概述
在多種用於異源蛋白表達的系統和培養模式中,治療性抗體藥物的產業化製備始終以哺乳動物細胞大規模培養製程為主。其中中國倉鼠卵巢(CHO)細胞是用於治療性單克隆抗體生產的主要宿主,2016 年至今獲批上市的治療性抗體藥物全部為CHO細胞來源。但是在目前占主導地位的饋料批次培養製程中CHO細胞的新陳代謝遠未達到理想和最優狀態,其培養製程的建立需要大量的專業知識以及製程優化和過程監控。培養過程中具有毒性和抑制生長的代謝產物的產生和積累,是造成這種情況的主要原因之一。
 在這些代謝產物中以乳酸和氨最具代表性,本文將就 CHO 細胞饋料批次培養中乳酸代謝的情況進行簡單整理,包括培養過程中乳酸的生成和消耗,乳酸代謝轉移發生的機制,影響和調控因素及其在製程開發中的應用。
 (一)饋料批次培養中 CHO 細胞的生長及糖代謝特點
體外培養 CHO 細胞的代謝通常以效率低下和次優為特點,特徵是高效率吸收培養基中的葡萄糖和穀氨醯胺等底物作為碳源和氮源。
 作為主要碳源的葡萄糖被細胞吸收並磷酸化為 6 磷酸葡萄糖(G6P),用於糖酵解生成三磷酸腺苷(ATP),還原型煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和丙酮酸。丙酮酸可以通過三羧酸迴圈徹底氧化為二氧化碳和水,釋放大量能量供細胞利用;也可以通過乳酸脫氫酶A(DHA)的作用與 NADH 的氧化一起轉化為乳酸。其中 35-70%的葡萄糖轉變為代謝廢物如乳酸,並對細胞培養性能發生不同程度的影響。
 CHO 細胞饋料批次培養中的生長通常可以分為三個主要階段,即以細胞密度大幅度增加為主的對數生長期,細胞密度趨於穩定的穩定期,以及細胞密度和活率持續下降的凋亡期。
 不同生長階段 CHO 細胞的代謝在很多方面會發生明顯變化,在這些代謝變化中乳酸從生成到消耗的轉移,是對饋料批次培養具有較大影響的是一個關鍵事件,與批次培養週期的延長、最終產物產量的提高等關係密切。
 
(二) CHO 細胞流饋料次培養中的乳酸代謝及其代謝轉移
乳酸是目前發現的 CHO 細胞培養中主要毒性代謝產物之一,可以引起培養環境的酸性變化,為了維持培養環境的酸堿恒定,需要通過補充鹼性物質對 pH 進行調節,而堿劑的補充則會引起滲透壓升高,抑制細胞生長,誘導細胞凋亡從而降低重組治療產品的生產率,某些情況下也會影響抗體產物的品質。
 饋料批次培養中乳酸代謝通常會分為兩個不同階段:
對數期
在細胞快速生長的對數期,葡萄糖通過不完全氧化代謝滿足細胞快速增殖中對 ATP和脂肪酸的需求,葡萄糖的快速消耗伴隨著乳酸的大量產生。
穩定期
隨著細胞由快速生長進入穩定期,乳酸由生成轉變為消耗。乳酸從生成到消耗的代謝轉變,通常可以作為饋料批次培養製程中細胞代謝效率的標誌。
目標蛋白的高表達量與細胞培養中後期乳酸的代謝轉移呈強烈的正相關。缺乏有效的代謝轉移調控手段,是導致製程可變性增加的主要因素之一。加強對乳酸代謝的理解對於基於哺乳動物細胞培養的生物製程具有重要指導意義。當細胞快速增殖被突然打斷,糖酵解通量降低,及細胞外乳酸濃度升高等外部條件都可以觸發這種代謝轉移的發生。
 
(三) 乳酸代謝及其代謝轉移的影響及調節因素
饋料批次培養中細胞代謝的影響因素及調節策略很多,包括遺傳水準的影響及干預,細胞培養基組分的影響及調節,補料策略及培養環境的理化因素等。
 
01遺傳水準的干預
從遺傳水準對哺乳動物細胞培養中的乳酸代謝進行干預,是指基於細胞培養中的代謝通量研究和轉錄組學、代謝組學的結果,利用基因工程手段對代謝通路中的關鍵酶,進行基因水準的調整,製備出代謝特性改善的宿主細胞系。
通過轉錄組學及代謝通量研究發現,代謝轉移時細胞能量代謝相關的酶下調,但是還不足以由此引起代謝轉移。細胞外的高乳酸濃度,可以抑制糖酵解途徑的關鍵酶磷酸果糖激酶的活性,降低糖酵解代謝通量,促進乳酸向丙酮酸的轉化。在培養的後期,糖酵解活性調節的AKT1和P53信號通路的轉錄水準發生變化。
● 以往針對乳酸代謝調整的細胞工程化加工,重點集中在宿主細胞的固有基因的調節。
包括降低細胞乳酸脫氫酶的表達水準,促進丙酮酸進入線粒體;通過細胞轉運器調節細胞利用葡萄糖或葡萄糖替代物的能力;部分抑制乳酸脫氫酶A的基因,降低乳酸的產生以及葡萄糖的消耗,從而改善細胞生長;同時調節乳酸脫氫酶和3-磷酸甘油脫氫酶活性,改善細胞生長和表達;增加丙酮酸脫氫酶激酶活性減少乳酸積累並增加抗體產量等等。
● 近年來開始嘗試在細胞中引入外源基因,對乳酸代謝特性進行調節。
例如重組酵母丙酮酸羧化酶(Recombinant yeast pyruvate carboxylase PYC2)。
研究發現,穩定表達外源 PYC2 的 CHO 細胞來源的單抗表達克隆,在培養中傾向于向乳酸消耗的顯著和系統性代謝轉變,可有效延長細胞培養的對數生長期,提高細胞峰密度,進而增加抗體產物的表達量,見圖 1。
即使在高葡萄糖水平下,表達PYC2的CHO細胞克隆,在饋料批次培養中也能保持高效的代謝特性,從而降低了在細胞培養製程中為了避免乳酸堆積,而不得不將葡萄糖濃度控制在較低水準的必要,而因此減輕了培養中維持低水準葡萄糖對抗體產品糖基化的潛在負面影響。
在DG44細胞中引入丙酮酸羧化酶(hPC)基因,也可以導致乳酸生成的減少。此外,抗細胞凋亡基因可顯著改變CHO細胞的乳酸代謝,誘導向乳酸消耗的代謝轉變,並使最終抗體產量提高。
圖 1 外源酵母丙酮酸羧化酶2(PYC2)陽性克隆乳酸代謝改善明顯
02細胞培養基成分及補料策略
用於 CHO 細胞培養的無血清培養基通常富含葡萄糖和穀氨醯胺,是支援細胞快速生長所必需的,與永生化細胞中底物的部分氧化的代謝特性相關。即使有足夠的氧氣供應,葡萄糖依然通過部分氧化轉化為乳酸,而不是完全氧化為 CO2 和 H2O。

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你是否還在為血清凍融問題所困擾!
未用完的解凍血清是否可以繼續凍存使用!!
多次凍融是否影響細胞生長和血清品質!!!
HyClone 通過科學的實驗資料
來為你“排憂解難”
材料與方法
選取任一批次 HyClone Cosmic Calf™Serum (加強型小牛血清-貨號:SH30413)和 HyClone Characterized Fetal Bovine Serum (澳洲優級胎牛血清-貨號:SH30084)用於此研究。
(1) 每個批次選取 5 瓶並標記1×到5×
(2) 瓶1×保持凍存狀態,瓶2×至 5×常溫解凍。
(3) 在解凍過程中,每 20-30分鐘混合操作一次。
(4) 待完全解凍後,立即於-20℃ 下重新凍存至隔夜。
(5) 瓶 3×至瓶 5×分別再進行1次、2次、3次凍融。
生長研究
選取 5 種細胞株,測定各個血清的培養性能。表 1 中列出了細胞株及基礎培養基的類型。所有的培養基需添加 10% 的待測血清。針對貼壁細胞,以1.0×104/cm² 的活細胞密度接種到 T25 培養瓶中(三個平行試驗)。當細胞融合率達到90%時,計數。若為懸浮細胞,以 8.0×103/mL 的活細胞密度接種到 T25 培養瓶中,從第三天開始,每天計數一次,直到細胞活率下降(培養條件:37℃ 5%CO2)。
生化分析
所有瓶裝血清樣品進行生化實驗測定,確定血清成分是否有明顯變化。
沉澱分析
比濁法測定樣品中的沉澱物,並通過肉眼檢測的方法判斷多次解凍/凍存是否會增加微粒物質的數量。
表1. 細胞及培養基類型
結果與討論
◉ 圖1到圖5是細胞生長的結果,細胞密度沒有明顯的變化。
◉ 血清生化分析結果(可向岑祥詢問),血清成分沒有明顯的變化。
◉ 濁度分析結果(表2)表明微粒物質的數量沒有明顯的變化。所有結果都經肉眼確認。
圖 1. MRC-5 細胞生長結果(DMEM +10% FBS(A)或加強型小牛血清(B))
圖 2. VERO 細胞生長結果(DMEM +10% FBS(A)或加強型小牛血清(B))
圖 3. CHO-K1 細胞生長結果(Ham’s F12 +10% FBS(A)或加強型小牛血清(B))
圖 4. FOX-NY 細胞生長結果(DMEM +10% FBS(A)或加強型小牛血清(B))
圖 5. Sp2/0-Ag14 細胞生長結果(DMEM +10% FBS(A) 或加強型小牛血清(B))
表 2. 血清濁度分析結果(多次解凍/凍存)
結論
經過 5 次解凍/凍存迴圈的血清在細胞生長性能、生化分析資料和濁度方面沒有明顯的變化,我們認為血清經多次解凍/凍存迴圈(可達5次)之後,不會影響細胞的生長。雖然測定資料顯示,經過多達 5 次解凍/凍存血清性能並未出現明顯的下降,但反復凍融會造成血清的沉澱增多,給後續處理帶來麻煩,我們建議血清的解凍/凍存次數越少越好。

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  HEK 293 轉化細胞廣泛用於病毒和蛋白質生產、細胞週期、基因表達、代謝作用、受體結合研究以及其他研究。HEK 293 細胞可以貼壁培養或懸浮培養。該上皮細胞系來源於原代人胚腎細胞,此類細胞由經剪切的 5 型腺病毒 DNA 轉化而成。轉化使細胞能夠通過大量傳代進行連續傳代培養,並引入有助於腺病毒生產的其他有利特性。
  • HEK 293 細胞的應用

  •   利用經剪切的 5 型腺病毒 DNA 進行的轉化過程使 HEK 293 細胞系對人腺病毒非常敏感,且接受腺病毒 DNA。傳統上難以培養和測定的腺病毒更易於使用 HEK 293 細胞進行培養。這種高度易感性可能是由於 HEK 293 細胞能夠表達出一種或多種 5 型腺病毒特異性產物,從而使其具有重要用途 。隨著病毒成為研究和基因工程的流行工具,HEK 293 細胞系也已在研究人員中普遍使用。某些基因治療應用利用重組病毒的感染能力。將這些病毒用作治療基因的載體,感染治療基因並將其整合到宿主細胞基因組中。這些病毒必須使用易感細胞系進行培養。圖 1 中出示了用攜帶綠色螢光蛋白 (GFP) 基因的重組腺病毒轉染後的 HEK 293 細胞。如圖所示,該標記基因在宿主細胞內得到表達,並且可通過螢光顯微鏡觀察。除使用病毒載體外,將核酸整合到宿主細胞內的其他方法包括電穿孔法、脂質體轉移法、磷酸鹽沉澱法和顯微注射法。這些方法中的大多數均與 HEK 293 細胞一併用於穩定或暫時性的基因表達。
     
    圖 1. 在 QBI-AdenoGFP 轉染後,懸浮培養 HEK 293 細胞。
  • 在HyClone培養基中培養 HEK 293 細胞

  •   儘管 HEK 293 細胞是自然貼壁細胞(圖2),但其可適應懸浮培養。HEK 293 細胞通常在方瓶、搖瓶、攪拌瓶反應器和生物反應器中以懸浮和微載體培養方式進行培養。因為這些細胞用途廣泛,所以 HEK 293 培養基開發人員宜考慮針對各種應用(如病毒和蛋白質生產或細胞轉導)優化培養基。圖3 中示出了在 HyClone 培養基以及在兩種含蛋白質的培養基中培養的 HEK 293細胞生長曲線。圖4 中示出了簡單的分批補料培養可通過使用 HyClone 來實現高細胞密度。
    圖 2. HEK 293 細胞貼壁培養
    圖3.使用 HyClone 培養基和含蛋白培養基在 125mL 錐形瓶中懸浮培養 HEK 293 細胞獲得的代表性生長曲線。
    圖4. 生長曲線示出了補料在標準分批和重複分批懸浮培養中使用無蛋白 HyClone 培養基和含蛋白培養基獲得的 HEK293 細胞密度的影響。通過每 24 小時更換所有培養基進行重複分批培養。
  • HyClone CDM4 HEK 293與SFM4Transfx-293介紹

  • 1. CDM4 HEK 293培養基
      HyClone CDM4 HEK 293 是一種化學成分限定的培養基,一種無蛋白和無動物源成分,可用於培養 HEK 293 細胞,支援懸浮細胞培養狀態下的高產率和細胞密度,進行病毒載體和重組蛋白生產。可提供液體或乾粉形式,對特定要求的工藝 CDM4 HEK 293 可提供定制配方和補料系統。

    主要特點包括:
    無動物原成分配方
    化學成分限定
    支援細胞高密度培養、重組蛋白高表達量
    和病毒載體高產量
    支援直接馴化和間接馴化
    按照 cGMP 要求採用藥典級別原料進行生產
      2. SFM4Transfx-293 轉染培養基
      HyClone SFM4Transfx-293 是一種無血清和無動物源成分的培養基,支持多種 HEK 293 細胞的懸浮培養,同時可促進 HEK 293 細胞的轉染,支援不同的轉染方式如脂質體、聚合物和電轉,獲得更高的轉染效率,高細胞密度和高蛋白產率,可用於慢病毒、AAV 等的暫時性轉染和病毒生產。可提供液體和乾粉形式,對特定要求的工藝 SFM4Transfx-293 可提供定制配方和補料系統。

    主要特點包括:
    無動物源成分配方
    支援不同的轉染方式,獲得高轉染效率
    可用於慢病毒、AAV 等的暫態轉染和病毒生產
    支援細胞高密度培養、重組蛋白高表達量
    和病毒載體高產量
    按照 cGMP 要求採用藥典級別原料進行生產

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    血清是血液凝固析出的淡黃色透明液體,是血漿去除纖維蛋白後的混合物,主要成分包括蛋白質、氨基酸、糖類、維生素和多肽(如生長因子、胰島素、促生長激素)等。血清是細胞培養過程中重要的營養物質,同時也對細胞起到一定的保護作用。
    纖維蛋白
    纖維蛋白肉眼可見的較大物質(可達1-2 mm)。血清是在低溫條件下收集並迅速加工處理,導致一些纖維蛋白原(纖維蛋白的前身)仍存在於溶液中。雖然過濾去除了絕大部分的纖維蛋白,但解凍過程中,纖維蛋白原會再次轉化成纖維蛋白析出,形成沉澱。
    磷酸鈣
    磷酸鈣一種常見的沉澱物,表現為雲狀。通過倒置顯微鏡觀察,會發現許多小黑點。由於布朗運動,這些黑點可自由移動,因此常備誤認為是微生物污染。
     
    少量的沉澱是血清解凍過程中的正常現象,過於澄清的血清並不代表更高的品質,也可能是「預老化」(加工過程中反復凍融盡可能的去除纖維蛋白原)的結果。雖然血清中的沉澱很難預測和阻止,但合理正確的儲存和使用方法可以降低血清中沉澱的析出,同時也可採取簡單的方式去除沉澱物。

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    流感病毒致病性強且傳播和變異迅速,是全球公認最嚴重的公共危害之一,不斷研發新型、高效的疫苗便是預防和控制當前要務。為了因應大量且快速的疫苗生產,灌流系統(Perfusion)透過開放式系統,搭載細胞截留裝置,提高並維持槽體內細胞密度,持續生產與放大目標產物。   根據研究顯示,在T-Flask通過新鮮的培養液置換(MR,Medium Replacement)能夠有效提高H1N1Gag virus-like particles、Hemagglutinin(HA)與Neuraminidase(NA)的濃度,進一步放大產程至生物反應器與BioSep聲波細胞分離系統,相對於Batch culture Gag-VLPs增加60倍、HA濃度增加17倍、NA濃度更增加70倍,整體產量大幅提升,並且維持槽體內細胞高存活率和生長狀態,可延長製程達10周以上。  
    不同於傳統以濾膜大小孔徑來進行培養液與細胞物理性分離方法,BioSep專為灌流系統所設計,採用定頻聲波分離技術,可分離不同粒子大小的物質,經由控制器產生聲場後在Chamber內形成駐波並形成高低壓帶,當細胞懸浮液通過時受到牽而引偏離中心高壓帶,而分布並截留至波峰與波谷的低壓區域,有效將Viable cell與細胞殘體分離高達95%以上,能有效的去除可能造成細胞毒性或對產物負面影響的代謝物,提升產物的品質和穩定性。   BioSep系統無槽體品牌的限制,可直接組裝於槽體上方,透過簡單的參數設定即可輕鬆放大產物,系統廣泛應用於各種Cell line與微生物抗體蛋白的產物收集,免除傳統方法的阻塞和耗材維護問題,同時幫實驗室解決空間、時間兩大煩惱,絕對是最高CP值的經濟選擇!心動不如馬上行動!現在就手刀報名Demo體驗吧! 詳細產品說明請點我   參考文獻: Alina Venereo-Sanchez, Melanie Simoneau, Stéphane Lanthier, Parminder Chahal, Lucie Bourget, Sven Ansorge, Rénald Gilbert, Olivier Henry, Amine Kamen.

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    miRNA屬於非編碼RNA(non-coding RNA)一員,能夠調控轉錄後基因調控,對於細胞發育、細胞分化和訊息傳遞有著重要的地位,此外miRNA表達的失調可能也與部分疾病例如癌症息息相關。因為miRNA可以進入到身體循環內的特性,使其可以應用於疾病監測、診斷甚至預防的生物指標。然而由於miRNA 僅由16-25個核苷酸所組成以及同一家族內有高度同源性(homology),因此準確定量miRNA是miRNA研究中不可忽視的一個門檻。
    針對miRNA偵測中需要靈敏度、專一性以及快速的需求MiREXS推出MiRXES ID3EAL miRNA solution包含了一系列的RT-以及qPCR 分析試劑、cDNA 合成套組、qPCR master mix以及spike-in套組,皆是專門設計給miRNA定量用也都能與市售qPCR機相容。
    此外更有文獻證明(Mestdagh et al., 2014),miRNA的含量十分的稀少,在一般市售的kit僅在200 uL血樣中發現約150種miRNA,而同一樣品及條件(200 uL 血樣)MiRXES ID3EAL miRNA solution卻能偵測到多於450種miRNA,能找到新的300多種miRNA,大幅度增加能探究的可能性。
    MiRXES ID3EAL miRNA solution中最獨特的3大特點給你5項好處。
    特點1.獨特的RT引子,利用成熟miRNA才有的特殊構型獨特的RT引子才能與其Hybridize,偵測真正有意義的miRNA。
    特點2.專一性強的Real-Time PCR引子,能夠有效的達到PCR作用。
    特點3.優化RT-qPCR試劑,大幅度減少雜訊的產生。
     
    五大好處!

    好處1.超高靈敏度,優化且獨特的試劑、引子,能夠偵測到最低1pg的miRNA。
    好處2.良好專一性,不使用廣效型引子,專一引子能跟區別即使僅有1個核苷酸差異的序列。
    好處3.快速偵測,整體上樣偵測時間僅需2小時即可完成。
    好處4.可信數據,透過大數據且專利演算法設計,且試劑均經過實驗驗證。
    好處5.提高方便性,套組最大化縮短前置作業需求,且各大qPCR機皆相容。

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    全球COVID-19爆發,再次提醒學界重視快速開發新疫苗的迫切需要,以擊退新的病毒性疾病威脅。在建立生產流程時,有效且快速的進行製程開發是非常重要的。Applikon Bioreactor可穩定監控多種細胞株,包含T細胞、Vero細胞、昆蟲細胞等培養放大過程,尤其以控制器my-control進行特定的培養參數制訂與調整,穩定且精確的控制細胞的表現行為,同時以資訊整合分析軟體Lucullus PIMS具備DoE, Reactor planning、Parallel processing、Reporting等多項功能,協助操作者快速完成製程相關的數據分析,廣泛應用於細胞治療、抗體製造、器官模擬等領域。
    由於昆蟲細胞在懸浮系統中生長良好,可以在攪拌式生物反應器中輕鬆進行細胞量放大,而桿狀病毒的優勢則是可以快速適應新的病毒株,因此,桿狀病毒昆蟲細胞(Baculovirus insect cell)的表現系統是用於生產病毒疫苗的重要平台。本篇研究sf9昆蟲細胞培養比較Applikon AppliFlex ST一次性生物反應器與miniBio高溫高壓玻璃生物反應器的性能,同時比較多孔式供氣管(porous sparger)與單一開口式供氣管(open hole sparger)對於培養效能的差異。在測試參數溶氧量30%、溫度27 ℃、轉速600 rpm的控制之下,從結果可知,使用單一開口式供氣管進行400 ml培養7天,可以獲得較高的viable cell density (約1.2-1.6x10^7 cells/ml)及cell viability (75-90%)。

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    普遍大家都知道濃縮是藉由超濾膜來進行蛋白質和DNA等濃縮和純化,且可以透過不同膜材質搭配不同樣品特性來提高蛋白質的回收率。
    但今天要來告訴大家濃縮管除了濃縮回收步驟外,也可以輕鬆利用濃縮管來透析(去鹽)和緩衝液體的交換



    一般來說,蛋白質可以被合適的超濾膜截留,但鹽類可以自由透過,不受蛋白質濃度和膜分子截留量影響,因此蛋白質濃縮後,濾出液和截留液中的緩衝液成分會保持不變,如此一來,即可利用水或無鹽緩衝液對濃縮物進行稀釋,達到透析的效果;亦可利用新的緩衝液稀釋濃縮物,進而完全置換緩衝物質。
    當然Sartorius出產的Vivaspin濃縮管,更可以完美有效的做到濃縮、透析和置換緩衝溶液,因為Vivaspin具有其獨特且出色的特性:

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    抗體(Antibody)在現今生物技術實驗扮演這極為重要的角色,現今常用蛋白質相關應用的實驗中,例如:Western Blot(WB), Immunohistochemisty(IHC), Immunoprecipitation(IP)Immunofluorescence staining(IF)Flow Cytometry(FC)Chomatin-IP等,抗體(Antibody)皆扮演了實驗成敗的關鍵條件,因此抗體的品質也越來越備受到重視.

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    1.png
    前言
    微生物生長代謝實驗監測分析需求非常普遍,如微生物生長代謝機制及訊號傳遞路線研究,微生物抗生素敏感性測試,化合物、pH、溫度和氣體成分等環境因素作用效果測試,食品品質控制,微生物生產品質控制等微生物檢測相關工作。微生物生長代謝實驗監測方法,需頻繁取樣污染機率高、溫度波動性大、檢測時間間隔長、數據採集和數據分析會消耗大量人力,仍可能無法獲得精確的測量結果。

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    圖片1.png
    病毒、細菌或寄生蟲與細胞表面受體的結合是感染的第一步。此外,在疫苗或是新藥開發上,宿主與病原體的交互作用、病原體研究抑或是宿主的免疫反應都是需要考量的。許多研究也指出細菌與病毒攻擊細胞的作用也與細胞表面的醣鏈有關,宿主細胞和病毒的表面皆有許多複雜聚醣(Glycan )覆蓋,因此感染路徑可分為兩種: (1)細胞表面的Glycan充當受體,病毒可藉由表面糖蛋白(例如流感病毒)與宿主細胞表面的Glycan結合,進入宿主細胞 (2)病毒表面的Glycan(例如登革熱)可與宿主細胞表面的醣蛋白結合,進而誘發下游反應。醣蛋白也扮演著細胞彼此辨識的功能,像是辨識血型抗原,或是細胞移植排斥相關研究都與醣分子有很大的關連性目前已知有超過3000 種醣分子會影響動物的生理反應,由此可知醣蛋白對於細胞分化甚至是癌症中扮演著重要的角色

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    Science》、《Nature Medicine》、《Journal of Clinical Oncology等多項研究證實:血液循環腫瘤細胞CTCs)和稀有免疫細胞,在腫瘤治療中發揮著重要作用。

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