CHO工程細胞無血清懸浮分批培養的生長代謝特征及動力學模型

劉興茂，劉紅，葉玲玲，李世崇，吳本傳，王海濤，謝靖，陳昭烈

軍事醫學科學院生物工程研究所，北京 100071

CHO工程細胞無血清懸浮分批培養的生長代謝特征及動力學模型

劉興茂，劉紅，葉玲玲，李世崇，吳本傳，王海濤，謝靖，陳昭烈

軍事醫學科學院生物工程研究所，北京 100071

以懸浮適應的表達尿激酶原CHO工程細胞為研究對象，在100 mL的搖瓶中進行無血清懸浮培養，以細胞密度、細胞活力、Pro-UK活性、葡萄糖比消耗速率(qglc)、乳酸比生產速率(qlac)、乳酸對葡萄糖的得率系數(Ylac/glc)為觀察指標，同時以細胞有血清懸浮培養作為參照，考察CHO工程細胞無血清懸浮培養生長和代謝特征。觀察結果表明，CHO工程細胞在無血清及有血清懸浮培養條件下表現為大致相似的細胞生長和代謝特征。在此基礎上，依據實際檢測的數據，應用MATLAB軟件對細胞對數生長期的細胞生長、乳酸生成及葡萄糖消耗的模型參數進行非線性規劃，獲得全局性收斂的最優參數估計值，建立了細胞在無血清培養條件下的生長及代謝動力學模型。

CHO工程細胞，無血清培養基，分批培養，代謝動力學

Abstract:By using the cell density, cell viability, Pro-UK activity, specific consumption rate of glucose(qglc), specific production rate of lactate(qlac), yield of lactate to glucose(Ylac/glc)and as the evaluation indexes, the growth and metabolism characteristics of pro-urokinase(Pro-UK)expressing CHO cells in serum-free suspension batch culture were examined and compared to those in serum-containing suspension batch culture.We observed hardly differences in growth and metabolism characteristics between the CHO cell populations grown in serum-free suspension batch culture and serum-containing suspension batch culture.The optimal mathematical model parameters for the CHO cells grown in suspension batch culture were obtained by non-linear programming of data representing the growth, substrate consumption and product formation of the CHO cells during logarithmic growth phase using MATLAB software, and the kinetic model of the cell growth and metabolism in serum-free culture were established.

Keywords:recombinant CHO cells, serum-free medium, batch culture, metabolic dynamics

基于實驗數據的建模分析是實現細胞培養優化 控制的基礎。通過細胞生長動力學模型的建立，不僅有助于理解細胞的代謝和生理特征，也可以為過程控制和優化提供理論依據。在建模分析的過程中，常常需要借助于數學工具軟件，在眾多的數學工具軟件中，目前MATLAB軟件以其功能強大、使用方便的特點，成為建模分析最常用的數值處理軟件，近年來 MATLAB也被廣泛地應用到微生物發酵及動物細胞大規模培養優化控制中[1-2]。……