CHO细胞培养关键发现：铁离子浓度对抗体产量和质量的双重影响

如图2所示，随着培养基中FAC量的增加，观察到聚集物（HMW）从0.9%（2 mg/L）到2.8%（100 mg/L）的小剂量依赖性增加，这与检测到的主峰比例呈负相关（图2a）。糖基化显示出显著的剂量依赖性效应。

随着培养基中铁含量从2 mg/L增加到100 mg/L，末端半乳糖基化的水平从13.3%增加到25.6%，这与观察到的末端N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）水平的降低有关。mAb1中检测到的末端唾液酸化、甘露糖基化和不可识别物分别低于0.7%、1.4%和1.2%（图2b），并且不受铁的影响。总之，结果表明，FAC浓度的增加导致最大VCD的增加，但细胞培养活力会降低，同时导致HMW物种的轻微增加和mAb1末端半乳糖基化水平的升高。

与相应的FAC条件相比，在培养基中使用FC作为铁源会导致细胞生长降低，10、50和100 mg /L的最大VCD分别降低7.4%、28.9%和3.5%（图3a）。

对于这两种铁源，随着铁浓度的增加，检测到存活率下降得更快，而与相应的FAC条件相比，每种测试的FC浓度都观察到存活率更快的下降（图3b）。滴定曲线显示，不同测试铁源之间仅存在轻微差异（图3c）。总体而言，与FAC相比，使用FC后VCD和存活率的下降速度更快，与铁水平无关，这表明两种铁源存在其他差异。

虽然培养基中FAC水平的增加导致末端半乳糖基化水平的增加，2 mg /L为13.3%，100 mg /L高达25.6%，但FC导致末端半乳糖化从2 mg /L11.5%减少到50 mg /L 8.0%，这与末端GlcNAc水平呈负相关。这些数据再次表明，FAC和FC之间观察到的糖基化差异与铁浓度无关，并受到两种铁源之间未知属性的影响。

表1：不同铁盐添加对糖型影响

尽管镁（Mg）、铝（Al）、钙（Ca）、钛（Ti）、钒（V）、钴（Co）、铜（Cu）、锌（Zn）和镓（Ga）等一些元素仅在FAC中检测到，但硼（B）和钾（K）等其他元素在FC中的含量更高，在FAC里没有检测到。对于铬（Cr）、锰（Mn）和镍（Ni），FAC中的含量高于FC。由于锰是抗体半乳糖基化的调节剂，并且FAC中作为杂质存在的锰量占培养基中总锰浓度的94%以上，因此该元素被认为具有高度相关性。

表2：FAC和FC中微量元素杂质

以FC进行研究，将含高浓度杂质锰的FC称为FCPurch和低浓度杂质锰称为FCSynt，浓度10、50和100 mg /L。与各自的FCSynt相比，FCPurch的细胞生长更高，与铁浓度无关，而向FCSynt中补充锰导致VCD的恢复。使用FCPurch或补充锰的FCSynt后，与各自的FCSynts条件相比，存活时间延长。

补充锰的FCPurch和FCSynt的IgG浓度高于FCSynt检测到的IgG浓度，表明锰对生产率有积极影响。在所有测试条件下，mAb1 HMW物种水平均低于5.5%，每种测试铁浓度的绝对差异均小于3.3%。锰末端半乳糖基化水平升高。

铁及其杂质对细胞培养性能和重组蛋白糖基化有影响。虽然锰被确定为铁源中的杂质，有助于整体提高细胞性能，但铁含量的增加会导致细胞生长、存活率和滴度的降低。同样，铁和锰对受试重组蛋白的糖基化也有相反的影响。低杂质铁源是必要的，以便在细胞培养实验中消除铁及其杂质的影响。如果操作得当，可以单独控制和调节每种元素的浓度，从而开发出一致稳定的细胞培养过程，使重组产品的质量属性可重复。

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Weiss C H , Merkel C , Zimmer A .Impact of iron raw materials and their impurities on CHO metabolism and recombinant protein product quality[J].Biotechnology Progress, 2021.DOI:10.1002/btpr.3148.