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SwiMR技术：新兴的抗体和蛋白高表达细胞株的筛选方式

前言

大分子生物制药市场近几年急速增长，已经突破千万亿大关。

2017年全球最畅销的10大药物中，大分子占8个，小分子只有2个，

因此大分子药物研发成为近几年各大药厂和资本追逐的重要领域。在

生物制药研发过程中，生产大分子药物的稳定细胞株的开发是整个药

物研发和生产中最重要的步骤，因此选择合适的细胞株开发的方法是

每一个生物药企需要仔细甄选的环节。

一．传统细胞株开发系统的局限性

传统的细胞株开发方法，有DHFR缺陷的CHO系统和GS-CHO

系统：

DHFR缺陷的CHO系统：以DG44细胞株为代表，这是一种二

•

氢叶酸还原酶（DHFR）缺陷型细胞，在缺乏次黄嘌呤-腺嘌呤（HT）

培养基中不能生长，当转入携带有DHFR的基因后可以生长，并且

DHFR可以被甲氨蝶呤（MTA）抑制，通过增加MTA的浓度、DHFR

基因的扩增，伴随着目的基因扩增，从而达到高表达细胞株的筛选。

•GS-CHO系统：分别以CHOK1SV为代表的谷氨酰胺合成酶存

在（低表达）的细胞和GS-KO为代表的谷氨酰胺合成酶敲除的细胞。

在CHOK1SV细胞中，在缺乏谷氨酰胺的培养基中生长缓慢，GS抑制

剂，L-氨基亚砜蛋氨酸（MethionineSulphoximineMSX），可用于

抑制内源性GS活性，只有转染了额外GS基因可以生存。因此同样可

以通过增加MSX的浓度，来增加GS基因的拷贝数同时伴随着目的基

因的拷贝数的增加，从而达到高表达细胞株的筛选。

DG44和CHOK1SV系统缺点：均是依靠基因拷贝数扩增的高表

•

达细胞株筛选方法，但加压筛选往往会带来细胞株不稳定的问题，在

去除筛选药物后，表达量可能会出现大幅的下降。高拷贝带来的高表

达经常会出现拷贝数丢失，而引起产量下降甚至丢失的问题。更有甚

者，在高选择压力情况下，会出现部分细胞株为适应高选择压力而出

现目的基因突变的问题。另外，对于DHFR系统，多轮的的加压筛选，

也带来了筛选周期过长的问题，一般需要长达6-12个月的筛选周期，

不能满足现代快速的药物开发需求。

如下图1、2分别展示了对DHFR系统、GS系统的稳定性评价的

数据[1-2]：

图1.对DHFR系统稳定性评价的数据[1]

图2.对GS系统稳定性评价的数据[2]

二．FACS是最有效的筛选方式

非加压筛选模式，即不是通过目的基因拷贝数增加来筛选高表达

细胞株的方式，必然是相对稳定的细胞株筛选方式。Lonza开发了

GS-KO系统，将谷氨酰胺合成酶的基因完全敲除，只有携带GS基因

的细胞在缺乏谷氨酰胺的培养基中生长，因此不需要MSX的加压筛选，

伴随GS基因表达的目的基因表达的细胞同时也能被筛选出来。在这种

方式中，GS基因仅作为筛选标记出现。其他筛选标记，如各种抗生素

筛选标记，也可以起到相同的作用。

然而对于这些非加压筛选模式，如何在众多的高低表达不同的细

胞群中，将高表达细胞株筛选出来，是一个很大的问题。各个厂家想

出了各种不同的高表达细胞株筛选方法，比如ClonePix以及类似的仪

器，但即使是借助这样的机器，通量上也不能做到很大（约1000）。

在所有高通量筛选细胞的方法中，FACS是最有效的筛选方式，FACS

每小时可以筛选10个细胞。

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如何才能利用FACS进行有效的细胞筛选呢？只有荧光标记能代表

目的基因表达量的时候，FACS才能对高表达细胞起到有效的筛选。近

年来，很多公司都想出不同的方式，利用FACS进行高表达细胞