作者：Kimberly Curtis、Kim Rawlins、Zhou Jiang 和 Peggy Lio
引言
生物工艺开发中越来越多地采用平台化方法来加快项目时间线并加速上市。平台化细胞培养基是平台化生物工艺的关键要素，通常使用多个代表性克隆开发，旨在在所有克隆中产生最佳和平衡的结果。平台化培养基利用分子之间的相似性，通过培养基筛选和优化可以获得节省成本和时间的优势。然而，平台化培养基可能无法使单个克隆培养实现最佳性能。为了更好地理解平台化培养基的这种局限性，帮助确定培养基策略，我们评估了平台化培养基和使用内部模型 CHO 克隆开发的优化特异性克隆培养基之间性能的定量差异。
实验方法
模拟细胞培养基开发
使用三个模型 CHO 克隆分别进行平台化和特异性克隆培养基开发（图 1）。使用简单流加批次培养的三个 CHO 克隆对六种基础培养基（ActiPro™ 培养基、NP1、NP2、NP3、NP4 和 NP5）进行初始筛选。选择在所有三种克隆中表现出最高 VCD 和滴度的前三种基础培养基，根据培养基混合物实验设计 (DoE) 设计构建 10 个原型。通过简单流加批次培养过，用这三种克隆评价 10 个原型的细胞生长、生产率和代谢物。
确定最佳平台化和特异性克隆培养基组成
使用来自基础培养基筛选的 VCD 和滴度结果生成混合物特征图，用来预测最佳平台化和特异性克隆培养基的组成。简言之，使用标准最小二乘拟合评价混合物实验设计 (DoE) 设计模型，其中滴度加权为 0.8，VCD 加权为 0.2。使用滴度和 VCD 预测公式创建三元图，用来显示平台化和特异性克隆条件下理想的培养基组成。通过简单流加批次培养，使用三种克隆实验证实了平台化相比特异性克隆培养基组成的理论性能。
图 1. 模型 CHO 克隆的谱系。
CHO 克隆显示各基础培养基原型具有不同 VCD 和滴度
初始基础培养基筛选表明，每种克隆达到的峰活细胞密度 (VCD) 和滴度归因于不同的原型培养基，这说明由于培养基组成不同，克隆细胞的细胞培养性能也不同。分别使用基础培养基 NP1、NP4 和 NP3 使克隆 11-8、11-11 和 12-5 达到峰 VCD（图 2A）。 克隆 11-8 和 11-11 使用基础培养基 NP2 达到峰滴度；而克隆 12-5 则使用 NP4 达到峰滴度（图 2B）。使用混合物组合进一步评价了所有克隆的前三个基础培养基原型（NP1、NP2 和 NP4）（参见下文）。
(A)
(B)
图 2. CHO 克隆 11-8、11-11 和 12-5 的基础培养基原型的峰 VCD (A) 和峰滴度 (B) 排序。利用混合物实验设计 (DoE) 中进一步优化了所有克隆使用的前三个基础培养基（NP1、NP2 和 NP4）。
利用混合物实验设计 (DoE) 确定最佳平台化和特异性克隆培养基组成
通过混合物 DoE 确定了 NP1、NP2 和 NP4 的十种基础培养基组合，并使用三种 CHO 克隆通过简单流加批次培养进行性能评价。使用 VCD 和滴度结果对使用 NP1、NP2 和 NP4 任何组合的细胞培养性能进行统计预测。使用三元图（图 3）显示这些原型组合的预测可取性（主要针对最高滴度进行了加权处理）。预测使每种克隆达到最高滴度所使用的唯一的特异性克隆基础培养基组成（图 3A）。例如，预测使克隆 11-8 达到最高峰滴所使用的基础培养基组成为 44% NP1 和 56% NP2，而使用纯 NP2 可使克隆 11-11 达到最高峰滴度。预测使克隆 12-5 达到最高滴度所使用的基础培养基组成为 33% NP1、4% NP2 和 63% NP4。
预测使所有三种克隆具有均衡结果的平台化培养基组成，各成分比例分别为 20% NP1、65% NP2 和 14% NP4（图 3B）。与特异性克隆基础培养基相比，预测平台化基础培养基使各种克隆的平均滴度降低 10%。
(A)
(B)
图 3. 根据混合物实验设计 (DoE) 的最大可取性预测的最佳特异性克隆 (A) 和平台化 (B) 基础培养基组成。在各种克隆中，预测通过平台化基础培养基条件获得的平均滴度比特异性克隆培养基条件获得的平均滴度低 10%。
实验比较显示，使用平台化培养基与使用特异性克隆培养基相比，滴度降低 10%
通过实验评价混合物实验设计 (DoE) 模型中预测的具有最高可取性的特异性克隆培养基和平台化培养基的最佳组成。三种克隆各自使用特异性克隆培养基和整体最具可取性的平台化培养基组成进行培养，采用简单的流加批次模式培养，并监测生长和滴度。所有克隆使用特异性克隆培养基和平台化培养基的峰 VCD 相当，其中克隆 11-11 使用平台化培养基时的 VCD 略高（图 4A）。在克隆 11-8 和 12-5 中，特异性克隆培养基的峰滴度平均高 10%（图 4B），该差异接近使用模型预测的差异。对于克隆 11-11，虽然与特异性克隆培养基相比平台化培养基的滴度升高了 5%（图 4B），但两种培养基组成均在该克隆的最高预测可取性范围内（图 3）。
(A)
(B)
图 4. 特异性克隆培养基与平台化培养基的实验比较显示三种 CHO 克隆的峰 VCD (A) 和峰滴度 (B) 存在差异。在这三种克隆中，有两种克隆使用平台化培养基时滴度降低，平台化培养基和特异性克隆培养基之间的差异高达 10%。
结论
- 使各 CHO 克隆达到最高 VCD 和滴度的基础培养基存在差异，并与这些克隆是否来自同一转染事件无关。
- 使用混合物实验设计 (DoE) 模型预测了每一种克隆获得最高可取性时的唯一的基础培养基组成。与特异性克隆培养基相比，预测平台化培养基的滴度平均降低 10%。
- 实验比较显示，在测试的三种克隆中，有两种克隆使用特异性克隆培养基时滴度平均升高 10%（表 1）。与使用平台化培养基相比，克隆 11-11 使用克隆特异性培养基没有显示出优势，其原因是培养基组成的重叠会产生较高的可取性
| 预测值 （滴度变化 %） |
实际值 （滴度变化 %） |
|
|---|---|---|
| 克隆 11-8 | 7.14% | 10.26% |
| 克隆 11-11 | 0.00% | -5.30% |
| 克隆 12-5 | 12.50% | 9.55% |
表 1. 三种 CHO 克隆使用特异性克隆培养基与平台化基础培养基比较模型预测和实验测定的滴度百分比变化。