无血清培养对于HEK293细胞的影响：从悬浮细胞建立和贴壁无血清适应到细胞生长和代谢变化探究

动物源血清通常作为培养基添加物用于细胞和组织的体外培养，最常用的血清是胎牛血清（FBS），其包含有生长因子、黏附因子、维生素、转铁蛋白、激素和微量元素等多种营养物质，可支持多种细胞的体外生长。然而，FBS的使用会造成较大批次间差异，病毒污染风险和引入不理想物质等问题。因此，理想中疫苗和治疗蛋白的生产应建立在无血清培养体系下。

人源细胞HEK293近年来被广泛地使用，不仅用于基础研究如蛋白质作用、信号转导研究，而且用于重组蛋白的生产和病毒载体等研究。HEK293是一个天然的贴壁细胞，其悬浮培养的应用也多有报道，但无血清培养和悬浮培养对其潜在的代谢影响研究较少。培养基对细胞代谢，表型和功能的影响逐渐受到关注。挪威科技大学Mi Jang团队在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology期刊上发表了题为：The impact of serum-free culture on HEK293 cells: From the establishment of suspension and adherent serum-free adaptation cultures to the investigation of growth and metabolic profiles的论文。

该论文描述了将HEK293细胞由血清培养转化到无血清培养，并悬浮驯化的过程，并探究了细胞在不同培养条件、不同驯化方式及不同表型下的代谢差异。

首先，研究人员使用Freestyle 293 表达培养基通过次序降血清法和直接降血清法（如下图所示）将HEK293适用于无血清培养基。当细胞聚合度达到70%时被依次传代，相邻适应过程的细胞被同时培养，一旦细胞活率低于80%则返回上一级驯化过程。细胞需要在无血清环境下传代3-5代以保证适应的稳定性。随后研究人员又将适应无血清培养的贴壁细胞逐步驯化为悬浮细胞。

无血清驯化过程中，当血清含量高于5%时，HEK-293仍保持其形态特征，随后细胞形态逐渐变圆，贴壁性减弱。无血清适应后随即进行悬浮适应，低速（80 rpm）摇瓶并加入抗结团剂驯化，超过三代适应后，细胞可呈单细胞悬浮生长。最终得到了5种培养体系：CGM血清培养组（CGM）、次序驯化贴壁组（Seq. ad）、次序驯化悬浮组（Seq. sus）、直接驯化贴壁组（Dir. ad）和直接驯化悬浮组（Dir. sus）。

胞内代谢物分析结果表明：悬浮细胞内代谢物的浓度通常低于贴壁细胞（亚甲基丁二酸和琥珀酸除外）。细胞在无血清培养基中乳酸盐的浓度较在血清培养基浓度较高，而氨基酸的浓度下降。代谢物分类结果表明：培养模式（贴壁细胞和悬浮细胞）相较于培养基类型有更大的代谢差异，适应过程造成的差异较小，仅Seq. sus组和Dir. sus组代谢上有轻微的差异。

综上所述，在无血清Freestyle293培养基下细胞的贴壁和悬浮培养体系被建立。贴壁细胞传统上被广泛使用在病毒生产和临床研究，悬浮生长是药用蛋白生产平台。在无血清培养基下不同培养体系的建立将适用于更广泛的应用场景。该适应过程可为其他无血清驯化提供参考。

 论文来源： http://dx.doi.org/10.3389/fbioe.2022.964397