核苷糖供體代謝網(wǎng)絡(luò)建模及其在單克隆抗體生產(chǎn)中的應(yīng)用探索.pdf

1、單克隆抗體(mAbs)藥物是當(dāng)前國際生物藥品市場上的銷量最高的藥物,其具有巨大的商業(yè)價(jià)值,但是由于對單抗生產(chǎn)過程反應(yīng)機(jī)理的不確定和生產(chǎn)工藝的不成熟,導(dǎo)致大批量體外生產(chǎn)單克隆抗體藥物需要耗費(fèi)大量的成本。核苷糖供體(NSDs)代謝網(wǎng)絡(luò)模型是單克隆抗體生產(chǎn)過程模型中的重要部分,主要因?yàn)楹塑仗菫樘腔磻?yīng)提供所需的單糖。建立準(zhǔn)確的NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)模型,有助于了解細(xì)胞內(nèi)部的反應(yīng)機(jī)理,進(jìn)一步對細(xì)胞代謝過程進(jìn)行定量分析。因此本文主要對NSDs

2、代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)理建模、特性分析以及對mAbs生產(chǎn)過程中的應(yīng)用問題進(jìn)行研究。
　　首先,針對NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)機(jī)理模型的計(jì)算機(jī)重建問題,本文在代謝網(wǎng)絡(luò)重建的基本原則下,重建了NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)圖并推導(dǎo)化學(xué)計(jì)量反應(yīng)式。根據(jù)每種酶的不同機(jī)制推導(dǎo)出60個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率,并對部分反應(yīng)速率進(jìn)行修改,從BRENDA數(shù)據(jù)庫獲得網(wǎng)絡(luò)模型的酶動(dòng)力學(xué)機(jī)制和動(dòng)力學(xué)參數(shù)?；诖x物動(dòng)態(tài)質(zhì)量守恒原則,通過60個(gè)速率方程推導(dǎo)出33個(gè)NSDs的動(dòng)態(tài)質(zhì)量平衡方程式,構(gòu)

3、建出完整的NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型,并進(jìn)行計(jì)算機(jī)重建。
　　其次,為保證NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性,需要對NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)與優(yōu)化。本文采用遺傳算法對酶的初始濃度、核苷糖供體的初始濃度和部分動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與預(yù)估。將基于優(yōu)化參數(shù)的NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)模型結(jié)果與網(wǎng)上獲取的公開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少,對比結(jié)果一定程度上說明了所建模型的可行性和準(zhǔn)確性。
　　最后,對mA

4、bs生產(chǎn)過程模型進(jìn)行分析并提出單抗生產(chǎn)過程的控制框架。通過對mAbs生產(chǎn)過程進(jìn)行分析,將mAbs生產(chǎn)分成三部分:體外細(xì)胞培養(yǎng)過程,核苷糖供體代謝過程,以及細(xì)胞內(nèi)的糖基化過程。構(gòu)建了細(xì)胞培養(yǎng)過程模型、并對其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化與模型校驗(yàn)。對NSDs代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制變量分析,將己糖和酶分別作為控制變量進(jìn)行分析,得到酶的初始濃度對四種NSDs的產(chǎn)量具有較大的影響,酶可以作為下一步研究的控制變量。最后,給出了單抗生產(chǎn)過程控制的基本框架,為后續(xù)工作指明方