生产单克隆抗体的动物细胞无血清培养工艺研究进展.pdfVIP

生产单克隆抗体的动物细胞无血清培养工艺研究进展

自从20世纪90年代以来，全球生物制药研究得到快速发展，产生了抗体药物、基因

工程药物、诊断试剂、疫苗以及血液制品等五大类生物技术药物。目前每年都有300-500

种生物药进入临床试验，远远超过小分子化学药物的研发速度，是当前最活跃的医药研发

[1]

领域。近年来，通过动物细胞培养技术表达重组蛋白成为生物制药的主要发展趋势，其

中单克隆抗体类药物占重要地位，在医学研究及临床治疗中应用广泛，具有重要的社会意

义和经济价值。

1动物细胞培养生产单克隆抗体的研究概况

1.1动物细胞培养技术的发展

动物细胞体外培养从1885年Roux等人进行鸡胚胎组织培养开始，20世纪50年代人

类对病毒疫苗的大量需求促进人们大规模培养哺乳动物细胞，并开始生产工艺过程设计研

[2]

究。1975年B淋巴细胞杂交瘤技术的问世，以及后来的基因重组技术在生物制药中的应

用，分别掀起了动物细胞大规模培养技术研究的两次高潮，最终获得能够稳定表达重组蛋

[3]

白的哺乳动物细胞,使其在生命科学的各个领域中发挥着重要作用。

哺乳动物细胞具备完整的转录翻译系统，保证重组蛋白（特别是抗体）在表达过程中

准确进行复杂的翻译后修饰，包括多肽链的折叠、二硫键的形成、糖基化等，而正确进行

翻译后修饰是重组蛋白具有生物学活性的前提条件[4,5]。哺乳动物细胞表达的重组蛋白最接

近人源蛋白质，与天然蛋白有最大的相似性,使其成为蛋白类生物产品的理想宿主细胞。

早期的哺乳动物细胞系生产能力远比不上基因工程菌，但目前已有文献报道培养哺乳动物

细胞生产重组蛋白的最终浓度达到3-13g/L，生产能力大大提高[6,7]。总的来说，哺乳动

物细胞相对于生产重组蛋白的基因工程菌（不能进行糖基化等翻译后修饰的原核生物）仍

然具有优势，对于保证蛋白产品的质量具有重要意义。

1.2单克隆抗体药物的发展趋势和面临的问题

单克隆抗体有“生物导弹”之称，已经广泛应用于多个医学领域，包括疾病诊断，自

身免疫病和癌症的治疗。1997年以前，美国仅批准了2种治疗性单抗，而1997-2004年就

[8]

批准15种。单克隆抗体类药品在2009年成为国际医药市场最畅销的三大生物工程药物

之一（另外两种是肿瘤坏死因子抑制剂疫苗），年度销售总额突破400亿美元，占三大药

［９,１０］

物全球销售总额的40%，比2008年同比增长21.2%。

目前我国抗体药物主要依赖于进口，价格十分高昂，治疗乳腺癌的Herceptin,205mg/

支的价格大约为15000元人民币，治疗淋巴瘤的Rituxan，400mg/支的价格大约为21000

元人民币。另一方面，抗体药物的产能远远不能满足市场的需求。近年来国内单抗药物市

场发展迅速，已经实现了从基础研究到产业化的跨越。但与国际领先水平相比，国内的细

胞培养技术仍然存在较大差距，生产规模较小、产能较低，不能满足制药企业降低成本、

提高产能和经济性的诉求。因此，进一步优化细胞培养工艺、提高单克隆抗体产量具有重

要意义，如何通过优化细胞培养环境、调控和开发细胞生理状态、实现细胞培养过程的高

产率成为科研单位与制药企业的研究焦点。

1.3CHO细胞培养表达单克隆抗体简介

目前用于生产药用重组蛋白的哺乳动物细胞系主要是中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，另

外还有非洲绿猴肾细胞（Vero细胞）、人胚胎肾细胞（HEK），幼仓鼠肾细胞（BHK）、鼠骨

髓瘤细胞(NS0)等。1957年Puck与其同事建立的CHO细胞系,具有快速生长，容易转染，

容易适应无血清培养，可以准确进行复杂的转录后翻译，糖基化相对稳定，生产蛋白质药

物安全性强等优点[11]。经过最近二十多年的发展，中国仓鼠卵巢（CHO）细胞已经成为大

[7]

规模生产重组蛋白的最主要细胞系，至少占哺乳动物表达细胞的90%。截止2008年，经