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隨著生物組學技術的進步，細胞培養工藝開發已不再局限于簡單的工藝參數優化，而是深入探索系統的組學研究。這樣的轉變旨在更好地滿足生物制藥產業的發展需求。為此，細胞培養需要朝著大規模、自動化、低成本以及高目的產物質量和產量的方向發展。在這一發展過程中，準確監測生物過程中的實際需求至關重要，尤其是確定最關鍵的質量參數。

抗體藥物是通過培養產生抗體的細胞來制造的。開發這些宿主細胞是一個活躍的研究領域，大阪大學的Omasa實驗室最近建立了源自中國倉鼠肺細胞（CHL-YN細胞）的細胞系。與常用于抗體生產的CHO-K1細胞相比，CHL-YN細胞的生長速度約為2倍。

了解宿主細胞的代謝對于實現這些細胞在工業上的應用非常重要，但對于CHL-YN細胞的代謝尚未進行充分研究。最近的研究報告了培養基中有機/無機組分變化對抗體生產和質量的影響。因此，培養基的分析必須包括有機和無機組分，以便能夠了解宿主細胞的代謝過程。這將有助于優化抗體生產過程，提高抗體質量，進而推動抗體藥物的研發與應用。

本應用報告使用LCMS-8060NX分析 140多種有機化合物，并使用 ICPMS-2030分析 CHL-YN 抗體產生細胞系培養物的培養基和培養上清液中的 9 種無機元素。通過這些數據，研究人員得以確定參與抗體生產的成分和代謝途徑。

樣品：

CHL-YN細胞在指定條件下培養，每24小時收集培養上清液（生物學重復n = 3）。

樣品前處理方法：

圖1 LC-MS/MS樣品前處理方法

圖2  ICP-MS樣品前處理方法

分析條件：略。

分析結果：

LC-MS/MS部分：

結合LC/MS/MS細胞培養分析方法包檢測到74種組分的數據，再通過多組學分析包進行可視化分析。74種有機組分隨時間變化過程如圖3所示。

圖3  74種有機組分隨時間變化過程分析結果

其中，表現出明顯變化的組分如圖4和圖5所示。圖4中顯示，有機組分在細胞培養的后期耗盡，提供了有助于研究培養條件的信息。圖5中顯示，隨著時間的推移，有機組分在消耗和分泌之間切換。這是一個有價值的發現，表明新陳代謝發生了變化。

圖4 細胞培養后期耗盡的有機組分

圖5  隨著時間的推移在消耗和分泌之間切換的有機組分

面積比（縱軸）：被測組分的峰面積除以內標峰面積。

每個數據點代表n = 3個生物重復的平均值;陰影區域表示誤差范圍

ICP-MS部分：

使用ICPMS-2030分析培養基上清液中的金屬元素，主要集中在據報道影響抗體產生的元素上：鈷、銅、鐵、鎂、錳、鉬、鎳、硒和鋅。

圖6  ICP-MS測定培養上清液中金屬組分隨時間變化的過程

每個數據點代表n = 3個生物重復的平均值;陰影區域表示誤差范圍。

數據分析：

利用得到的數據可以開展進一步代謝組學分析，如相關分析和富集分析。

通過以特異性抗體產生速率（單位時間內單個細胞產生的抗體量）為目標變量，以有機和無機組分的測定值為解釋變量進行相關性分析，確定抗體產生中涉及的組分和代謝途徑。

絕對相關系數大于0.5且錯誤發現率（FDR）小于0.05的組分被確定為與特異性抗體產生率相關。

通過相關分析確定了符合這些標準的有機和無機組分。上表顯示了與特異性抗體產生率呈正相關的一些組分（相關系數>0.5和FDR<0.05）。

總結：

1.通過簡單的樣品前處理，對培養基和培養上清液中的有機組分和無機組分進行同時分析，并提供每種組分隨時間變化的數據。

2.發現了耗盡或表明代謝轉變的組分。

3.以特異性抗體產生速率為目標變量進行的相關分析確定了與抗體產生相關的成分以及與抗體產生相關的代謝途徑。

4.使用島津LC-MS/MS和ICP-MS分析細胞培養上清液中的組分獲得的數據，可以鑒定抗體生產中涉及的化合物和代謝途徑。

[致謝]

本應用報告是島津與大阪大學研究生院Omasa實驗室聯合研究計劃的一部分。感謝參與這項研究計劃的每一位研究者的幫助。

參考文獻：

1，an-01-00498, Shimadzu Application News, Culture Medium Analysis for a Metabolic Analysis of Antibody-Producing Cells Using LC-MS/MS and ICP-MS

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