低酸素は、タンパク質の輸送と、振るフラスコのCHO細胞培養のエピジェネティックな抑制に影響を与えます

シェイクフラスコとベンチトップバイオリアクターは、細胞培養プロセスの開発に広く使用されていますが、培養パフォーマンスはそれらの間で大きく異なります。小規模文化から受け取った結果を生産規模に適用するには、さまざまな培養システムの違いの根底にあるメカニズムを理解することが重要です。この研究では、CHO固有のDNAマイクロアレイによってシェイクフラスコと5-Lベンチトップバイオリアクターで培養されたIgG融合タンパク質B0を生成する中国のハムスター卵巣（CHO）細胞の発現パターンを分析します。データは、低酸素がシェイクフラスコ培養に存在するが、制御されたベンチトップバイオリアクターには存在していなかったことを示しています。低酸素状態は、エピジェネティックな抑制に関連しているように見え、細胞培養性能の低下とタンパク質の生産性が低下します。これは、酸素勾配による大規模なバイオリアクター操作中にも存在します。タンパク質の生産性は、ベンチトップバイオリアクター栽培におけるエピジェネティックな抑制の減少と組み合わせて、タンパク質輸送および分泌のための細胞機械の増加と関連していました。金属イオンは、低酸素下で細胞の成長とタンパク質の産生を改善する可能性があり、この状態は小規模バイオリアクターで模倣され、細胞培養プロセスのスケールアップを促進する可能性があります。

Shake flasks and bench-top bioreactors are widely used for cell culture process development, however, culture performances significantly differ between them. In order to apply the results received from small-scale cultures to production scale, it is important to understand the mechanisms underlying the differences between various culture systems. This study analyzes the expression patterns of Chinese hamster ovary (CHO) cells producing IgG-fusion protein B0 cultured in shake flasks and 5-L bench-top bioreactors by CHO-specific DNA microarrays. The data show that hypoxia was present in shake flask cultures but not in controlled, bench-top bioreactors. Hypoxic conditions appeared to be associated with epigenetic repression resulting in decreased cell culture performance and protein productivity, which is also present during large-scale bioreactor operations due to oxygen gradients. High protein productivity was associated with increased cellular machinery for protein transport and secretion in conjunction with decreased epigenetic repression in bench-top bioreactor cultivation. Metal ions could improve cell growth and protein production under hypoxia and this condition could be mimicked in small-scale bioreactors to facilitate cell culture process scale-up.