Development of Fortified Chemically Defined Serum-free Media for CHO Cell Culture = CHO 세포 배양을 위한 강화된 화학적 정의 무혈청 배지의 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chinese hamster ovary (CHO) cells are important host cells in the biopharmaceutical market for producing recombinant protein. To meet the increasing demand on therapeutic proteins, it is necessary to develop cell culture media for supporting high cell density and high productivity. Because of good reproducibility and low risk of contamination, chemically defined media (CDM) is substituted for serum-containing media in biopharmaceutical industry. However, CDM has some limits that are hard to maintain high cell density as serum-containing media and unable to apply various cell lines.
In this study, we showed the development process of fortifying in-house CDM by grouping medium components, identifying key groups, and optimizing the concentration of key groups. Through, the grouping and screening of the groups, inorganic salts/trace elements group and vitamins group were determined as essentialgroups in the current in-house CDM. And then, the concentration of these two groups were adjusted for deciding the optimal concentration. As a result, maximal cell density and IFN-β concentration were increased by 1.7-fold and 10.7-fold respectively in recombinant cell line based on CHO-S cells compared to the control culture. Also, maximal cell density and IgG concentration were enhanced by 2.4-fold and 3.1-fold
respectively in recombinant cell line based on CHO-DG44 cells compared to SJ-CDM 3.0.
Taken together, these results indicated that optimization of medium components and understanding of interactions among medium components were important to develop the fortified medium for supporting high cell density and high productivity. Also, the grouping strategy was an effective method to simultaneously optimized media components for developing CDM.

국문 초록 (Abstract)

CHO 세포는 바이오 의약품 시장에서 재조합 단백질을 생산하기 위해 사용되는 중요한 숙주 세포이다. 점점 더 증가하고 있는 단백질 의약품에 대한 수요를 충족시키기 위해서는, 높은 세포 성장과 단백질 생산을 보장할 수 있는 세포 배양 배지의 개발이 필요하다. 상대적으로 높은 재현성과 오염에 대한 안전성 때문에, 바이오 의약품 산업에서는 혈청을 포함하고 있는 배지를 화학적으로 규명된 배지(CDM)로 대체하고 있다. 그러나, 화학적으로 규명된 배지는 혈청이 포함된 배지에 비해 높은 세포 밀도를 유지하기가 힘들고 다양한 세포주에 적용시키기가 어렵다는 한계점이 존재한다.
이 연구에서는 배지 성분을 그룹화하고, 주요 그룹을 분석, 그리고 선별된 그룹의 농도를 최적화함으로써, 기존의 배지를 강화화는 일련의 개발 과정을 보여주고 있다. 배지 성분을 그룹화하고 그룹을 선별하는 과정을 통해서, inorganic salts/trace elements 그룹과 vitamins 그룹이 현재의 배지에서 주요한 인자라는 것을 확인했다. 그 후, 최적 농도를 찾기 위해서 두 그룹의 농도를 조절하였다. 그 결과로, 기존의 배지에 비해 강화된 배지에서는 CHO-S 기반의 Z3 재조합 세포는 각각 최대 세포 농도는 1.7배, IFNβ 농도는 10.7배 증가했고, CHO-DG44 기반의 DNP001 재조합 세포에서는 최대 세포 농도는 2.4배, IgG 농도는 3.1배 증가했다.
종합하자면, 이러한 일련의 결과들은 배지 성분을 최적화하고 배지 성분 간의 관계를 파악하는 것이 높은 세포 농도와 생산성을 보장하는 강화된 배지 개발에 중요하다는 것을 보여준다. 또한, 본 실험에서 이용한 배지 성분 그룹화 전략은 배지를 개발하기 위해서, 동시에 배지 성분을 최적화하기 위해 사용될 수 있는 효과적인 방법인 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and methods 5
• 1. Cell lines and culture conditions 5
• 2. Cell culture media 6
• 3. Measurement of viable cell density and viability 6
• 4. Analysis of metabolism 6
• 5. Quantitative measurement of INF-β concentration 7
• 6. Quantitative measurement of recombinant human IgG concentration 7
• 7. Grouping of medium components 8
• Ⅲ. Results and discussion 9
• 1. Evaluation of SJ-CDM 3.0 compared to commercial CDM 9
• 2. Comparison of SJ-CDM 3.0 to 2X SJ-CDM 3.0 11
• 3. Identifying key groups in 2X SJ-CDM 3.0 13
• 3.1 Fortification of a single group 13
• 3.2 Combining inorganic salts/ trace elements group with other groups 20
• 3.3 Fortification of 2X (inorganic salts/trace elements group + vitamins group) with amino acids group or others group 27
• 4. Optimization of key groups 34
• Ⅳ. Conclusion 42
• Ⅴ. References 44
• 국 문 초 록 46