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通過穩(wěn)產(chǎn)HEK293SF細胞系實現(xiàn)慢病毒載體的放大生產(chǎn)

 生物_醫(yī)藥_科研 2019-01-25
摘要:

慢病毒載體(LV)是基因和細胞治療應(yīng)用的關(guān)鍵工具。目前如何為臨床應(yīng)用提供足夠數(shù)量的載體仍是一個難題,因此應(yīng)促使該領(lǐng)域向更有利于大規(guī)模生產(chǎn)的懸浮培養(yǎng)發(fā)展。

此處我們描述了一種使用穩(wěn)定的可誘導生產(chǎn)的細胞株來生產(chǎn)慢病毒載體的方法。所使用的HEK293細胞株可懸浮培養(yǎng),具有直接的可擴展性,并在沒有優(yōu)化的條件下可產(chǎn)生106個轉(zhuǎn)錄單位(Tu)/mL帶有綠色熒光蛋白(GFP)表達的慢病毒載體。此穩(wěn)產(chǎn)細胞系被稱為clone 92,是通過攜帶GFP編碼基因的質(zhì)粒穩(wěn)轉(zhuǎn)包裝細胞系而得到的。此包裝細胞系可通過cumate和多西環(huán)素的誘導表達慢病毒生產(chǎn)所需的必要組件。

首先,我們證明clone92可實現(xiàn)從20mL搖瓶至3L生物反應(yīng)器的擴大生產(chǎn)。其次,我們開發(fā)了兩種在1-3L生物反應(yīng)器中使用超聲細胞過濾技術(shù)的灌流模式,從而實現(xiàn)慢病毒載體的高產(chǎn)。第一種方法是使用基礎(chǔ)培養(yǎng)液,并在誘導前和誘導后使用灌流模式以提高細胞密度和病毒回收。第二種方法使用強化培養(yǎng)液在批次模式下到達誘導所需的靶細胞密度,并在誘導后使用灌流模式。在灌流模式下,病毒滴度可達到3.2×107TU/mL。結(jié)果,與批次模式相比病毒總滴度增加了15倍,生物反應(yīng)器累計產(chǎn)量達到8×1010TU/L。此灌流模式很適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)制造。

 

1.前言

慢病毒載體(LV)提供了許多有價值的特性,包括穩(wěn)定的將基因整合到宿主基因組中,通過VSV-G假型分型將遺傳信息轉(zhuǎn)移到分裂和非分裂細胞以及廣泛的組織趨向性能力。目前正在臨床試驗中用于治療罕見和更頻密的遺傳和后天疾病,以及CAR-T細胞癌癥治療。

慢病毒載體通常是通過多質(zhì)粒瞬時轉(zhuǎn)染HEK 293貼壁細胞株而產(chǎn)生,此細胞株通常培養(yǎng)于含血清的培養(yǎng)液中。然而這種方法是實驗室密集型,需依賴質(zhì)粒的供應(yīng),不能直接放大。貼壁培養(yǎng)需通過增加細胞附著和生長的可用面積來放大。由于瞬時轉(zhuǎn)染中過量的質(zhì)粒和轉(zhuǎn)染試劑的殘留,會引起終產(chǎn)物的污染。因此,穩(wěn)定的慢病毒載體生產(chǎn)細胞株運行而生。目前已成功的構(gòu)建方法是通過誘導系統(tǒng)來避免細胞毒素蛋白(Gag,Rev和VSV-G)的持續(xù)表達而引起的細胞凋亡。用于穩(wěn)定生產(chǎn)的貼壁細胞株已被廣泛報道,但卻限制了放大和大規(guī)模生產(chǎn)。通過高度強化的貼壁培養(yǎng)物,及一次性固定床生物反應(yīng)器,已解決部分病毒放大培養(yǎng)。與此同時,一些學術(shù)和工業(yè)實驗室正在開發(fā)懸浮培養(yǎng)工藝,最終可實現(xiàn)在傳統(tǒng)的攪拌罐中完成慢病毒載體的生產(chǎn)。

根據(jù)近期文獻報道,該領(lǐng)域正在向應(yīng)用懸浮工藝生產(chǎn)慢病毒載體的方向發(fā)展。事實上,在治療中應(yīng)用的慢病毒載體,需要以可再生的方式生產(chǎn)足夠數(shù)量的臨床和商業(yè)品質(zhì)的病毒。根據(jù)應(yīng)用和疾病,每名患者需要1-40 × 10 9個感染單位的載體; 不僅增加了經(jīng)濟壓力,還需要開發(fā)高產(chǎn)量的生產(chǎn)工藝。

在本研究中,我們提出了一種生產(chǎn)慢病毒載體的方案,它使用的是一種穩(wěn)定的可誘導的生產(chǎn)細胞系,并且該細胞系為我們之前描述的并且在無血清培養(yǎng)基中懸浮生長的包裝細胞系。在添加cumate和多西環(huán)素后,可誘導包裝慢病毒載體所必需組件的基因表達。由于慢病毒載體的穩(wěn)定性差,我們開發(fā)了一種在灌流模式下的生產(chǎn)工藝,并評估了兩種方案的差異。

2.材料和方法

2.1 細胞培養(yǎng)

本研究所述的實驗中,HEK293SF-LVP-CMVGFPq-92細胞系(簡稱clone 92)生長和維持在SFM4TransFx293 (Hyclone)或者iHyCell? TransFx-H media (Hyclone)培養(yǎng)液中,并且兩種培養(yǎng)液均添加4mM L-谷氨酰胺。泊洛沙姆188是一種適用于高剪切力環(huán)境中的保護劑,并且在HyCell? TransFx-H培養(yǎng)液中添加0.1%泊洛沙姆188。Cell Boost 5?(CB5)補充劑(3.5 g / L)(Hyclone)是一種化學成分的增強劑,只有在文中注明的情況下才補充。使用軌道搖床(InforsHT),設(shè)置110-120 rpm,37℃,5%CO2條件下于搖瓶中懸浮培養(yǎng)。通過自動細胞計數(shù)器(Cedex Automated Cell Counter或Nucleocounter?nc-200?)或血球計數(shù)板和赤蘚紅B進行細胞計數(shù)。當細胞密度達到2×10 6個/ mL時,進行規(guī)律傳代。

2.2 產(chǎn)生穩(wěn)定的生產(chǎn)細胞系HEK293SF-LVP-CMVGFPq-92(克隆92)并誘導LV產(chǎn)生

根據(jù)制造商建議,使用maxiprep試劑盒(Chiagen)純化質(zhì)粒。先前已經(jīng)闡述通過一步法獲得構(gòu)建HEK293SF-LVP-CMVGFPq-92所使用的包裝細胞系(即,所有LV組分在一次轉(zhuǎn)染中同時加入)14。為了構(gòu)建clone 92,使用Lipofectamine 2000試劑(Life Technologies)與經(jīng)StuI 線性化的pCSII-CMV5-GFP質(zhì)粒和經(jīng)Xho1線性化的編碼殺稻瘟菌素的抗性的pCDNA6-hisA (Life Technologies) 質(zhì)粒共同轉(zhuǎn)染在補充有1%FBS(Hyclone)的LC-SFM培養(yǎng)液(Life Technologies)中培養(yǎng)的包裝細胞系(clone 29-6),上述兩種質(zhì)粒質(zhì)量比(μg/μg)為7:1。轉(zhuǎn)染兩天后,向培養(yǎng)液中加入7μg/ mL殺稻瘟菌素(InvivoGen),直至產(chǎn)生具有抗殺稻瘟菌素細胞庫(約三周)。然后使用不含有殺稻瘟菌素的培養(yǎng)液在96孔板中有限稀釋,并進行亞克隆。篩選克隆細胞并首次分析GFP的表達。將具有高水平GFP表達的克隆株擴增并通過加入1μg/ mL多西環(huán)素和30μg/ mL的cumate誘導細胞觀測慢病毒的產(chǎn)生。從最穩(wěn)定的生產(chǎn)克隆株中選取一株(clone 92),并在補充有4mM谷氨酰胺的SFM4Transfx-293無血清培養(yǎng)基(Hyclone)中適應(yīng)性培養(yǎng)。研究細胞庫在補充有10%DMSO(Sigma)的相同培養(yǎng)基中制備。

2.3 clone 92的穩(wěn)定性研究

將clone 92在SFM4TransFx-293中解凍,并接種在含有20mL培養(yǎng)液的125mL搖瓶中。在解凍后2、6、10周時,在1×106個/mL細胞密度下誘導產(chǎn)生慢病毒載體。在48后,經(jīng)離心澄清,收集含有慢病毒載體的上清液,并添加1%胎牛血清(保護劑),然后凍存在-80℃。采用基因轉(zhuǎn)移法測定上清液中慢病毒載體滴度(2.6節(jié))。

2.4 慢病毒載體在搖瓶中的生產(chǎn)

在第一組搖瓶實驗中,細胞按0.2 x 106個/mL接種在SFM4TransFx293培養(yǎng)液中。當細胞密度達到1.5 x 106個/mL時,按照每瓶50mL分裝于250mL搖瓶中。誘導前,需每天更換培養(yǎng)液,即細胞經(jīng)離心(300g,5mins)后,更換不同比例(1-100%)的新鮮培養(yǎng)液進行重懸,且連續(xù)換液5天。為了減少細胞聚集,細胞經(jīng)Accumax TM(Sigma)處理30分鐘后,用Cedex自動細胞計數(shù)器進行細胞總數(shù)及活力的測定。

在第二組實驗中,細胞按0.3×106個/mL密度分批次接種于500mL搖瓶中,培養(yǎng)液為100mL含有有3.5g/L CB5的HyCell? TransFx-H完全培養(yǎng)液。當細胞密度到達≥5E6 個/mL時,將細胞懸液按每瓶20mL分裝于125mL搖瓶中,并添加1μg/mL多西環(huán)素和30μg/ mL的cumate進行誘導。從誘導后24小時開始,每隔24小時,分別使用含有3.5 g/L CB5和不含CB5的的培養(yǎng)液進行50%換液。收集液經(jīng)0.45μm過濾后,使用GTA測定病毒載體滴度。使用NucleoCounter?NC-200?記錄每日細胞總數(shù)和活力。

2.5 慢病毒載體在生物反應(yīng)器中的生產(chǎn)

使用生物反應(yīng)器進行4次分批實驗,同時灌流實驗1#與先前實驗條件相同;并且已經(jīng)詳細描述過相似情況。即使用Chemap 3.5L型SG生物反應(yīng)器容器(工作體積2.7L)并配備探針以測量和控制實驗參數(shù)(溫度37℃,pH 7.05-7.1,溶解氧(DO)40%,攪拌80rpm)。在灌流模式中,通過反吹模式的10L超聲濾器(AppliSens,Schiedam,Netherlands)將細胞保留在生物反應(yīng)器中(每次反沖洗時將細胞懸浮液完全循環(huán)到生物反應(yīng)器中),時間間隔為30分鐘,運行/停止比例為55/5秒(圖4)。培養(yǎng)物以分批模式培養(yǎng)至約1-1.5×106個/ mL。灌流模式以每天0.5反應(yīng)體積實施灌流(VVD),并在誘導后增加至1VVD。當灌流模式中到達目標細胞密度(5×106個/mL)后進行誘導培養(yǎng)。

在灌流實驗2-4#中,將細胞以0.25-0.35x106個/ mL的細胞密度接種到1L含有3.5g / L CB5的完全HyCell TM TransFx-H培養(yǎng)液(Hyclone)中,并在320F 1L攪拌罐反應(yīng)器中批次培養(yǎng)(37℃,pH7.15,DO 40%和80RPM)。當細胞密度到達≥5×106 個/mL時,開始誘導。誘導后,用含有誘導劑的新鮮培養(yǎng)液開始灌流模式(1VVD)5-7天。在灌流過程中,使用miniBioSep(Applikon?)細胞保留(設(shè)置1 W功率)。通過NucleoCounter?NC-200?監(jiān)測反應(yīng)器每日細胞總數(shù)和活力。

在所有的灌流實驗中,合并收獲物并將含有慢病毒載體的上清液置于冰上或4℃直至澄清(每天一次),隨后儲存在-80℃直至GTA分析。由于在研究中使用了兩種規(guī)格的生物反應(yīng)器,因此每升培養(yǎng)液中病毒滴度的總量(TU/L)可進行直接比較。

2.6 用于慢病毒定量的基因轉(zhuǎn)移分析(GTA)

已介紹過通過基于流式細胞術(shù)的基因轉(zhuǎn)移分析技術(shù)(GTA)測定功能性病毒滴度(GTA滴度)的方法。即將HEK293A或293T細胞在含有5%FBS和2mM L-谷氨酰胺的DMEM培養(yǎng)液中培養(yǎng)。在用LV轉(zhuǎn)導前5小時,將細胞以1E05個/孔的密度接種于24孔板上。在轉(zhuǎn)導之前,將LV樣品在補充有8g/ mL聚凝胺的DMEM培養(yǎng)液中連續(xù)稀釋,并在37℃溫育30分鐘。移除培養(yǎng)液,并向細胞中加入200μL稀釋后的LV樣品,然后37℃培養(yǎng)過夜。第二天,每孔補加800μL培養(yǎng)液,再培養(yǎng)48小時后,使用流式細胞術(shù)定量表達GFP的細胞。因此,需在轉(zhuǎn)導后第3天測量GFP。注意,由于在對照試驗中,在轉(zhuǎn)導10天后檢測到相似的信號,因此在測量時需確定實驗中測得的GFP信號是否真正由轉(zhuǎn)基因表達,而不是附加體的存在(補充 Fig. 1)。滴度(TU / mL)使用公式[(GFP陽性細胞百分比/ 100)×(轉(zhuǎn)導的細胞的數(shù)量)×(稀釋倍數(shù))×(1mL /轉(zhuǎn)導體積)]。在所有測量中使用內(nèi)部LV標準以使批間差異最小化。

3.結(jié)果

3.1穩(wěn)產(chǎn)細胞系(clone 92)的構(gòu)建與穩(wěn)定性

此前已經(jīng)介紹了一款包裝細胞系,此細胞系除了病毒RNA外含有包裝慢病毒的所有必需基因。此包裝細胞系名為PacLV,是在單次轉(zhuǎn)染操作中同時加入所有LV組分(Gag / Pol,Rev和VSV-G)。在包裝細胞中,Rev和包膜蛋白(VSV-G)的轉(zhuǎn)錄處于四環(huán)素和cumate開關(guān)的控制下,這意味著需要在培養(yǎng)液中添加多四環(huán)素和cumate以誘導LV的產(chǎn)生(圖1A)。而Gag/Pol 在CMV啟動子控制下。即使Gag / Pol的表達是結(jié)構(gòu)性的,并且不由開關(guān)直接控制,但其表達仍取決于REV響應(yīng)元件(RERE Responsive Element,RRE)的存在。然后構(gòu)建包含產(chǎn)生LV的所有元件(包括基因組RNA)的細胞系(稱為生產(chǎn)者)。為了便于滴定測定,我們選擇構(gòu)建表達GFP的慢病毒載體,并且其由強組成型CMV啟動子調(diào)控??赏ㄟ^包含RRE的pCSII-CMV5-GFPq質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染包裝細胞系來實現(xiàn)。并且先前已經(jīng)報道了關(guān)于質(zhì)粒構(gòu)建的細節(jié)。將生產(chǎn)細胞系命名為clone 92。為了驗證clone 92生產(chǎn)慢病毒的穩(wěn)定性,將細胞在搖瓶中培養(yǎng)10周,并在不同的時間點誘導,檢測慢病毒的生產(chǎn)。整個過程中,慢病毒滴度均維持在3.0×106TU/mL以上,表明clone 92是穩(wěn)定的(圖1B)。

3.2 分批模式下慢病毒載體在生物反應(yīng)器中的生產(chǎn)

為了評估clone 92在攪拌式生物反應(yīng)器中的性能,在SFM4TransFx293培養(yǎng)液(該細胞系的起始基礎(chǔ)培養(yǎng)液)中以3.5L規(guī)模進行了4批培養(yǎng)(圖2)。誘導3天(dpi)后,細胞活力均達到70-80%,具有可重復性降低(圖2A)。慢病毒滴度生產(chǎn)動力學顯示,均在3dpi出現(xiàn)峰值,平均滴度為6×106 TU / mL(圖2B)。從搖瓶到分批模式的生物反應(yīng)器培養(yǎng),可實現(xiàn)的線性放大(圖2C)。平均每升培養(yǎng)液的總LV產(chǎn)量為6×109TU,具體產(chǎn)量為4.4TU /細胞(圖2D)。

3.3 小規(guī)模慢病毒生產(chǎn)

為了解決慢病載體的低穩(wěn)定性,我們安排在灌流模式下使用連續(xù)收獲以實現(xiàn)慢病毒載體的快速生產(chǎn)。在預(yù)實驗中,摸索了兩種搖瓶實驗方案。首先,確定在細胞生長期期間每日更換培養(yǎng)液(DMR)的作用,并考察誘導時高細胞密度對產(chǎn)量的影響。在-3dpi和0dpi之間,每天使用0-100%新鮮SFM4Transfx293培養(yǎng)液進行離心換液。結(jié)果表明,通過增加新鮮培養(yǎng)液的換液量可以延長細胞生長期;連續(xù)4天換液后,當0dpi時,細胞密度可達到8×106個/ mL,為批次對照的3倍(圖3A)。誘導3天后,檢測慢病載體含量,當新鮮培養(yǎng)液更換體積為75%-100%時,病毒滴度可從無培養(yǎng)液替換時的1.0×106 TU / mL增加至3.35×107 TU / mL,具有顯著提高(圖3B)。與100% DMR相比,75% DMR具有更高的產(chǎn)量。這表明在誘導條件下產(chǎn)生慢病毒載體的最佳細胞密度為通過75%DMR獲得的約5.5×106個/ mL。

因此,在第二組小規(guī)模實驗中,細胞密度定為5×106個/ mL。測試了在細胞生長階段使用強化培養(yǎng)基和在生產(chǎn)階段使用DMR的混合系統(tǒng)。選擇使用一種不含水解產(chǎn)物并且具有較低批次間差異的新培養(yǎng)液(HyCell TM TransFx-H)。每天更換75%的培養(yǎng)液,并且當細胞密度達到5×106個/ mL時進行誘導,結(jié)果表明SFM4TransFx293和HyCell TM TransFx-H所得病毒滴度無差異(補充表1)。為了在分批模式下達到更高細胞密度,在HyCell TM TransFx-H培養(yǎng)液中補加Cell Boost(CB5),并且當細胞生長到5×106個/ mL時再進行誘導;在生產(chǎn)階段期間,分別使用含有CB5及不含CB5的培養(yǎng)液每天更換50%(Fig. 3C),結(jié)果表明,無論是否補加CB5均可在1dpi至3dpi得到相似的慢病毒滴度,但補充CB5卻可提高4dpi和5dpi的滴度(Fig. 3D)。數(shù)據(jù)表明,誘導前在強化培養(yǎng)基(具有CB5的HyCell TM TransFx-H)中可獲得與簡化灌流生物反應(yīng)器相似的細胞密度。另外,在生產(chǎn)階段添加CB5可能會通過提高細胞活力以延長細胞生產(chǎn)期。

3.4 灌流模式的生產(chǎn)改進

根據(jù)搖瓶實驗結(jié)果,選擇在進行生物反應(yīng)器中灌流模式的參數(shù)。圖4為用于灌流模式下操作的示意圖。 第一組實驗(Perfusion 1)作為參考使用SFM4TransFx293培養(yǎng)液在3.5L攪拌式生物反應(yīng)器中進行生長和生產(chǎn)。每天0.5培養(yǎng)液體積開始灌流(VVD),并在誘導后增加至1體積。

為了簡化流程,采用于搖瓶相似的混合模式實施另外三組實驗(Perfusion2-4),并且在含有CB5的1L HyCell TM TransFx-H培養(yǎng)液中按分批模式擴增細胞。當細胞密度到達≥5×106個/mL時開始誘導,并用含有CB5和誘導劑的新鮮培養(yǎng)液按1VVD開始灌流。如圖5A和5B所示,誘導后灌流實驗1的細胞密度和活率與灌流實驗2-4具有明顯差異,并且與沒有添加CB5的圖2A、3A、3C相似,誘導后細胞活力迅速降低,在5dpi時細胞活力僅有25%并停止實驗。相比之下,灌流實驗2-4中并未停止產(chǎn)毒且在誘導后細胞擴增到17×106個/mL,直至最終收獲時,存活率仍保持在80%以上(圖5A-B)。在灌流實驗1中,在3dpi出現(xiàn)到滴度峰值(2-3×107TU / mL),而對于灌流實驗2-4,在4dpi出現(xiàn)峰值(圖5C)。在4批次灌流實驗中的總滴度均在5-8×1010TU/L范圍內(nèi),且灌流實驗1的總滴度最高(圖5D)。在生物反應(yīng)器中檢測的滴度與收獲容器相當(補充圖2)。與分批培養(yǎng)相比,4次灌流實驗測得的平均滴度(2.2×107TU / mL)比分批模式(6×106 TU / mL)高近4倍(圖5 2B)。此外,由于每天收獲,灌流模式的所得總載體(高達8×1010 TU / L)比批處理模式多11倍(圖5B)。在分批模式中,誘導時的活細胞密度為1-1.5×106個/ mL,而灌流模式中為5.4×106個/ mL。與分批模式下的4.4.TU/細胞相比,灌流模式平均可達到11.5TU/細胞。

4.討論

通過穩(wěn)產(chǎn)細胞株(clone 92),我們制定了兩種在灌流高產(chǎn)實驗方案。第一種方法使用基礎(chǔ)培養(yǎng)液SFM4TransFx293和灌流模式來增加細胞密度和病毒載體回收(圖3A-B和5A-B)。第二種方法中使用補加CB5的HyCell TM TransFx-H培養(yǎng)液:由于在誘導后才開始使用灌流模式,因此該方法可能簡單更操作(圖3C-D和5C-D)??傊?,與分批模式相比,灌流模式可將病毒的總產(chǎn)量提高至15倍。盡管預(yù)期8×1010 TU / L的絕對病毒滴度是轉(zhuǎn)基因依賴性的,但是我們推測與分批模式相比,超過1個對數(shù)的產(chǎn)量將可轉(zhuǎn)移到其他轉(zhuǎn)基因。

在已描述的穩(wěn)產(chǎn)貼壁細胞系中,病毒滴度在1×106至1.5×108 范圍內(nèi)。 然而,貼壁細胞系在大規(guī)模生產(chǎn)中存在明顯的局限性。本研究中,包裝細胞系和穩(wěn)產(chǎn)細胞系的母細胞系(HEK293SF3F6)已適應(yīng)無血清懸浮培養(yǎng)28。使用雙開關(guān)系統(tǒng),即需要添加兩種誘導劑才可啟動病毒的合成,這是clone 92成功的一個關(guān)鍵因素,并且嚴格控制了慢病毒毒性因子的產(chǎn)生。在早期研究中,曾嘗試過只使用一個開關(guān),但未獲得成功(結(jié)果未列出)。本研究中的生產(chǎn)細胞系可在懸浮狀態(tài)下培養(yǎng),但培養(yǎng)尚需進一步優(yōu)化。 例如,添加CB5可將高病毒滴度(> 107TU / mL)時間延伸至超過4-5dpi,并且在誘導后可延緩細胞活力的下降,以維持細胞正常生長。CB5含有多種維持細胞活力的營養(yǎng)素,但某些組分(例如生長因子)可能對病毒產(chǎn)量產(chǎn)生反作用。實際上,在搖瓶實驗誘導時間段,通過比較CB5的添加情況,可以得出在每個補加CB5的孔內(nèi),所得病毒滴度相當,且均低的多(圖3C,D)。設(shè)想可通過平衡病毒生產(chǎn)(細胞毒素過程)與細胞狀態(tài)以開發(fā)一種連續(xù)的生產(chǎn)模式。 相反,在未添加CB5的SFM4TransFx293基礎(chǔ)培養(yǎng)液中,截止3dpi病毒均可被快速釋放(圖4C和D)。在生長階段補加CB5并在生產(chǎn)階段去除CB5可能進一步提高早期的產(chǎn)量。全面的代謝物分析以及CB5成分更詳細的分析也是有意義的,并支持在更高細胞密度下的誘導。

純化和下游加工同樣影響終產(chǎn)品的滴度。有研究表明,目前正在研究通過柱/膜色譜法以減少終產(chǎn)品中雜質(zhì)的含量。雖然Cumate具有非細胞毒性,但多西環(huán)素是四環(huán)素類抗生素,因此純化過程中還應(yīng)去除本研究添加的兩種誘導劑。即使終產(chǎn)品中只存有痕跡,但對于患有四環(huán)素過敏的人來說將會是一個大問題。

總之,據(jù)我們所知,本研究是第一個描述慢病毒載體穩(wěn)產(chǎn)HEK293懸浮細胞系的工藝開發(fā)和改進。從小規(guī)模到1~3L級生物反應(yīng)器具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。本與研究評價了兩種改善慢病毒載體總產(chǎn)量的方案,且這兩種方案均在灌流模式下采用了超聲波細胞過濾技術(shù)。總的來說,實現(xiàn)了總病毒滴度(TU/L每升培養(yǎng)液)超過1個對數(shù)的增加。這意味著我們能夠在灌流模式下生產(chǎn)高達8 x 1010 TU / L的載體。預(yù)計所開發(fā)的生產(chǎn)工藝很適合大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化制造。

圖1:Clone 92的cumate誘導系統(tǒng)和穩(wěn)定性結(jié)果。A)在包裝細胞系和clone 92中,Rev和包膜蛋白(VSVG)的轉(zhuǎn)錄受四環(huán)素和cumate開關(guān)的控制;需在培養(yǎng)液中添加四環(huán)素和cumate才可誘導慢病毒載體的產(chǎn)生。Cumate可阻止cumate阻遏物(CymR)與cumate操縱子(CuO)結(jié)合。多西環(huán)素促進四環(huán)素反式激活因子(rtTA2s-M2)與四環(huán)素啟動子(TR5)的結(jié)合。B)為了檢測clone 92的穩(wěn)定性,細胞在無選擇性培養(yǎng)液中懸浮培養(yǎng)10周,并且在培養(yǎng)第2周,第6周和第10周后,取部分細胞,當細胞密度達到1.0×106個/mL時,加入多西環(huán)素和cumate。通過基因轉(zhuǎn)移分析法(GTA)分析誘導后48h病毒的生成量(誤差線未標準偏差)。


圖2:分批模式下在3L生物反應(yīng)器中獲得的結(jié)果。 A)使用SFM4TransFx293培養(yǎng)液及生物反應(yīng)器,以分批模式進行4批獨立實驗(批次1至批次4)所測量的活細胞數(shù)量(黑線)和活力(灰線)。 B)4批次在誘導后3天內(nèi)的滴度動力學。 C)在3天時,4批次生產(chǎn)與相應(yīng)的搖瓶對照的病毒滴度結(jié)果。 內(nèi)部對照即在誘導后不久從生物反應(yīng)器中取樣,并分裝至搖瓶中進行罐外培養(yǎng)。 外部對照是在整個實驗期間,即生長期和病毒生產(chǎn)階段,在搖瓶中平行進行對照。 D)4批次實驗中,每升培養(yǎng)液所產(chǎn)病毒總滴度。

圖3:搖瓶實驗結(jié)果。 A)在SFM4TransFx293培養(yǎng)液中,每日培養(yǎng)液置換(DMR)0-100%后,在-4dpi和3dpi之間活細胞總數(shù)活(黑線)和活率(灰線)結(jié)果。 在-3dpi,-2dpi,-1dpi和0dpi時更換搖瓶中培養(yǎng)液。 B)通過通過基因轉(zhuǎn)移分析法(GTA)測定與圖A對應(yīng)的3dpi時病毒滴度(誤差線是標準偏差)。 C)含有3.5g / L Cell Boost 5?(CB5)(方形)和不含CB5(圓形)的HyCell TM TransFx-H培養(yǎng)液中活細胞總數(shù)及活率。 對于生產(chǎn)病毒的細胞懸液,在誘導后每24h用新鮮培養(yǎng)液(補加和不補加CB5兩種條件使用獨立搖瓶)以50%進行DMR。 D)通過GTA檢測C組所示收獲液的滴度(TU / mL)(誤差線是標準偏差)。

圖4:示意圖為灌流模式中所使用的設(shè)備。使用接種瓶以0.25-0.35E06個/ mL將細胞轉(zhuǎn)移到生物反應(yīng)器容器中。使用收集瓶和相關(guān)采樣器在無菌條件下進行每日無細胞收獲和采樣(使用超生過濾器保留細胞并在收獲上清液的同時將其再循環(huán)到生物反應(yīng)器中)。每日從左側(cè)的采樣器取細胞并測量細胞密度和活率。將培養(yǎng)液保持在4℃并泵入容器中,使得在24小時內(nèi)每反應(yīng)器容積容器加入0.5-1體積的培養(yǎng)液;使用比例尺和水平檢測器可進一步監(jiān)測添加的培養(yǎng)液的確切體積。氧氣(pO2),溫度和pH值用可消毒的探針進行監(jiān)測。通過表面加入CO 2或加入堿(NaHCO 3)將pH維持在7.05和7.1之間。示意圖上還顯示了蠕動泵(一個圓圈中的倒三角形)。

圖5:4批灌流培養(yǎng)中細胞活力和滴度的測定結(jié)果。 在1-3.5L培養(yǎng)中誘導前后的活細胞數(shù)A)(VCC)和B)細胞活率B)。 C)使用GTA分析,4批實驗每日采收液的病毒滴度(TU / mL)(在冰上收集的灌流濾液)。 D)對于所有批次實驗1L培養(yǎng)液收獲病毒總和

 

補充表1:在兩種不同的培養(yǎng)基中病毒滴度結(jié)果。每日更換75%培養(yǎng)液,當細胞密度約為5×106個/ mL時開始誘導細胞,并通過GTA在3dpi測量滴度。

補充圖1:

在轉(zhuǎn)導后3天和10天分別進行GFP表達定量。 兩個時間點之間沒有顯著差異。 誤差線為對應(yīng)3種不同稀釋度的每個樣品3次測量的標準偏差。

參考文獻:

Manceur AP, Kim H, Misic V, et,al.Scalable Lentiviral Vector Production Using Stable HEK293SF Producer Cell Lines.Hum Gene Ther Methods. 2017 Dec;28(6):330-339. doi: 10.1089/hgtb.2017.086. Epub 2017 Nov 21.

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