Guide complet des milieux de culture pour cellules d'insectes par Expression Systems

1. Aperçu de la culture de cellules d'insectes

Les lignées cellulaires d'insectes (par ex. Spodoptera frugiperda Sf9/Sf21, Trichoplusia ni High Five™, Drosophila S2) ont des besoins de croissance adaptés à leur physiologie. Elles sont généralement cultivées à ~27 °C, température à laquelle leur taux de croissance spécifique (µ) atteint un pic (temps de doublement ~18–24 h). Contrairement aux cellules de mammifères, les cellules d'insectes préfèrent un pH légèrement acide (~6.0–6.4). Les milieux sont donc tamponnés (souvent avec des systèmes bicarbonate ou phosphate) pour maintenir ce pH, et l'osmolalité est maintenue entre 300 et 380 mOsm/kg. L'aération est également cruciale – l'oxygène dissous doit être contrôlé pour éviter l'hypoxie ou le stress oxydatif – mais les cultures d'insectes n'utilisent généralement pas d'incubateurs à 5 % de CO₂ (le pH est ajusté par le tampon). Les conditions typiques de culture des insectes (27 °C, pH neutre à légèrement acide, agitation ou aération appropriée) permettent une croissance à haute densité jusqu'à 10–20×10^6 cellules/mL dans des milieux optimisés.

Compositions des milieux de base pour les cellules d'insectes sont dérivées de l'hémolymphe des insectes. Les premières formulations incluent les milieux de Grace ou de Schneider, qui fournissent des acides aminés, des vitamines, des sels et des sources d'énergie. Les formulations modernes partent souvent de ces recettes de base et les supplémentent largement. Par exemple, le milieu de base de Grace peut être complété par 0,35 g/L de NaHCO₃, ~9 g/L de glucose, des vitamines (par ex. B₁₂), des sels inorganiques et des sources d'énergie. Un milieu complet pour cellules d'insectes contient généralement tous les acides aminés essentiels ; la plupart incluent également L‑glutamine (∼0.8–1.0 g/L) comme source d'azote et d'énergie. Les composants riches en énergie comme le glucose et les lipides (fournis via des concentrés lipidiques) sont importants : des concentrés lipidiques chimiquement définis (CLCD) ont été développés pour remplacer le sérum animal et soutenir la croissance des cellules d'insectes. En effet, les milieux modernes chimiquement définis peuvent inclure des suppléments d'émulsion lipidique pour imiter l'effet du sérum sans composants animaux. Un surfactant non ionique, Pluronic® F‑68, est également ajouté (généralement à 0,1 % p/v) pour protéger les cellules en suspension contre le cisaillement et les bulles. En résumé, un milieu typique pour cellules d'insectes est sans sérum mais richement supplémenté : il contient des acides aminés (y compris la glutamine), des glucides (glucose), des vitamines, des lipides, des sels, des tampons (par ex. bicarbonate) et un surfactant.

Milieux avec sérum vs sans sérum. Historiquement, les cellules d'insectes étaient souvent cultivées dans des milieux supplémentés avec du sérum. Par exemple, les cultures Sf9 étaient maintenues dans le milieu de Grace additionné de 10 % de sérum bovin fœtal (SBF) et de hydrolysats de levure ou de protéines. Dans ce régime, des suppléments comme 3,3 g/L de lactalbumine et d'extrait de levure étaient ajoutés avec le SBF. Cependant, le sérum animal introduit une variabilité et peut inhiber l'infection par baculovirus ou compliquer le traitement en aval. Aujourd'hui, les milieux sans sérum et même sans composants d'origine animale sont la norme. Les chercheurs cultivent généralement les cellules Sf9, Sf21, High Five et S2 dans des milieux définis sans protéines (par ex. base de Grace ou de Schneider avec des suppléments définis) pour maximiser la cohérence. Par exemple, Saisud et al. (2023) ont formulé un milieu « sans composants d'origine animale » en supplémentant un milieu de base de Grace avec des peptones définis (extraits de soja et de levure) et un concentré lipidique pour remplacer le SBF. Cela souligne le passage à des ingrédients entièrement définis (par ex. peptone de soja, extrait de levure, CLCD) au lieu du sérum.

Additifs et suppléments. Les milieux pour insectes incluent souvent des suppléments supplémentaires au-delà des nutriments de base. Les hydrolysats d'acides aminés (yeastolate, peptone de soja) sont courants et servent de sources de nutriments complexes. Les vitamines et oligo-éléments sont fournis (de nombreux milieux contiennent un mélange de vitamines ou une solution de vitamines MEM), ce qui est crucial pour la croissance. Les suppléments énergétiques tels que les lipides et le cholestérol peuvent être nécessaires pour la synthèse des membranes ; des concentrés lipidiques définis remplacent les lipides du sérum. La L‑glutamine est généralement ajoutée séparément (elle est instable sous forme liquide mais essentielle pour l'apport en azote et l'anaplérose du cycle TCA). Les agents protecteurs comme le Pluronic F‑68 (0,1 % p/v) sont presque universels dans les cultures en suspension pour réduire le stress de cisaillement des cellules. De plus, les milieux peuvent contenir des minéraux (calcium, magnésium, phosphate), des indicateurs de pH ou des tampons, et des osmoprotecteurs selon les besoins pour maintenir des conditions idéales.

Antibiotiques. Bien que non strictement nécessaires, des antibiotiques (par ex. gentamicine 5–10 µg/mL, pénicilline/streptomycine 50–100 U/mL, et un antifongique comme l'amphotéricine B 0,25 µg/mL) sont souvent ajoutés aux cultures d'insectes pour assurer la stérilité. Cependant, une surutilisation des antibiotiques peut nuire à la santé des cellules. En effet, Kwiatkowska et al. notent que « la plupart des antibiotiques utilisés en culture affectent la plupart des paramètres de culture, y compris la croissance cellulaire, la viabilité, le métabolisme cellulaire et la propagation virale ». Ainsi, une bonne technique aseptique est préférée ; les antibiotiques sont utilisés avec parcimonie ou omis dans les cultures destinées à la production de protéines ou de virus.

2. Produits de milieux de culture pour cellules d'insectes

Expression Systems a développé une gamme complète de milieux sans sérum pour insectes adaptés à l'expression par baculovirus (BEVS). Tous sont formulés pour la culture en suspension des principales lignées d'insectes (Sf9, Sf21, High Five™, S2). Les produits clés incluent ESF 921™, ESF AF™, ESF AdvanCD™, la série ESF 921 Delta, et PBA (Additif de Boost de Production). Chacun est décrit ci-dessous avec ses caractéristiques et utilisations.

Milieu de culture pour cellules d'insectes ESF 921™

ESF 921 est un milieu entièrement défini, sans sérum et sans protéines, conçu pour une croissance optimale des cellules d'insectes. Il soutient toutes les lignées courantes (Sf9, Sf21, Tni High Five™, S2) avec des performances robustes. Irwin et al. décrivent explicitement ESF 921 comme « un milieu sans protéines pour cellules d'insectes approprié pour la propagation cellulaire » ; dans leurs mains, les cellules Sf9 étaient régulièrement décongelées et expansées dans ESF 921 à 27 °C sur un agitateur. ESF 921 contient L‑glutamine (∼0.8–1 g/L) et Pluronic® F‑68 (0,1 % p/v) comme suppléments de base. Ces derniers fournissent respectivement de l'azote/énergie et une protection contre le cisaillement. La formulation inclut également des sucres, des sels et des vitamines pour répondre aux besoins métaboliques. En pratique, ESF 921 permet d'obtenir une densité cellulaire élevée (≥1–2×10^7 cellules/mL) et des titres élevés de baculovirus (de l'ordre de 10^8–10^9 UI/mL, selon les données du fournisseur) dans des flacons à secousses ou des bioréacteurs. Il est adapté à l'entretien routinier des cellules Sf, à la production à grande échelle de stocks de baculovirus, et à l'expression de protéines recombinantes à haut niveau. ESF 921 est disponible en plusieurs formats (concentré liquide, base en poudre, sacs à usage unique) pour faciliter la mise à l'échelle.

Milieu de culture pour cellules d'insectes ESF AF™

ESF AF est une version sans origine animale d'ESF 921. Comme ESF 921, il est sans sérum et sans protéines, mais il est formulé sans aucun composant d'origine animale. Il a été validé sur les cellules Sf9, Sf21, High Five™ et S2, offrant des performances similaires à ESF 921. Les caractéristiques clés incluent la L-glutamine et le Pluronic F‑68 (comme dans ESF 921) ainsi qu'un mélange minéral/vitamine entièrement défini. ESF AF produit une croissance robuste des cellules Sf et des rendements équivalents en baculovirus par rapport aux milieux standards, ce qui en fait un choix idéal pour les applications sensibles aux réglementations. Il est couramment utilisé comme remplacement direct d'ESF 921 dans les cultures en suspension. ESF AF est fourni sous forme de liquide prêt à l'emploi ou en poudre pour une manipulation aisée.

Milieu de culture pour cellules d'insectes ESF AdvanCD™

ESF AdvanCD est un milieu 100 % chimiquement défini, sans origine animale, sans protéines (aucun hydrolysat). Il est formulé spécifiquement pour une scalabilité et une cohérence maximales dans la production de baculovirus. AdvanCD contient des concentrations précisément définies d'acides aminés (y compris une forte teneur en glutamine), de glucose, de lipides et d'additifs. En omettant les hydrolysats non définis, ESF AdvanCD garantit des résultats hautement reproductibles d'un lot à l'autre. Il est optimisé pour offrir une densité et une viabilité exceptionnellement élevées des cellules Sf9, surpassant souvent les milieux traditionnels. Bien que les publications sur AdvanCD soient rares, les données d'utilisation indiquent qu'il peut doubler la capacité de culture pour Sf9 (par rapport aux anciens milieux). Les chercheurs utilisent AdvanCD pour la fabrication à grande échelle de protéines recombinantes et la production de vecteurs de thérapie génique où la conformité réglementaire et la cohérence sont primordiales. AdvanCD est fourni sous forme liquide ou en poudre dans des formats pratiques.

Série ESF 921 Delta

La série ESF 921 Delta comprend des versions d'ESF 921 avec omission d'acides aminés (par ex. sans méthionine, sans cystéine, etc.) conçues pour des études de biologie structurale et de marquage. Chaque milieu « Delta » est identique à ESF 921 sauf pour l'absence d'un ou plusieurs acides aminés définis. Les chercheurs utilisent ces milieux pour incorporer des analogues marqués ou réactifs (par ex. sélénométhionine) pendant l'expression des protéines. Les lignées cellulaires soutenues sont Sf9, Sf21 et High Five™, comme pour ESF 921. Tous les autres composants (glutamine, Pluronic F‑68, glucose, vitamines) sont présents. Ces milieux sont conditionnés sous forme de poudre (pour éviter la contamination par le nutriment manquant) et sont utilisés dans les protocoles de culture standard.

PBA (Additif de Boost de Production)

PBA n'est pas un milieu complet mais un additif de boost nutritionnel à utiliser avec ESF 921 ou ESF AF. C'est un supplément d'acides aminés, de lipides et de vitamines (formulé sans protéines/sérum) qui prolonge la productivité en phase tardive des cultures d'insectes infectées. Lorsqu'il est ajouté à une culture Sf9/High Five™ infectée par baculovirus (généralement en milieu d'infection), PBA prolonge la viabilité cellulaire et la synthèse des protéines. Cela entraîne un rendement global en protéines plus élevé sans modifier le milieu de base. PBA a démontré (selon les données de l'entreprise) une augmentation des rendements de protéines recombinantes et de VLP en soutenant une expression prolongée. Il est vendu sous forme de concentré liquide stérile ; les utilisateurs ajoutent simplement un volume spécifié aux infections en cours dans les milieux ESF.

3. Pourquoi choisir les milieux Expression Systems ?

ESF 921™ est largement cité dans des études évaluées par des pairs comme un milieu sans protéines performant pour la croissance des cellules Sf9 et la production de baculovirus. ESF AF™ répond aux besoins réglementaires stricts pour les applications de vaccins et de thérapie génique sans composants d'origine animale. Par ailleurs, ESF AdvanCD™ offre une cohérence inégalée et une croissance à haute densité grâce à sa formulation entièrement chimiquement définie.

La série Delta permet des applications de marquage avancées (par ex., incorporation de sélénométhionine) essentielles pour la biologie structurale, tandis que PBA améliore les rendements en protéines en prolongeant la phase productive des cultures infectées.

4. Formats prêts à l'emploi et personnalisation

Tous les milieux sont disponibles dans des formats pratiques — bouteilles liquides, sacs de poudre, ou sacs de milieu pour bioréacteurs à grande échelle. Les options de personnalisation incluent l'omission ou l'inclusion d'ingrédients spécifiques, des variantes pour le marquage isotopique, et un conditionnement adapté à vos besoins d'échelle ou réglementaires. Les runs minimum pour les formulations personnalisées commencent à 20 L.

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5. Conclusion

Les milieux de culture pour cellules d'insectes ont évolué pour soutenir des performances sans sérum à haute densité. Le portefeuille d'Expression Systems repose sur une rigueur scientifique et les besoins des clients : du fiable ESF 921™ au chimiquement défini AdvanCD™, et des solutions sur mesure via la série Delta et PBA. Que ce soit pour des travaux à l'échelle du laboratoire ou une production conforme aux GMP, ces milieux garantissent une croissance optimale, une expression protéique et une reproductibilité. Nous vous invitons à adopter ces formulations éprouvées — ou à nous contacter pour développer une solution personnalisée alignée sur vos objectifs de projet.

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