chen等建议通过在所述细胞中，钝化至少一个拷贝的乳酸脱氢酶基因，来操纵在哺乳动物细胞中乳酸的代谢通路另一种方法描述在Irani，N.，等的J.Biotechnol.66(1999)238-246)中作者将丙酮酸羧化酶基因引入到宿主细胞的基因组中推测丙酮酸到乳酸的转化被降低并且从而提高了细胞培养的存活力本发明的目的是为了提供一种降低在哺乳动物细胞生长过程中的葡萄糖消耗和/或乳酸形成的简单方法将柠檬酸铁作为运铁蛋白的替代物加入到无血清培养基中来用于哺乳动物细胞的培养已经被知道很长时间了(cf.，例如.，Toyoda，K.，和Inouye，K.，Agric.Biol.Chem.55(1991)1631-1633)，Franek，F.，和Dolnikova，J.，Cytotechnology 7(1991)33-38)，Kovar，J.，和Franek，F.，Exp.Cell Res.182(1989)358-369)，Schneider，Y.J.，J.Immunol.Meth.116(1989)65-77)和Kovar，J.，Hybridoma 7(1988)255-263)因此，本发明涉及在体外动物细胞培养过程中降低葡萄糖消耗和/或乳酸产生的方法，其特征在于所述的培养在以约1-50mmol/l的浓度存在一种或者多种二-或三碳酸或者它们的盐的情况下进行，所述的酸例如α-酮戊二酸，琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，酮戊二酸或者柠檬酸或者它们的结合，由此，当所述的二-或者三碳酸或者盐是柠檬酸或柠檬酸盐的情况下，这样的量的所述柠檬酸或柠檬酸盐在螯合物中不与铁或者另一种过渡金属离子结合在本发明的一个优选实施方案中，动物细胞是哺乳动物细胞，优选杂交瘤细胞或者骨髓瘤细胞，CHO，NS0，BHK，或者HeLa细胞，这些细胞产生单克隆抗体或者蛋白质激素在本发明的另一个优选的实施方案中，以分批给料，分批灌注，透析，固体状态，或者连续发酵的形式培养细胞，优选超过10-20天发明详述依照本发明，相对于使用不存在非组合柠檬酸盐方法的发酵方法，葡萄糖消耗的具体速度(μg/106细胞x天)，被减少到大约40％，优选超过40％，即40-60％相对于使用不存在非组合柠檬酸盐方法的发酵方法，乳酸产生的具体速率(μg/106细胞x天)，被减少到大约50％，优选超过50％，即50-70％，乳酸在细胞培养基中的累积可以抑制细胞培养过程中的细胞生长和POI产生抑制生长的乳酸浓度随细胞系而变化在培养过程中某一时间后的乳酸浓度，是乳酸产率和CTI的结果该发明降低了乳酸的特定产率，这样使得在抑制浓度发生前的时期延长，或者在最佳情况下，乳酸停留在抑制浓度以下但是，该发明在培养过程中引起CTI的大量增加细胞培养在生产容积内进行，即在体积为10-10,000 l的生物反应器中进行这些方法描述在例如Bibila，T.A.，和Robinson，D.K.，Biotechnol.Prog.11(1995)1-13中优选地，发酵培养基是无血清培养基这样的培养基广泛地描述在本领域状态中(参见，例如Murakami，H.，Monoclonal AntibodiesProductionand Application(1989)107-141)二和三碳酸优选被作为碱金属或者碱土金属盐或者作为游离酸，以约1-50mmol/l的浓度加入这样的碳酸量优选在螯合物中不与铁或者另一种过渡金属结合但是，培养基可以优选在含有铁的螯合物中包含额外数量的二-和三碳酸或者其盐，所述的铁被作为无血清培养基的铁源加入如前所述，众所周知，柠檬酸盐是作为铁源的无血清培养基的添加剂，该铁源应该是例如转铁蛋白术语“络合的二-和三碳酸”指的是所述酸和铁离子的化学计算量的含水溶液，其引起在质量作用定律内的络合物形成术语“目的蛋白(POI)”指的是任何需要被表达的蛋白优选该术语包括所需蛋白的任何重组体形式这些目的蛋白是例如蛋白激素如红细胞生成素，或者抗体等等这些重组体蛋白综述在例如Hudson，P.J.，和Souriau，C.，Expert.Opin.Biol.Ther.1(2001)845-855)中哺乳动物细胞优选重组体细胞系如CHO细胞或者杂交瘤或骨髓瘤细胞，这些细胞被转染了能够表达这种目的蛋白的表达载体这些方法被本领域的技术人员所熟知，并且综述在例如Colosimo，A.，等Biotechniques29(2000)314-331)中优选在搅动的生物反应器中进行分批给料方式的发酵4-10天细胞密度优选为0.2-10×106细胞/毫升PO2优选为15-30％并且pH为6.9-7.3优选在搅动的生物反应器中进行透析方式的发酵(Comer，M.J.，等.，Cytotechnology 3(1990)295-299)12-16天细胞密度优选为0.2-30×106细胞/毫升PO2为15-30％并且pH为6.9-7.3作为发酵培养基，优选使用普通无血清培养基并且使用浓缩养分的溶液来给料提供下面的实施例和参考文献来帮助理解本发明，本发明的真实范围阐述在后附的权利要求中应该理解在不离开本发明精神的情况下，可对所阐述的程序进行修改该生产生物反应器以透析方式运转该生物反应器是一个搅动的罐式反应器，其工作体积为900-1300L使用喷射来进行通气控制下面的工艺参数pH、温度、pO2、压力和搅动速度该生物反应器为透析方式装备了中空的纤维筒这些筒被连接到一个带有透析培养基储存器的外部环上在接种后2-4天，开始培养物的透析在发酵过程中，反复用新鲜的透析培养基填充储存器将一些培养基组分作为单独的无菌溶液提供给生物反应器这些组分包括葡萄糖、氨基酸、维生素、和微量元素最多16天后停止发酵在发酵培养基中和透析培养基中加入柠檬酸盐在发酵过程中，POI的具体产率几乎是稳定不变的，因此POI的量随着CTI相对地增加表1未添加柠檬酸盐的透析方式的发酵 表2添加2,4mmol/l柠檬酸盐的透析方式的发酵 在发酵培养基中加入柠檬酸盐，碱量降低了的大约66％，在培养过程中需要碱来调节pH(表3和表4)表3未添加柠檬酸盐的透析方式的发酵 表4添加了2,4mmol/l柠檬酸盐的透析方式的发酵 实施例2解冻骨髓瘤细胞系(Sp2/0)的细胞并且将其在旋转烧瓶中扩大到2L，以用于10L生物反应器的接种此生产生物反应器以分批给料方式运转该生物反应器是一个搅动的罐式反应器，其工作体积为9-13L通过喷射来进行通气控制下面的工艺参数pH、温度、pO2、压力和搅动速度在接种后2-4天，开始培养物的给料将一些培养基组分作为单独的无菌溶液提供给生物反应器，这些组分包括葡萄糖、氨基酸、维生素、和微量元素最多10天后停止发酵在发酵培养基中和给料培养基中加入二-和三碳酸表5未添加柠檬酸盐的分批给料方式的发酵 表6添加了2,4mmol/l柠檬酸盐的分批给料方式的发酵 参考文献目录Bibila，T.A.，and Robinson，D.K.，Biotechnol.Prog.11(1995)1-13Chang，Y.H.D.，et al.，Biotechnol.Bioeng.47(1995)319-326Chen，K.，et al.，Biotechnol.Bioeng.72(2001)55-62Colosimo，A.，et.al.，Biotechniques 29(2000)314-331Comer，M.J.，et.al.，Cytotechnology 3(1990)295-299Franek，F.，and Dolnikova，J.，Cytotechnology 7(1991)33-38Glacken，M.W.，et al.，Biotechnol.Bioeng.28(1986)1376-1389Hu，W.S.，et al.，Dev.Biol.Stand.66(1987)279-290Hudson，P.J.，and Souriau，C.，Expert.Opin.Biol.Ther.1(2001)845-855Irani，N.，et al.，J.Biotechnol.66(1999)238-246Kovar，J.，and Franek，F.，Exp.Cell Res.182(1989)358-369Kovar，J.，Hybridoma 7(1988)255-263Murakami，H.，Monoclonal AntibodiesProduction and Application(1989)107-141Omasa，T.，et al.，Biotechnol.Bioeng.39(1992)556-565Schneider，Y.J.，J.Immunol.Meth.116(1989)65-77Toyoda，K.，and Inouye，K.，Agric.Biol.Chern.55(1991)1631-1633US Patent 6,156,570Xie，L.，and Wang，D.I.C.，Cytotechnology 15(1994)17-29