Culture Medium Analysis for a Metabolic Analysis of Antibody-Producing Cells Using LC-MS/MS and ICP-MS

Význam tématu

V produkci terapeutických protilátek je klíčové pochopit metabolismus hostitelských buněk a optimalizovat složení kultivačního média. Organické a anorganické složky se ve středí vzájemně ovlivňují a jejich dynamika přímo ovlivňuje jak rychlost kultivace, tak výtěžnost a kvalitu protilátek.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo simultánně kvantifikovat 144 organických látek a 9 anorganických prvků v médiu a supernatantu kultury buněk CHL-YN produkujících protilátky. Použity byly LC-MS/MS a ICP-MS k identifikaci klíčových metabolitů a drah spojených s produkcí protilátek.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu organických složek:

• Odstranění bílkovin z kultivačního roztoku (protein precipitation)
• LC-MS/MS: přístroj LCMS-8060NX (Nexera X3) s metodickým balíčkem Cell Culture Profiling Ver.3
• Vizualizace výsledků pomocí Multi-omics Analysis Package

Pro analýzu anorganických prvků:

• Ředění vzorků 1% HNO₃
• ICP-MS: přístroj ICPMS-2030 dle metody Application News 01-00372

Hlavní výsledky a diskuse

Organické složky:

• Z 144 sledovaných komponent bylo detekováno 74 v supernatantu.
• Pět aminokyselin (např. asparagin, arginin, methionin) vykázalo výrazné vyčerpání v pozdních fázích kultivace.
• Některé metabolity (laktát, sukcinát, taurine, putrescin, alanin) přecházely ze spotřeby do sekrece, což naznačuje změnu energetického a anaplerotického metabolismu.

Anorganické prvky:

• U sledovaných 9 kovů (Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Se, Zn) bylo prokázáno selektivní vstřebávání a různé kinetiky uptake.

Korelační analýza:

• K mixu org. a anorg. komponent s rychlostí produkce protilátky byly vybrány položky s |r|>0,5 a FDR<0,05 (např. selen, zinek, mangan).

Enrichment analýza:

• Signifikantně se uplatnily dráhy metabolismu glutathionu a močovinového cyklu.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje komplexní sledování metabolitů a stopových prvků v reálném čase, usnadňuje optimalizaci složení média a strategie přikrmování a podporuje výzkum nových hostitelských řad pro bioprodukci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace s genomickými a proteomickými přístupy, rozšíření panelu analyzovaných látek, miniaturizace a automatizace odběru vzorků, pokročilá datová analýza za pomoci strojového učení a zavedení technologií pro on-line monitorování.

Závěr

Simultánní analýza organických a anorganických složek pomocí LC-MS/MS a ICP-MS poskytuje cenné poznatky o metabolických reakcích a drahách spojených s produkcí protilátek. Tato komplexní datová sada umožňuje cílenou optimalizaci kultivačního procesu.

Reference

1) Yamano-Adachi N., Arishima R., Puriwat S., Omasa T. Establishment of Fast-Growing Serum-Free Immortalised Cells from Chinese Hamster Lung Tissues for Biopharmaceutical Production. Scientific Reports. 2020;10:17612.
2) Graham R.J., Bhatia H., Yoon S. Consequences of Trace Metal Variability and Supplementation on CHO Cell Culture Performance: A Review of Key Mechanisms and Considerations. Biotechnology and Bioengineering. 2019;116(12):3446–3456.
3) Pang Z., Chong J., Zhou G., Morais D.A.L., Chang L., Barrette M., Gauthier C., Jacques P.-É., Li S., Xia J. MetaboAnalyst 5.0: Narrowing the Gap between Raw Spectra and Functional Insights. Nucleic Acids Research. 2021;49(W1):W388–W396.
4) Shimadzu Application News 01-00372: Using ICPMS-2030 to analyze metal elements in culture media.