文獻速遞丨共表達提高CHO細胞的克隆效率和蛋白質產量

中國倉鼠卵巢 (CHO) 細胞系廣泛應用于生物制藥行業，特別是用于生產單克隆抗體和重組蛋白藥物。重組細胞系通常來源于單細胞克隆，以確保產品的一致性和穩定性。然而，難以表達的重組蛋白可能會抑制單細胞增殖，從而顯著降低克隆效率。如何提高“難表達蛋白”的單克隆化效率和重組蛋白產量呢，齊魯制藥新發表在《Protein Expression and Purification》上的文章提供了新思路。

使用 Cytena Single-Cell Printer™ 進行全自動單細胞分選，確保單克隆源性。

- 通過成像系統追蹤單細胞增殖，定量克隆效率。 

- 在兩種培養基（A/B）中評估細胞生長、蛋白產量及代謝參數。

IGF-1共表達使細胞的單克隆效率在Medium A中為53.3%，較對照組提高了196%；在Medium B中為89%，較對照組提高了53%。

首先，使用 Cytena Single-Cell Printer進行自動單細胞分選。隨后，使用成像儀監測單克隆細胞的鋪板效率和生長。到第14天，在兩種培養基中，IGF-1共表達克隆細胞表現出比對照細胞顯著更高的匯合度和增殖能力。

在分選當天（第 0 天），所有組的單細胞鋪板效率在95%到97%之間（圖A）。根據第0天和第1天收集的成像數據，證實了所有組的單細胞鋪板效率約為90%（圖B）。根據Cytena Single-Cell Printer與成像儀的圖像數據，計算出所有組均達到 >99% 的單克隆源性（圖C）。這些結果表明所有組的分選效率高且相當。到第14天，在培養基A和B中，IGF-1共表達細胞的匯合度分別比對照高出35%和24%（圖D）。培養20天后，IGF-1共表達細胞的克隆效率顯著高于對照細胞：在培養基A中為53.3%（相對于對照增加了 196%，p< 0.001），在培養基B中為 89%（增加了 53%，p< 0.01）（圖E）?？偟膩碚f，這些結果表明IGF-1共表達顯著增強了單細胞增殖和克隆效率，并且在不同培養條件下均表現出穩健的性能。因此，該策略代表了優化生物制藥開發中單細胞克隆的一項重大進展。

- 單克隆細胞密度（VCD）提高29–64%； 

- 目標蛋白 P04 產量提升47–89%，主要源于細胞增殖加速而非單位細胞生產率（qP）變化。 

為了研究IGF-1共表達對單克隆細胞生長和蛋白質生產的影響，使用兩種培養基（培養基A和培養基B）在125 mL 搖瓶中進行了批次實驗。結果表明，在兩種培養基中，共表達IGF-1的克隆的平均 VCD 顯著高于未共表達IGF-1的克隆，在培養基A中增加了64%（p<0.001），在培養基B中增加了29%（圖A, p<0.01）。兩組的細胞活力均保持在 >90%（圖B），表明IGF-1共表達在維持高活力的同時有效促進了細胞生長。此外，在兩種培養基中，共表達IGF-1的克隆的產品產量均顯著高于未共表達IGF-1的克隆，在培養基A和B中平均分別增加了89%和47%（圖C, p<0.05）。有趣的是，在IGF-1共表達組和非共表達組之間未觀察到 qP 的顯著差異（圖D）。這些結果表明，產品產量的增加可能主要源于細胞生長的增強，而不是 qP 的變化。

共表達克隆的葡萄糖/谷氨酸消耗增加，乳酸積累略有增加（這可能是葡萄糖消耗增加的結果）（見下圖），表明IGF-1改善了能量代謝效率。 

連續培養60代后，蛋白產量波動<15%，關鍵質量屬性（如SEC純度）及IGF-1轉錄水平穩定（見下圖），符合工業化生產要求。

IGF-1共表達是一種高效、穩定的單克隆化策略，能顯著克服難表達蛋白對CHO細胞增殖的抑制，提升克隆效率與產量，且不影響長期生產穩定性。結合自動化設備（如Cytena單細胞打印機），該方法可加速高產量細胞株的開發，為生物制藥提供可靠解決方案。