一叶知秋 | CHO-K1细胞基因编辑全攻略【收藏】
2025-12-15
1. 细胞背景
在生物制药和基因功能研究领域，有一款“明星细胞” 常年占据 C 位 —— 它既能高效生产单克隆抗体，又能作为基因编辑的理想模型，它就是CHO-K1 （中国仓鼠卵巢癌）细胞。今天我们就从基础到进阶，聊聊 CHO-K1 细胞的 “前世今生”，以及让很多科研人头疼的基因敲除技术，新手也能轻松 get 核心要点！
2. 细胞描述
物种：仓鼠
组织：卵巢
细胞形态：上皮样细胞
细胞倍增时间：~16-20 hours
培养条件
完全培养基成分：DMEM/F12 培养基+10%FBS+ 1% 青霉素 - 链霉素
培养环境：37℃、5%CO2
传代比例：1：3~1：4
传代频次：2~3 天传代一次
细胞形态图片
图1 ATCC官网参考细胞形态图
为什么CHO 细胞既有贴壁款，又有悬浮款？
在养CHO 细胞时，很多人会疑惑：“同样是 CHO 细胞，为什么有的要贴在培养皿上生长，有的却能在培养基里飘着？” 其实，CHO细胞的贴壁与悬浮形态并非天生如此，而是细胞自身特性、实验室驯化与工业需求共同作用的结果。
野生型CHO 细胞，天生是 “贴壁派”。1957 年，科学家从中国仓鼠卵巢组织中分离出第一代 CHO 细胞（即野生型 CHO 细胞）时，它的 “出厂设置” 就是贴壁生长细胞，这和大多数哺乳动物体细胞的生长习性一致。原因很简单，哺乳动物体内的细胞（如卵巢细胞、皮肤细胞）原本就通过 “细胞外基质（ECM）” 附着在组织上，比如卵巢细胞会黏附在基底膜上获取营养和信号。体外培养时，野生型 CHO 细胞会本能地寻找附着点（如培养皿表面），通过细胞膜上的黏附分子（如整合素）与培养皿结合，形成单层细胞生长，这就是我们看到的“贴壁形态”，显微镜下呈上皮样、梭形或多边形，细胞间连接紧密。常见的是CHO-K1细胞。
图2 CHO-K1贴壁细胞形态图
20 世纪 70 年代后，CHO 细胞开始用于重组蛋白（如单克隆抗体）生产。但贴壁细胞有个致命缺点就是只能在培养皿、细胞工厂等 “平面载体” 上生长，产量受限于培养面积（比如 1 个 T175 培养瓶的产量远不能满足临床用药需求），大规模培养时，需要人工换液、消化，操作繁琐且易污染。
而悬浮细胞能在生物反应器（体积可达 2000-10000L）中高密度生长，不仅能通过搅拌均匀获取营养，还能自动化控制温度、溶氧、pH，大幅提升生产效率。悬浮 CHO 细胞是通过逐步适应和基因筛选得到的，核心是让细胞摆脱对附着点的依赖如常见的 CHO-S、CHO-DG44 悬浮株，在无血清培养基中达到 1×10⁷ cells/mL。
图3 CHO-S悬浮细胞形态图
3. 基因编辑案例
长期传代的CHO-K1 核型不稳定，可能出现染色体易位、拷贝数变异，导致靶点基因 “找不到” 或编辑后表型不稳定；野生型 CHO-K1 的 HDR 效率通常＜10%，比 HEK293 细胞低 3-5 倍极大增加了基因编辑（尤其是原位插入）的难度；CHO-K1 容易凋亡，病毒载体（如慢病毒）感染时，细胞易产生干扰素反应，抑制病毒整合。
针对这些问题，粒曼生物优化了细胞的转染条件及sgRNA设计方案，多克隆基因敲除效率可达100%。细胞基因敲除示例：
参考文献
1.Mulukutla BC, Kale J, Kalomeris T, Jacobs M, Hiller GW. Identification and control of novel growth inhibitors in fed-batch cultures of Chinese hamster ovary cells. Biotechnol Bioeng. 2017;114(8):1779–1790.
2.Walsh G. Biopharmaceutical benchmarks 2014. Nat Biotechnol. 2014;32(10):992–1000.
3.Lee N, Shin J, Park JH, Lee GM, Cho S, Cho BK. Targeted gene deletion using DNA-Free RNA-guided Cas9 nuclease accelerates adaptation of CHO cells to suspension culture. ACS Synth Biol. 2016;5(11):1211–1219. Usaj M, Zattelman L, Regev R, Shneyer BI, Wiesel-Motiuk N, Henn A. Overexpression and purification of human myosins from transiently and stably transfected suspension adapted HEK293SF-3F6 cells. Anal Biochem. 2018;558:19–27.Cost GJ, Freyvert Y, Vafiadis A, Santiago Y, Miller JC, Rebar E, et al. BAK and BAX deletion using zinc-finger nucleases yields apoptosis-resistant CHO cells. Biotechnol Bioeng. 2010;105(2):330–340.
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