喂养策略对 NISTCHO 细胞培养性能与产品质量的影响

为何给细胞喂养对现代药物至关重要

单克隆抗体是治疗癌症和免疫疾病的重要药物，大多数在大型的仓鼠细胞培养罐中制造。本研究提出了一个简单但重要的问题：随时间向这些细胞“喂”入糖和营养物质，会如何改变它们的生长表现以及它们制造的抗体的精细特征？研究者利用一种共享的社区细胞系 NISTCHO，展示了通过调整细胞的进食时间与内容，如何调控药物产量以及影响安全性和活性的微观糖修饰模式。

在瓶中培养药物工厂

团队使用了 NISTCHO，这是一种标准化的仓鼠细胞系，可生产名为 cNISTmAb 的模型抗体。由于许多实验室可以使用相同的细胞系，NISTCHO 正在成为比较生产方法的参考体系。在本研究中，作者进行了小规模的补料批次培养（fed-batch），细胞在大约十一天内生长，同时按计划补充新营养。他们测试了七种不同的喂养方案，这些方案在葡萄糖供应量、补料频率以及是否加入含半乳糖和锰的额外混合物（称为 Gal+）方面各不相同。

糖类供应如何影响生长与产量

葡萄糖作为主要能量来源，被证明是驱动细胞生长和抗体产量的最强因素。当每隔一天补充足够的葡萄糖时，细胞保持健康、达到较高的细胞密度，并产生最高的抗体滴度。当葡萄糖添加量减半时，培养物更早耗尽燃料，细胞数量迅速下降，抗体生产停止。另一种方案通过更频繁地添加较少量的葡萄糖来限制废物积累，但也降低了生产力，可能是因为糖浓度在细胞可高效利用的下限附近停留太久。

对抗体上糖链的精细调控

抗体带有小的糖链，这些糖链影响抗体在体内的半衰期以及与免疫系统的相互作用强度。研究者对这些糖进行了精确测量，并使用通常用于大数据集的统计工具。他们发现培养时间和喂养策略都塑造了糖谱。在所有条件下，后期样本显示出更多含有岩藻糖（fucose）的糖型，而缺少该糖的版本减少，这些变化可能降低某些免疫功能。加入 Gal+ 混合物稳定地增加了抗体糖链上的半乳糖含量，这一变化已知可增强某类免疫活性，同时不损害细胞生长。

糖峰对副反应的隐性影响

液相中的葡萄糖也可以通过非酶促反应直接附着到抗体上，这种反应称为糖基化修饰（glycation），会微妙地改变抗体性质并增加分析复杂度。研究表明，喂养频率和残余葡萄糖水平影响在快速生长期发生的糖基化修饰量。每日添加葡萄糖的策略在早期往往有更多被糖基化的抗体，可能因为培养基中剩余自由糖在更少细胞周围滞留。到培养结束时，这些差异缩小，且总体糖基化水平在所有策略中保持较低，约为 5%。

这对制造更好生物药的意义

综合来看，结果表明仅通过改变营养物质添加的方式和时间，就可以引导 NISTCHO 细胞所产抗体的数量与质量。高但受控的葡萄糖供应支持强劲的生产力，而 Gal+ 补充剂可靠地提高抗体糖链中的半乳糖含量，并在更节省条件下帮助细胞存活。由于 NISTCHO 是一个公共参考体系，这些发现为药企和研究者提供了一个共享的路线图，便于调整喂养策略以精细控制抗体的糖修饰模式，同时将不良变化如过量岩藻糖化和糖基化修饰控制在可接受范围内。

引用: Schäpertöns, V., Hofer, L., Berger, T. et al. Effects of feeding strategies on culture performance and product quality in NISTCHO. npj Syst Biol Appl 12, 67 (2026). https://doi.org/10.1038/s41540-026-00686-3

关键词: 单克隆抗体生产, CHO 细胞培养, 糖基化, 生物工艺喂养策略, NISTCHO