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

Význam tématu

Analýza metabolismu hostitelských buněk produkujících protilátky je klíčová pro optimalizaci bioprodukčních procesů. Současná potřeba zahrnout jak organické, tak anorganické složky kultivačního média umožňuje komplexní pohled na interakce živin a metabolitů, které ovlivňují růst buněk a kvalitu cílového produktu.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo sledovat časový vývoj 144 organických metabolitů a 9 stopových prvků v kultivačním médiu a supernatantu CHL-YN buněčné linie pomocí kombinace LC-MS/MS a ICP-MS. Na základě získaných dat byly identifikovány klíčové komponenty a metabolické dráhy spojené se specifickou rychlostí produkce protilátek.

Použitá instrumentace

• Liquid Chromatograph-Mass Spectrometer LCMS-8060NX s autosamplerem Nexera X3
• LC/MS/MS Method Package for Cell Culture Profiling Ver. 3
• Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer ICPMS-2030 podle Application News 01-00372

Použitá metodika

CHL-YN buňky byly kultivovány při 37 °C, 5 % CO₂ a 80 % vlhkosti za 90 rpm míchání. Supernatant se odebíral každých 24 hodin (n=3 biologické replikáty). Pro LC-MS/MS se vzorky zbavily proteinů sedimentací a filtrace, pro ICP-MS se diluovaly v 1 % HNO₃.

Hlavní výsledky a diskuse

Časové profily ukázaly:

• U některých aminokyselin (Asparagin, Arginin, Methionin) docházelo k postupné depleci ve zralé fázi kultivace.
• Některé organické kyseliny (kyselina mléčná, sukcinát) přecházely z konzumace k sekreci, což naznačuje změnu energetického metabolismu.
• ICP-MS data odhalila selektivní odběr stopových prvků (Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Se, Zn) s rozdílnou kinetikou uptake.

Korelační analýza (|r|>0,5, FDR<0,05) prokázala významné pozitivní vazby mezi specifickou produkcí protilátek a množstvím vybraných metabolitů i kovů. Enrichment analýza zvýraznila glutathionovou metabolickou dráhu a močovinový cyklus jako klíčové pro produkci protilátek.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé a oddělené stanovení širokého spektra organických a anorganických složek s jednoduchou přípravou vzorků. Výsledky přispívají k optimalizaci doplňování média a designu bioprocesů s cílem maximalizovat výtěžnost a konzistentní kvalitu protilátek.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je integrace dat do multi-omics přístupů zahrnujících proteomiku a transcriptomiku, vývoj real-time monitorovacích technologií pro řízení bioreaktorů a aplikace AI pro predikci optimálních podmínek kultivace. Rozšíření na jiné buněčné linie a adaptace metodiky pro kontinuální kultivaci představuje perspektivu pro průmyslové nasazení.

Závěr

Kombinované použití LC-MS/MS a ICP-MS poskytuje ucelený pohled na metabolické změny v kultivačním médiu buněk produkujících protilátky. Identifikace klíčových metabolitů a drah usnadní optimalizaci živinových strategií a podpoří vývoj efektivnějších bioprodukčních procesů.

Reference

1. Yamano-Adachi N. et al. Establishment of Fast-Growing Serum-Free Immortalised Cells from Chinese Hamster Lung Tissues for Biopharmaceutical Production. Sci Rep. 2020;10:17612.
2. Graham RJ, Bhatia H, Yoon S. Consequences of Trace Metal Variability and Supplementation on CHO Cell Culture Performance: A Review of Key Mechanisms and Considerations. Biotechnol Bioeng. 2019;116(12):3446–56.
3. Pang Z. et al. MetaboAnalyst 5.0: Narrowing the Gap between Raw Spectra and Functional Insights. Nucleic Acids Res. 2021;49(W1):W388–96.
4. MetaboAnalyst: https://www.metaboanalyst.ca/MetaboAnalyst/