生物反应器助力细胞培养过程技术的创新和变革
2022-09-14 来源:本站 点击次数:1712
在生产复杂蛋白质上，哺乳动物细胞拥有巨大潜力，可以实现翻译后修饰，这是微生物细胞所不具备的。Cell culture bioprocessing - the road taken and the path forward介绍了细胞培养过程技术的创新和变革，这些创新促进了哺乳动物细胞蛋白质治疗的成功。随着新一代细胞和基因治疗产品的出现，新的工艺技术将有助于这些产品的生产，从而提高生产力和确保稳定的产品质量。
传统的细胞培养工艺需要首先不断扩大悬浮培养种子细胞的反应器体积，直到细胞扩增至足够数量才能转移接种至下游生产反应器。该过程虽然与微生物发酵十分相似，但由于哺乳动物细胞生长营养需求的独特性，因此往往需要更长的时间以及更复杂的培养基。哺乳动物细胞培养通常会连续持续10天以上，而微生物发酵则只需要1-2天。并且在生产过程中，需要实施在线对DO、pH和温度等关键工艺参数进行监测，对葡萄糖、乳酸和二氧化碳等代谢物浓度需要进行离线监测。
过去几年，规模经济效应一直受到动态的宏观因素影响，导致有观点认为在疫苗这类药品的营销上没有合适的经济模式（由于疫苗供需关系短期内波动巨大）。大量事实证明各种商业化的过程控制方案的创新在长期看来都将会取得成功。未来的趋势表明膜技术、传感器技术、一次性生物反应器、先进工业控制软件和符合当下的“云”服务商业模式正越来越多地被使用和被重视。
过去大多数细胞培养工艺采用补料分批式培养，培养过程中加入浓缩的营养物质以提高细胞密度延长生产周期。近20年的工艺技术提升带动了细胞密度和产物浓度的进一步提高。与内置或外置细胞截留装置结合的连续培养是产物稳定性差或产量低时备受关注的解决方案。近10年中，体积更小的一次性反应器和连续培养受到了越来越多的关注。
目前，大多数生物产品工业化过程均依赖于经典的控制方法（行业占比90%以上）。随着生产扩大和优化，在生物制药和营养保健品行业生物过程的监测和控制（如转基因生物的发酵和下游加工）变得越来越复杂，当前控制系统技术的不足之处越来越明显。随着复杂性、非线性程度和数字化程度的增加，迫切需要更有效的先进过程控制。使用具备高通量技术和云技术的下一代一次性生物反应器意味着更少的资金、时间成本投入以及更低的失败风险。迪必尔MiniBox/OptiCell系列灵活通用型控制器可以任意切换不同规格的玻璃或一次性罐体，这大大地提高生产效率，降低了生产成本，同时又提高了操作的灵活性。
迪必尔Endura®系列一次性罐体搭配OptiCell mini系列控制器
迪必尔Endura®系列一次性罐体复制下方链接至浏览器获取Endura®系列一次性产品资料
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所配置的Endura®系列一次性罐体支持连续培养，连续培养可以在较稳定的状态下运行，细胞的生理状态随时间保持恒定，从而确保产品质量更加稳定。与分批培养中的最大生长速率相比，连续细胞培养工艺生长速率通常相对较慢。较慢的生长速率有助于细胞切换至低糖酵解通量状态。有研究采用的一种改良灌流培养策略是通过降低温度或添加生长抑制性戊酸来减缓细胞生长，从而减少特异性乳酸生产、提高特异性氨生产，提高单克隆抗体（mAb）产量。
70年前用于生产口蹄疫疫苗的贴壁细胞被驯化成悬浮细胞，实现了贴壁细胞的悬浮培养工艺。而新型冠状病毒（COVID-19）的出现使得市场重新关注起了病毒性疫苗技术。与此同时，治疗性的免疫细胞和干细胞开发也在加速进行。生产自体细胞治疗产品的工艺需要具备较高的个性化和灵活性，以适应不同细胞和不同培养体积的需求。个性化的工艺需要借助自动化来加速开发过程同时节省成本，对于细胞治疗、疫苗和病毒载体生产，细胞培养工艺与生物药的生产过程非常相似，重点是部署一次性设备，实现高细胞密度培养。
MiniBox系列 CloudReady“云”赋能微型反应器平台可搭配一次性硬质罐体
迪必尔基于QbD数字化生物工艺开发平台，利用高通量技术和云技术，拥有一系列应用于细胞培养、微生物发酵可拓展/即时响应式的生物反应器，搭配OptiCell mini系列控制器、MiniBox CloudReady平行生物反应器控制器，可自由切换玻璃和一次性罐体。适用于疫苗、抗体、基因治疗、细胞治疗、合成生物学等领域。可实现数字化生物产品工厂海量高质量数据智能采集与分析，具备远程视频流监控，帮助您轻松实现实验室可视化自动化，大幅提高平台工艺开发的能力。
参考文献：
1. Jenny Shupe, An Zhang, Daniel C. Odenwelder, Terrence Dobrowsky, Gene therapy: challenges in cell culture scale-up, Current Opinion in Biotechnology, Volume 75, 2022, 102721, ISSN 0958-1669, https://doi.org/10.1016/j.copbio.2022.102721.
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