技术干货 | Honest 细胞工厂通气调节策略解析

2023/11/03

人体内的气体交换大家肯定不陌生，节假日跑到空气清新的郊外吸吸氧，去环境优美的度假区放松下；仿佛身体的每个细胞都活跃起来，这个时刻人体不再只是一个整体，变成了细胞们的主场；如果我们把人体的肺泡比做在培养瓶或者细胞工厂中培养的细胞，那么每个细胞的气体交换将变的神秘而有趣，今天就由小编来简单解析下细胞培养过程中通气奥妙。

在细胞培养中最常监控的参数为pH值、溶解氧和CO2；其中最为关键的参数为pH值，因为在细胞的新陈代谢中酶的活性对pH值的变化非常敏感，细胞生长状态最大程度取决于培养环境是否保持正确的pH值。

一般细胞培养基的pH在7.0-7.4之间，是大部分细胞培养最适pH值。由于碳酸盐pH缓冲系统是一种生理pH缓冲系统（它是人体血液中最重要的pH缓冲系统），所以大多数培养液用它来保持稳定的pH。对大多数以碳酸盐作为pH缓冲系统的培养液而言，为了维持稳定的pH，培养箱中的二氧化碳需要维持在2-10%之间，以保持培养液中溶解的二氧化碳的浓度。同时细胞培养的器皿需要一定程度的透气，以便于气体的交换。

在细胞培养早期，培养器皿如细胞工厂/T 瓶等气相中需要提前充入适当CO2以应对早期细胞对于pH值的需求；而在培养中后期，细胞经过新陈代谢产生大量的CO2释放出来，便会导致培养基和气象中CO2含量过高，如何及时排除CO2又是另一大难题。

对于大规模生产，细胞培养对于O2的消耗速率很快。在细胞培养过程中，维持细胞正常生长的表面氧分压显著低于大气中氧分压，细胞生长的速度并不是与O2浓度成正比的，可参考下图。

Parrinello, S and Samper, E, Nature Cell Biol. Aug 2003, 5(8), 741-7

为了测试Honest细胞工厂是否满足细胞培养中的氧气需求，我们共测试八种细胞（CHO，VERO，MDBK，MDCK，MRC-5，HEK-293，L-929，HEL-299）在Honest CF10 细胞工厂中的生长情况，在37℃孵房，无气体交换的环境进行培养。结果显示最终细胞生长密度均在95%以上。该实验也进一步证实在细胞培养过程中对于氧气的需求量是明显低于大气中氧分压，细胞工厂气相中氧气也完全可以满足需求，一般不需要特别进行氧气供给。部分细胞生长情况可参考下图。