生物生产中的CHO细胞：应用与创新
源自中国仓鼠卵巢的 CHO细胞系，凭借其广泛的应用范围，已成为医学和生物学研究领域的中流砥柱。这种哺乳动物细胞系蕴含无限可能，从重组蛋白生产到基因表达、毒性筛选、营养学及遗传学研究，无所不包。
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本文将带您深入探索 CHO 细胞的奇妙世界，揭示这些细胞如何彻底改变了生物制药研究，并为挽救生命的疗法铺平了道路。准备好揭开强大的 CHO 细胞之谜，探索它们如何推动医学乃至更广泛领域的突破性进展吧！您将了解开始研究前所需掌握的一切知识，包括：
什么是CHO细胞系？
自 1957 年由 Theodore T. Puck 建立以来，由于其生长迅速且蛋白质产量高，中国仓鼠卵巢 (CHO) 细胞已成为生物和医学研究中的重要组成部分。 这些源自中国仓鼠卵巢的上皮细胞被广泛应用于生物制造、遗传学、毒性筛选、营养学和基因表达研究。
CHO 细胞可以产生与人类相似的具有翻译后修饰 (PTM) 的蛋白质。它们还缺乏脯氨酸合成能力，且不表达表皮生长因子受体 (EGFR)，因此非常适合用于研究各种 EGFR 突变。
在生物制造领域，CHO细胞被广泛用于生产单克隆抗体、重组蛋白和疫苗。已有超过60种利用CHO细胞制备的治疗性蛋白获得生产许可，其应用范围仍在持续扩大。 本文将探讨CHO细胞的卓越特性及其广泛应用，重点阐述其在推动生物医学乃至更广泛领域发展中的关键作用。准备好探索CHO细胞的迷人世界，发掘其在生物医学研究中无与伦比的潜力吧！
CHO细胞：生物制药行业生产重组蛋白的首选
在生物技术行业中，中国仓鼠卵巢（CHO）细胞常被用于生产单克隆抗体、重组蛋白和疫苗等生物制药。
尽管您可能并不知晓，但如果您曾接受过单克隆抗体治疗，其背后或许正是中国仓鼠卵巢（CHO）细胞的功劳。这些适应性极强的细胞常被生物制药行业用于生产重组蛋白，这些蛋白广泛应用于生物医学研究、诊断以及各类治疗领域。 被称为单克隆抗体（mAbs）的蛋白质类治疗药物，被用于治疗多种疾病，例如癌症、自身免疫性疾病和传染病。 由于CHO细胞能进行与人体细胞相似的翻译后修饰，因此常被用于生产mAbs。这些修饰对于这些治疗药物发挥正常功能至关重要。
通过基因工程产生的蛋白质被称为重组蛋白。它们不仅是研究试剂，还可作为治疗药物和诊断试剂使用。 由于CHO细胞能够发生翻译后修饰，且具有与人体细胞相似的复杂糖基化特征，加之其生长迅速、蛋白质表达水平高且能大量表达蛋白质，因此特别适合用于生产重组蛋白。 CHO细胞系的产量可达每升培养液3至10克，其无与伦比的大规模生产治疗性蛋白质的能力，使其成为生物制药领域的变革者。 得益于基因优化技术，CHO细胞如今已成为现代生物医学的重要组成部分，该技术显著提升了其生产大量重组蛋白的能力。
疫苗是用于预防和治疗病毒及细菌感染的生物制药。针对 COVID-19 的疫苗便是利用 CHO 细胞制备的疫苗之一。 科学家们开发了多种技术，包括基因工程、培养基优化和工艺开发，以提升CHO细胞在生物制药生产中的表现。这些技术促成了利用CHO细胞生产生物制药的高产、低成本培养系统的建立。 CHO细胞的应用范围广泛，包括：
生物制药生产中的CHO细胞
CHO细胞被用于生产各种生物治疗药物，包括用于治疗癌症、自身免疫性疾病和传染病等疾病的重组蛋白和单克隆抗体。 CHO细胞之所以被广泛应用于生物制药领域，主要归因于其能够像人体细胞一样进行翻译后修饰，这使其成为生产与人体相容的治疗性蛋白质的理想哺乳动物宿主。 全面了解CHO宿主细胞的蛋白质谱，并应用宿主细胞蛋白ELISA技术，对于确保在CHO细胞系统中生产的生物药的纯度和安全性至关重要。因此，CHO细胞已在生物技术行业中巩固了其作为多功能平台的地位。
基于CHO细胞的抗体生产进展
CHO细胞被广泛应用于单克隆抗体的生产，这些抗体通过为多种疾病提供靶向治疗，彻底改变了生物医学领域。由于CHO细胞能够正确地折叠、组装和修饰人类蛋白质，因此已成为重组抗体表达和蛋白质治疗药物生产的基石。 随着细胞培养技术和CHO细胞工程的改进，CHO细胞抗体生产技术不断演进，从而培育出高质量的CHO细胞，这对生物药物的开发至关重要。包括DNA技术和先进的细胞培养方法在内的综合生物技术手段已被应用，以优化CHO细胞系统，从而提高抗体生产效率。
分子生物学与CHO细胞工程
分子生物学技术与CHO细胞培养的融合，促成了转基因CHO细胞系的建立，以及对中国仓鼠细胞突变体的改造以获得所需性状。细胞工程和DNA技术领域的这些进步，推动了能够高效生产特定重组蛋白的CHO细胞的开发。 对真核细胞培养方法（包括CHO细胞和HeLa细胞）的探索，有助于深入理解细胞机制，并优化哺乳动物细胞培养以生产治疗性蛋白质。
但这还不是全部！CHO细胞在生物医学研究中还有其他引人入胜的应用，包括：
- 毒性筛查：CHO细胞用于评估药物（包括抗癌和抗病毒治疗药物）的毒性。例如，一项研究利用CHO作为对照细胞系，探索了源自南极微藻的脂肪酸对乳腺癌的特异性活性。
- 基因表达：CHO细胞被用于稳定和瞬时表达基因，以进行基因功能研究或靶向蛋白质生产。基因编辑工具被用于在CHO细胞系中开发基因敲入和敲除模型。
CHO细胞研究的未来展望
当前针对CHO细胞系统的研发工作，主要致力于提升这些细胞在生物制药生产中的效率和多功能性。由于CHO细胞始终处于重组蛋白治疗药物领域的最前沿，其在未来医学和生物技术中的作用至关重要，有望在抗体开发和救命疗法的生产方面取得新的突破。
探索强大的CHO细胞的优势
以下是CHO细胞系作为极具吸引力的研究工具所具备的一些关键优势。
- 培养便捷：CHO细胞系的培养流程和条件并不苛刻。这些细胞生命力顽强，能够耐受温度和pH值的变化。因此，它们非常适合大规模培养。
- 翻译后修饰：这些细胞与人体细胞相似，能够产生类似的翻译后修饰。因此，CHO细胞可用于生产具有优异药理活性的生物相容性生物制品。
- 高产量：CHO细胞被广泛用于高产重组蛋白。通过对CHO细胞系进行遗传优化，目前每升培养液可产出约3-10克蛋白质。
- 基因表达：CHO细胞易于转染，因此常用于瞬时和稳定表达研究。此外，利用CHO细胞系开发基因敲入和敲除模型时，常采用多种遗传学工具。
- 政府批准：CHO细胞已被用于美国和欧盟批准的近50种生物治疗药物中。
- 低病毒易感性：由于源自仓鼠，传播人类病毒的风险降低，从而减少生产损失并提高生物安全性。
CHO细胞的主要特征
形态：CHO细胞呈现上皮细胞样外观，具有细长且类似成纤维细胞的形状。它们为贴壁细胞，通常以单层形式生长。
细胞大小：CHO细胞的平均直径在12-14微米之间。
基因组与倍性：CHO细胞为非整倍体，拥有21条染色体，这与中国仓鼠的整倍体染色体数不同。CHO细胞的核型特征为存在多重结构重排，包括第2号染色体及X染色体片段的部分缺失。
CHO与CHO-K1细胞系的比较
自 1956 年首次报道原始 CHO 细胞系以来，已为各种目的创建了该细胞系的许多变体。 CHO-K1 于 1957 年由一个 CHO 细胞单克隆产生，随后通过甲磺酸乙酯诱变制备了 CHO-DXB11（也称为 CHO-DUKX）。 然而，由于它们在发生突变时会恢复 DHFR 活性，因此其用途受到限制。后来，通过伽马射线对 CHO 细胞进行诱变，产生了 CHO-DG44，其中两个 DHFR 等位基因都被完全消除。 这些缺乏DHFR的细胞株需要甘氨酸、次黄嘌呤和胸苷才能生长，并被广泛用于工业蛋白质生产。此后，其他筛选系统也变得流行起来，CHO-K1、CHO-S和CHO-Pro minus等宿主细胞已被证明能够高水平地生产蛋白质。 由于遗传不稳定性，这些细胞系通常在悬浮培养生物反应器中，使用不含动物成分或化学定义的培养基进行培养。文中还讨论了CHO细胞遗传学及克隆衍生过程的复杂性。
利用我们的 CHO 细胞实现突破
培养CHO细胞的十条建议
- CHO细胞系是一种易于培养、维护要求低的细胞系。
- CHO 细胞的倍增时间较短，仅为 14–17 小时。
- CHO细胞为贴壁细胞，可形成单层生长，也可适应悬浮生长。
- 当细胞汇合度达到 80–90% 时，使用 Accutase 进行传代。
- 以 1 x 104 细胞/cm2 的密度接种 CHO 细胞，约 4 天即可形成融合单层。
- 为了获得最佳培养效果，请使用 50:50 的 DMEM 和 Ham's F12 混合物，并添加 5% 的 FBS 和 L-谷氨酰胺。
- 每周更换 2-3 次培养基。
- 在 37°C、补充 5% CO2 气体的加湿培养箱中培养 CHO 细胞。
- 将 CHO 细胞储存在液氮的蒸汽或液相中（-196°C）。
- 处理和培养 CHO 细胞系时，请遵循 1 级生物安全指南。
关于 CHO 细胞的实验方案、视频和最新出版物
以下是一些值得探索的优质资源，可帮助您了解 CHO 细胞系的培养与维护。
- 关于 CHO 细胞的详尽细胞培养方案：此链接可帮助您全面了解 CHO 细胞的传代和转染。
- CHO 细胞：该网站将提供有关 CHO 细胞系的基本细胞培养信息，包括细胞的分传、储存、冷冻和解冻等。
- CHO细胞解冻：本视频展示了冷冻CHO细胞的典型解冻操作流程。
CHO细胞系的转染方案
CHO细胞非常适合进行基因的瞬时和稳定转染。以下是一些提供有关CHO细胞系转染方案的有用信息的资源。
- CHO细胞转染：这篇已发表的文章提供了一种使用线性聚乙烯亚胺（PEI）对CHO细胞系进行瞬时转染的操作方案。
- CHO细胞转染方法：本文阐述了利用不同转染试剂高效转染CHO细胞系的多重策略。
- CHO细胞的瞬时转染：本视频通过图解阐述了CHO细胞瞬时表达研究的基本概念。
利用CHO细胞开展的有趣研究论文
以下是利用CHO细胞开展的各项研究的摘要：
研究："通过CHO细胞瞬时转染实现SARS-CoV-2刺突蛋白胞外域的全长快速高产表达"（2021）
- 目的：利用三种瞬时转染方法在CHO细胞中表达SARS-CoV-2刺突蛋白胞外域，以实现高产量。
- 方法：采用三种瞬时转染方法，将编码全长SARS-CoV-2刺突蛋白胞外域的质粒转染至CHO细胞中。通过ELISA和Western blot检测蛋白质表达情况。
- 主要发现：三种瞬时转染方法均表现出高水平的蛋白质表达，其中聚乙烯亚胺法获得的产量最高。
研究：《构建用于表达MERS冠状病毒疫苗抗原的稳定CHO细胞系》（2018）
- 目的：在CHO细胞中生产MERS冠状病毒抗原，作为未来候选疫苗使用。
- 方法：将编码MERS冠状病毒抗原的质粒转染至CHO细胞，并使用遗传霉素进行稳定表达筛选。通过ELISA和Western blot检测蛋白质表达。
- 主要发现：该稳定CHO细胞系表现出高水平的蛋白质表达，且在多次传代后仍保持稳定。
研究：“南极大型海藻中的脂肪酸对人类乳腺癌细胞生长的细胞毒性作用”（2018）
- 目的：利用CHO细胞作为对照，评估抗癌药物对正常细胞的毒性。
- 方法：培养CHO细胞并用南极大型海藻提取的脂肪酸处理，随后采用MTT法测定细胞存活率。
- 主要发现：南极大型海藻来源的脂肪酸对CHO细胞无细胞毒性作用，表明其有望作为具有癌细胞选择性的抗癌药物。
研究：“敲除caspase-7基因通过G2/M期细胞周期阻滞改善CHO细胞系中重组蛋白的表达”（2022）
- 目的：通过基因操作CHO细胞以提高重组蛋白的表达水平。
- 方法：利用CRISPR/Cas9技术在CHO细胞中敲除caspase-7基因，并通过Western blot和荧光显微镜评估蛋白质表达。
- 主要发现：CHO细胞中caspase-7基因的敲除导致蛋白质表达水平提高，这很可能是由于caspase-7缺失引起的G2/M期细胞周期阻滞所致。
研究：《开发用于稳定生产抗人MMP9重组抗体的CHO细胞系》（2015）
- 目的：在CHO细胞中生产针对人MMP9蛋白的单克隆抗体。
- 方法：将编码人MMP9抗体的质粒转染至CHO细胞，并使用遗传霉素进行稳定表达筛选。通过ELISA和Western blot评估蛋白质表达。
- 主要发现：该稳定CHO细胞系表现出高水平的抗体表达，且在多次传代后仍保持稳定，表明其在针对人MMP9的治疗应用中具有潜在应用价值。
有关 CHO 细胞的常见问题
参考文献
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- Pan, X. 等，《分批补料培养中 CHO 细胞增殖期的代谢特征》。《应用微生物学与生物技术》，2017 年。101：第 8101–8313 页。
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