多种因素都可能会影响CHO细胞静置培养
1.首先细胞培养基和细胞株是关键。
2.血清的问题:我一直以为在筛选的时候,最好不要加血清进行培养。但跟某评审老师聊过后,发现FDA认为血清可以加,但是得确认来源(比如禁止来自疯牛病地区的血清)。但是否会因为加了血清之后,需要做额外的验证,有待核实。
3. 细胞培养板的问题:如下截图,来自于澳大利亚CSL公司Arna Andrew的ppt,可以看到不同品牌和型号的96孔板会体现出完全不同的细胞存活、生长以及迁移的情况。这一点上,可能国内只有少数公司做过这方面的测试。当然,这个材料只是为了说明在不同的培养板中,细胞状态可能会不一样,具体选择何种细胞板,跟细胞株是直接相关的。
4. 培养体积:384孔板的克隆形成率会高于96孔板,可见孔内的培养液体积也会影响细胞的生长与增殖。可以考虑比常规384孔板更小体积的半孔板,然后中途补液。只是,铺板的实验人员会比较辛苦,384孔板太难加样了。。。
由于工作关系,常接触到一线的细胞株开发实验人员,有机会了解到各种各样的情况,有常见的,也有稀奇古怪的。养细胞是个累人的活,所以一直想整理一下,或许是某些实验人员正遇到或者将来会遇到的问题,希望能多提供一些思路。
1.细胞铺板后不能正常增殖:常见。
在细胞状态没问题的情况下,应该优先考虑培养基配方(比如适量添加克隆培养基或条件培养基)。遇到比较多的是,在静置培养的时候,直接使用摇瓶的基础培养基来做细胞板培养。静置培养通常是在进行细胞克隆挑选时进行,通常单个孔内只会有一个细胞或少数几个细胞,这与摇瓶按百分比来接种很不一样,细胞因子的水平差距巨大。因此,在静置的细胞板培养时,建议有条件做个预实验,找到合适的克隆培养基品牌和添加比例,确定好了以后,再进行正式的克隆项目。
2.细胞在板内大范围迁移:较常见。
理论上讲,CHO细胞本质是成纤维细胞,有贴壁的属性。只是大家都在悬浮培养它,却忽略了它本来就是种贴壁细胞,只是驯化成了可悬浮培养。通常,CHO细胞在板内是不会大范围迁移的(小范围是会的),出现大范围迁移的原因可能比较复杂,可能包括:1)培养基,如上面所述,添加克隆培养基可能会改善;2)培养箱的原因。这一点很多容易被忽视,比如培养箱紧挨着震动源(普遍的比如风机或生物安全柜),细胞处于长期的高频率微震动环境,会不断迁移;还有比如细胞培养箱没有水平放置,你会在7–9天开始看到细胞成规律性往一个方向跑,这种情况要去核实一下培养箱内的不锈钢平台架是否水平;3)取放过程中不注意,大幅晃动,尤其是上下颠动了培养液,这种会导致细胞被搅动起来再重新沉底,也会造成迁移;4)在培养箱内放置摇床,有实验室由于摇床不够用或者培养条件不一样,为省事或者没办法,将摇瓶和摇床放到培养箱里面进行培养,也会导致在箱体内的板内细胞大范围迁移。
3.摇床与培养箱错用:少见。
摇床主要用于摇瓶(带密封透气盖),而培养箱是专门用于培养板或培养皿;摇床基本上没有湿度控制,而培养箱是有专门的加湿盘来确保箱体内的饱和湿度;另外,由于摇床用于带盖的摇瓶,需大量的通气来确保摇瓶内的气体交换,培养板放置于摇床内,会导致剧烈蒸发。摇床和培养箱用途和设计都大不一样,不可混用、错用。
4.排枪铺板的方式:常见。
经常发现在铺板后,大多数细胞都是贴靠在孔内壁边缘,导致不好观察克隆生长。有一些经验显示,这通常都是由于实验人员为省力,将tips头依靠在孔上进行加液,液体注入进孔内后,形成涡旋,导致细胞被甩向孔壁。采用悬空、垂直加液会大幅降低这种情况出现的概率。当然,铺板的人会比较辛苦,尤其是一铺就是几十块板的时候。
5.96孔板和384孔板有差异:常见。
从目前国内客户情况看,绝大多数客户都是采用96孔板来进行克隆筛选。通常来说,两者并无太大差别,但对一些情况,两者在实际使用中还是有些不同的。384孔板由于体系小(通常不超过80μl培养基),更有利于单克隆细胞生长起来,但铺板更辛苦。如果有遇到克隆难生长的情况,可以考虑384孔板,可以在长到不超过10天的时候,进行转板,扩至96孔板。
6. 铺板浓度不准:常见。
现在大家都知道铺板浓度最好是<0.5个cell/well。但我们发现,在实际铺板操作中,常出现实际浓度明显高于或者低于该浓度。所以提醒实验人员:1.一定争取找个计数准确的细胞计数仪或计数方法;2.铺板的时候注意过一会就吹打一下Tank里面的细胞液,让沉下去的细胞再悬浮起来;3. 出于谨慎考虑,可以采用更低的铺板浓度如0.3个cell/well,来降低实际铺板浓度高于0.5个cell/well的可能性。
7.错用U或V底细胞板:少见。
绝大多数客户都是采用平底细胞板。但也遇到过使用锥底或者U底板的情况,诚恳建议客户尽量不要采用这些板型来进行CHO的细胞系开发,如果只是应用研究或者发发paper应该还好。这种情况通常出现在克隆比较难长成的实验室,为了提高克隆形成率,U或V底板效果会好一些。但实际情况是,往往这种长起来的克隆都是混合克隆。对于单个细胞,平底板与U或V底板的形成率,并无明显差别。因此,从细胞单克隆性来考虑,尽量不要使用这类板型。
8.假冒伪劣细胞板:常见。
目前应用细胞系开发的细胞板品牌,绝大多数为进口品牌。某些不良商家甚至厂商人员为了利润,掺入甚至全部是假、仿冒、残次的细胞板。这类细胞板在实际使用过程中,经常很难被发现,有个客户甚至用了几年都没觉得有什么问题。但我们在做DEMO过程中,经常遇到这种问题,在设备拍出的高精度照片底下,可以清楚地看到这类细胞板与原厂的板子差别非常大。
提问1:细胞孔内迁移
您好,请问这个问题应该如何避免呢?我现在也遇见这个问题了。养的是CHO细胞,之前用同样的96孔板子和培养基都没出现这个问题,但是这一次有限稀释的细胞,经细胞成像仪扫描发现,细胞移动的太快了,前一天还在最低端,第二天就跑到中间或者上面去了。
pk1206(彭锟老师):
就您碰到的细胞经常大范围移动的情况:如果排除实验环境和设备的因素,我建议尝试用商品化的克隆培养基,一些大品牌如Sigma,Thermo应该都有,有的是写做Cloning Medium或者Conditioning Medium。
如之前提到,个人经验,细胞的大范围移动很多都跟培养基直接相关。关于静置培养或克隆培养使用商品化的克隆培养基,主要有两种观点,各有道理:
1.认为:反正进入摇瓶或者发酵罐培养后,培养基配方肯定会进行优化和调整,所以在静置或克隆培养时,使用何种培养基对后续的优化并不会产生太大影响,因此,直接使用商品化培养基来进行克隆培养。
2.认为:由于进入摇瓶或者发酵罐中后,所使用的培养基的营养成分会相对贫乏一些,如果在克隆培养条件下使用营养成分丰富的培养基,有导致转入摇瓶或发酵罐后生长出现问题的可能,应尽量降低商品化培养基使用的浓度或者比例。
具体情况,需要实验者根据实际情况来进行考量。比较好的方式:预实验,摸摸实验条件。采用空载CHO细胞,找不同品牌的克隆培养基、安排不同克隆培养基与CD CHO或Forti CHO浓度比率,来找到比较适合的克隆培养配方。在商品化培养基基础上,再摸条件、优化会简单很多。
克隆筛选的静置培养与振荡或者发酵罐搅拌培养相比,除了通气、搅拌等条件不一样以外,很重要的一点是接种比例。克隆筛选的静置培养要求孔内的细胞有且只有1个,导致细胞难以存活(可能是细胞因子丰度问题),为了后期克隆的筛选效率,优化出一个具有良好的单细胞存活率的克隆培养基是非常有必要的。
提问2:克隆pool的培养基以及培养基成分
克隆培养基的实验条件摸索应该采用空载CHO细胞, 是否可以使用stable pool?不同的商品化克隆培养基应该和CD CHO 或Fotri CHO 培养基按照不同比例配比作为克隆培养基吗?对2认为的观点,培养基营养成分相对贫乏导致生长出现问题的可能性,这个一般要如何确认呢?
pk1206(彭锟老师):
当然可以采用pool来做,空载CHO优化得到的培养基可以作为未来项目中的核心成分,实际操作中,不同项目细胞的培养条件可能会有一些差异,但差异一般不会太大(不排除一些特例)。通常情况下,大家都是先得到空载CHO,然后再开始项目,所以从流程上来说,可以先用空载先优化,再随着项目进展,逐步推进优化。直接用pool做也没任何问题。
CD CHO或者Forti CHO是实验室做CHO细胞最常规的培养基了,转染用、摇瓶用,当然也可以用于克隆培养。但普遍情况下,还是专门针对克隆培养/静置培养做一些优化比较好。比如Thermo的CHO–S在CD–CHO的静置培养下,还可以(有些实验室做的这个体系也不一定好),其他的就未必了。
条件培养基的问题:条件培养基通常指经细胞培养后的培养基上清,经离心过滤除菌后作为培养基添加剂使用,目的在于提高培养基中的细胞因子丰度,利于细胞存活生长。但制备条件培养基需要注意:1. 条件培养基的制备最好与基础培养基来源一致,即如果用Thermo的CD CHO做克隆培养,那么条件培养基也应该用同一种培养基制备;2. 条件培养基制备的时候,细胞培养时间不宜过长;3. 条件培养基添加比例不宜过高。条件培养基是经过细胞培养和消耗过的上清,尽管增加了细胞因子,但营养成分也大幅降低,过高的浓度或者培养时间过长,都会导致后期克隆板中的细胞因为营养成分不足导致死亡,或会导致克隆团形成到一定阶段后,不再继续增殖长大。
Solentim近期开发了InstiGRO系列培养基添加剂,可以大幅提高细胞存活比率,从而改善克隆过程中细胞存活导致效率低下的问题。有兴趣的可以查看之前公众号文章介绍:
提问3:单克隆影像证据中的细胞增殖
万一拍到的细胞是1变3,甚至1变4能作为证据吗?要知道有时候细胞增殖不是那么规律啊!
pk1206(彭锟老师)
首先强调一点:最严谨的当然是1–2–4的细胞影像规律,其他的类型不能说不可以(具体要看评审的观点),但确实可能会有一些被挑战的风险。
一般来说,我们假设CHO是24h倍增,但考虑到几个情况:1. 实际CHO的倍增可能超过或者低于24h,尤其是CHO–S,倍增时间可能低于20h;2. 接种的细胞可能本身就处于即将分裂的状态,进入孔板后,可能很快就分裂了;3. 细胞状态不好,恢复时间较长,可能前面24h都不进行分裂。
如上情况,都可能出现。通常在实验室实际操作过程中,出于严谨考量,这类细胞/单克隆孔归入备选里面去较好。如确实要选择这类孔,需注意进行相关的数据收集。
就我们目前碰到的情况,如果宿主系统稳定的话,其实更准确地控制扫描间隔时间,是可以避开1变3或者1变4的这种情况。我们通常认为24h拍摄,都是假设了宿主细胞CHO是24h分裂,如果确认了您实验室的宿主系统并不是这样的倍增,完全可以考虑按实际倍增情况去安排扫描间隔时间。
我们在实际操作过程中还发现了一种更为普遍的情况:Day0即看到两个挨很近的细胞。对CHO–S这种比例比CHO–K1更高。经我们VIPS铺板(如下简介)操作发现,导致这种情况主要是因为沉底条件,在沉底过程中,如果时间比较长(如3小时),会有部分单克隆细胞进入分裂状态,直接变成了2个细胞,但其实其入孔的时候是单个的。在3h沉底条件下,某些极端的CHO–S细胞,这个比率能达到20%以上。在采用LD的方式时,这种细胞孔都不能作为候选。
现在有一种比较先进的铺板系统,Solentim的VIPS,这个仪器可以在细胞进入板的瞬间就完成拍照。VIPS通过纳升(nl)级别的细胞液滴进行铺板,液滴进入微孔板后,立刻对液滴进行拍照,从而在铺板时,即可知道您的项目所铺设的板子里面有多少单克隆孔(通过评估细胞存活的情况,也完全可以预估出能有多少单克隆团)。对于细胞株克隆筛选而言,VIPS会有几个优点:
1. 如园友所言,当中意的候选细胞孔出现1变3或者4的情况时,如果能拿到铺板时细胞入孔的液滴影像来确认其是单个细胞,那么就不会有任何争议了。
2. 可以大幅降低克隆所需要的铺板数量。常规的有限稀释,由于概率分布,一块板会出现60个以上的孔无细胞,VIPS会充分利用这些无细胞孔,大幅提升单克隆细胞孔的比率。通常可以达到80%以上。这样就可以大幅降低所需要的铺板数量。假设细胞存活不变:传统有限稀释40块板,能获得400个单克隆孔(每板单克隆孔20个,长出克隆团的有一半,10个);采用VIPs可能只需要10块板(每板80个单克隆孔,存活一半即40个)。
这一点很重要,以前采用流式方式来铺板,主要的目的也是想解决铺板数量的问题,但流式对细胞伤害很大。此外,如果想采用单克隆影像拍照的方式,如果铺板数量太高,扫描所消耗的时间就会多到难以承受。
3. 不同于其他高效铺板工具,VIPS提供的是细胞入孔以后的影像(而非流路影像),因此可以提供细胞单克隆影像更为强有力的证据信息。如果其与Cell Metric结合起来使用,细胞株的单克隆性概率会大幅提升。目前,我们和我们的客户也在与FDA沟通和做一些验证:是否可以在铺板时候确认了单克隆后,后续的Cell Metric扫描次数、间隔就可以降低,甚至可以不用Cell Metric单克隆扫描?
4. 国内VIPS已经有十几台装机并投入项目使用了。目前了解下来看,细胞存活与有限稀释无明显差别,完全不用担心会额外造成细胞损伤的问题。