CHO-K1細胞：バイオテクノロジー研究における定番
CHO-K1細胞は、チャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞株から派生したものです。これらは、バイオ医薬品やその他の組換えタンパク質の生産において、産業バイオテクノロジー分野で広く利用されています。さらに、CHO-K1細胞株は毒性学研究にも用いられています。 研究者らは、糖鎖修飾の改善、アポトーシスの抑制、および全体的な生産性の向上を図るため、これらの細胞を遺伝子操作しています。
- 培養液
- CHO-K1細胞の培養には、10% FBS、1.0 mM 安定グルタミン、1.0 mM ピルビン酸ナトリウム、および1.1 g/L NaHCO3を添加したHam's F12培地が使用されます。培地は週に2～3回交換する必要があります。
- 倍加時間
- CHO-K1細胞の倍加時間は約22時間です。
- 増殖様式
- CHO-K1細胞は付着性である。ただし、遺伝子改変によりCHO-K1浮遊細胞とすることも可能である。
- バイオセーフティレベル
- BSL-1
起源と一般的な特性：CHO-K1細胞
細胞株の一般的な特性と由来は、研究におけるその用途を決定づけます。このセクションでは、著名なCHO-K1細胞株の由来と特徴について解説します。以下の点がわかります：CHO-K1細胞はどこから来たのか？CHO-K1細胞の大きさはどれくらいか？ CHO-K1細胞株の正式名称は何ですか？CHO-K1細胞の形態はどのようなものですか？
- CHO-K1、すなわちチャイニーズハムスター卵巣細胞株 K1 は、1957 年に成体の雌チャイニーズハムスターの卵巣生検から得られた親 CHO 細胞のサブクローンです。 この細胞株は、米国コロラド州デンバーにあるコロラド大学医学部のT.T. Puckらによって樹立されました [1]。
- CHO-K1細胞株は上皮様形態を示します。
- CHO-K1細胞の直径は約0.001ミリメートルです。興味深いことに、細胞は当初は大きいのですが、時間の経過とともに小さくなります。
- CHO-K1 のゲノムは、ヒト細胞と同程度の数の染色体で構成されています。これらは二倍体の核型を持ち、染色体異常はごくわずかです。
CHO-K1 細胞株と CHO-S 細胞株の比較
両細胞株はCHO細胞の派生株である。これらは、細胞の増殖様式において異なる。CHO-S細胞は培養環境での増殖に適応しているのに対し、CHO-K1細胞は遺伝子操作により、接着性細胞および浮遊細胞を生成させることができる。
CHO-K1細胞株：培養情報
CHO-K1細胞株は、産業バイオテクノロジーの研究において広く使用されています。これらは維持管理が容易な細胞株です。CHO-K1細胞の培養における重要なポイントを知っておくことで、よりスムーズに培養を進めることができます。このセクションでは、以下の点について解説します：CHO-K1細胞は付着性細胞ですか？ CHO-K1細胞の倍加時間はどれくらいか？CHO細胞の培養にはどのような培地が使用されるか？CHO-K1細胞の播種密度はどれくらいか？
CHO-K1細胞培養の要点
細胞数倍加時間：
CHO-K1細胞の倍加時間は約22時間です。
付着性か浮遊性か：
CHO-K1細胞は付着性です。ただし、遺伝子改変によりCHO-K1浮遊細胞とすることも可能です。
播種密度：
CHO-K1の播種密度は1×10⁴細胞/cm²です。この密度では、約6日で細胞がコンフルエントな層を形成します。 付着性細胞の場合、細胞を1×PBSで洗浄し、室温で8～10分間インキュベートします。分散した細胞を新鮮な培地に添加し、遠心分離します。回収した細胞を再懸濁し、増殖用の新しいフラスコに移します。
培養液：
CHO-K1細胞の培養には、10% FBS、1.0 mM 安定型グルタミン、1.0 mM ピルビン酸ナトリウム、および 1.1 g/L NaHCO3 を添加したハムズF12培養液を使用する。培地は週に2～3回交換する必要がある。
培養条件：
CHO-K1培養は、5% CO₂を供給した37°Cの加湿インキュベーター内で維持する。
保存：
凍結したCHO-K1細胞は、-150°C以下の温度、または液体窒素の気相中で保存する。
凍結プロセスおよび培地：
CHO-K1細胞の凍結には、CM-1またはCM-ACF凍結培地を使用する。CHO-K1細胞の凍結には、温度を1°Cずつ徐々に下げる緩慢凍結法を用いる。
解凍プロセス：
凍結したCHO-K1細胞は、小さな氷の塊が残るまで37°Cの水浴中に保持します。 解凍した細胞に新鮮な培養液を加え、5 × 10⁴ 細胞/cm²の密度で培養液が入った新しいフラスコに移します。細胞が適切に回復するまでには、ほぼ24～48時間を要します。
バイオセーフティレベル：
CHO-K1培養は、バイオセーフティレベル1の実験室で取り扱いおよび維持される。
CHO-K1細胞の長所と限界
CHO-K1は、非常に貴重な研究ツールです。その利点と限界が独自に組み合わさっているため、他の細胞株とは一線を画しています。本節では、CHO-K1細胞株のいくつかの長所と短所について論じてきました。
利点
CHO-K1細胞株の主な利点は以下の通りです：
トランスフェクションへの適性
CHO-K1細胞は、トランスフェクション研究で広く使用されています。様々な物理的および化学的手法を用いて、一過性および安定的にトランスフェクションを行うことができます。その高いトランスフェクション適性により、CHO-K1細胞は組換えタンパク質やその他のバイオ医薬品の生産に広く活用されています。
速い増殖速度と容易な培養
CHO-K1細胞の倍加時間はわずか22時間であり、高い増殖速度を持つため、産業用バイオテクノロジーへの利用に理想的です。 さらに、CHO-K1細胞は浮遊培養に適しているため、バイオ医薬品の大量生産に有用です。また、実験室での培養・維持が容易であり、複雑な培養条件や手順を必要としません。
染色体異常の発生頻度が低い
CHO-K1は、十分に特性が解明され、確立されたモデルシステムです。CHO-K1のゲノムは安定しており、染色体異常もごくわずかです。したがって、CHO-K1は組換えタンパク質の生産に理想的な宿主です。
制限事項
CHO-K1細胞株には、以下のような制限があります：
非ヒト由来
CHO-K1細胞はヒトと同様の糖鎖形成パターンを示す能力を有しているものの、非ヒト由来である。これは、ヒト特異性の高い細胞プロセスや治療薬の免疫原性を研究する際に懸念材料となり得る。
不均一性
CHO-K1細胞は、同一集団内でも遺伝的特徴にわずかな差異が見られることがあり、その結果、遺伝的異質性が生じます。これは細胞機能に影響を与え、タンパク質発現レベルの変動を引き起こす可能性があり、実験結果の再現性に影響を及ぼす恐れがあります。
研究におけるCHO-K1細胞株の応用
CHO-K1細胞株は、産業バイオテクノロジーや毒性学研究において数多くの用途があります。ここでは、そのうちの具体的なものをいくつか取り上げます。
- 組換えタンパク質の生産：CHO-K1細胞は、抗体、治療用タンパク質、酵素を含む組換えタンパク質の生産において、極めて貴重な研究ツールである。その高い増殖速度と容易な培養条件により、適切な折り畳みと糖鎖修飾を持つ組換えタンパク質を大量に生産することが可能となる。 例えば、Kritika Gupta による研究では、CHO-K1 細胞を使用し、それらを安定的にトランスフェクトして、腫瘍壊死因子-α（TNF-α）に対する組換えモノクローナル抗体を生産した [2]。CHO-K1 による抗体生産は、非常に信頼性が高く、利便性にも優れている。 また、研究者らはCHO-K1細胞を改変し、抗体生産の効率向上を図っています。例えば、ある研究では、CHO-K1細胞を遺伝子操作し、エフェクター機能に重要なα-フコシル化されたFc結合型N-グリカンを高比率で有する抗体を生産しました[3]。
- 毒性学研究：CHO-K1細胞は、創薬やスクリーニングアッセイに頻繁に使用される。これらは、候補薬の毒性や有効性を評価するために用いられる。さらに、研究者らはCHO-K1細胞を用いて、薬物-標的相互作用の解明や薬物代謝の研究を行っている。 CHO-K1細胞株を用いて、植物抽出物、化合物、ナノ粒子、治療用タンパク質、およびその他の薬剤の潜在的な治療効果を評価する研究がいくつか行われている。2022年には同様の研究が行われ、研究者らはCHO-K1細胞におけるフラボノイドを豊富に含む植物抽出物の細胞毒性ポテンシャルを測定した[4]。 同様に、Ryan Deweeseらによる研究では、Baptisia australis、Trifolium pratense、およびRubus idaeusの抽出物がチャイニーズハムスター卵巣CHO-K1細胞に及ぼす細胞毒性が評価された[5]。
5. CHO-K1細胞：研究論文
以下は、CHO-K1細胞に関する興味深い研究論文の一部です。
SIRT6の過剰発現は、CHO-K1細胞におけるアポトーシスを軽減し、細胞生存率およびモノクローナル抗体発現を向上させる
『Molecular Biology Reports』（2023年）に掲載された本研究では、SIRT6遺伝子の過剰発現がCHO-K1細胞の生存率および抗体発現に及ぼす好影響が示唆された。
Cas13dを介した多重遺伝子ターゲティングを用いたCHO-K1細胞由来の脱フコシル化抗体の収量および活性の向上
本論文は『Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers』（2021年）に掲載された。研究結果は、品質と量の両面で抗体生産を向上させるため、CHO-K1細胞を遺伝子改変するCRISPR-Cas13dの可能性を示している。
組換えモノクローナル抗体の生産向上のための、無タンパク質CHO-K1培養におけるエネルギー源としてのマルトースの応用
『Nature Scientific Reports』（2018年）に掲載された本研究論文は、無タンパク質培地でのCHO-K1細胞培養および組換えモノクローナル抗体生産の増強において、マルトースが有望なエネルギー源となり得ることを示唆している。
CHO-K1細胞に対するPiper nigrum L.のエタノール抽出物およびドキソルビシンとの併用による細胞毒性および抗遺伝毒性の解明
Indonesian Journal of Cancer Chemoprevention（2018年）に掲載された本研究では、CHO-K1細胞を用いて、黒コショウのエタノール抽出物単独およびドキソルビシンとの併用による潜在的な細胞毒性および抗遺伝毒性効果を評価した。
チャイニーズハムスター卵巣細胞株（CHO-K1）における銀ナノ粒子の細胞毒性および遺伝毒性
本研究は2019年に『The Nucleus』誌に掲載された。本研究では、CHO-K1細胞株における銀ナノ粒子の細胞毒性および遺伝毒性の可能性が評価された。
CHO-K1細胞株に関するリソース：プロトコル、動画など
CHO-K1は著名な細胞株です。ここでは、CHO-K1の培養およびトランスフェクションプロトコルに関する利用可能なリソースを紹介します。
- CHO-K1のトランスフェクション：このリンクでは、CHO-K1のトランスフェクションプロトコルについて解説しています。これは、Lipofectamine LTX試薬を用いてプラスミドDNAをCHO-K1細胞に導入するためのステップバイステップガイドです。
- CHO-K1トランスフェクションチュートリアル：この動画では、CHO-K1細胞への一過性トランスフェクション手順を詳しく解説します。
CHO-K1細胞の細胞培養プロトコルについて解説したリソースをいくつかご紹介します。
- CHO-K1細胞：このウェブサイトのリンクには、CHO-K1培地の調製法、継代培養、および解凍プロトコルなど、CHO-K1細胞に関する有用な情報が掲載されています。
参考文献
- Gamper, N., J.D. Stockand, and M.S. Shapiro, 「イオンチャネルの研究におけるチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞の利用」。J Pharmacol Toxicol Methods, 2005. 51(3): p. 177-85.
- Gupta, K. 他, 「TNF-αに対する組換えモノクローナル抗体を産生するための安定なCHO K1細胞株」. Molecular Biotechnology, 2021. 63(9): p. 828-839.
- Popp, O. 他, Fc媒介エフェクター機能が強化された抗体の発現に向けた、プレグリコエンジニアリングを施したCHO-K1宿主細胞株の開発. in MAbs. 2018. Taylor & Francis.
- Kurchatova, M. 他, フラボノイド含有植物抽出物のCHO細胞株に対する細胞毒性：比較研究. Cell and Tissue Biology, 2022. 16(1): p. 80-85.
- Deweese, R. 他, Trifolium pratense、Baptisia australis、およびRubus idaeus抽出物のCHO-K1細胞に対する細胞毒性効果. GSC Advanced Research and Reviews, 2021. 8(1): p. 128-139.