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平行生物反应器应用:基因治疗中细胞培养规模化挑战

2022-09-14     来源:本站     点击次数:1529


基因治疗可以治疗由遗传缺陷引起的各种疾病,是一种有力且具备良好前景的疗法。重组腺相关病毒载体(rAAV)则是治疗基因递送的首选载体。rAAV具有良好的生物安全性、无法自主复制、能够转导分裂和非分裂细胞等特点,被用于多项基因治疗临床试验中。然而,实现大规模生产rAAV产品以满足快速增长的临床和商业需求仍然是基因治疗行业的主要瓶颈。

 

瞬时转染系统、杆状病毒表达载体(BEV)系统、生产细胞系(PCL)系统是三大rAAV制造平台,目前这些平台在规模化生产阶段时遇到的挑战与细胞培养过程密不可分。在Gene therapy: challenges in cell culture scale-up中讨论了基因治疗行业主流生产平台的优势和局限性,重点关注细胞培养的放大。
 
不同平台优势和放大局限性

瞬时转染(Transient transfection)是广泛使用的制造方法之一,具有快速开发、灵活度高、可以生产多种rAAV等优势。其工艺开发工作集中于细胞系工程、克隆筛选、质粒配置改进和工艺优化上。粘附瞬时转染(aTT)主要用于科研小规模rAAV生产和材料的生成,将质粒替换为不同的目标基因,使用单个宿主细胞系就可以生产多个构建体,缩短筛选和开发时间。然而,aTT工艺的可拓展性和制造一致性仍存在不少挑战。使用aTT进行rAAV生产需要大量实验员进行操作,劳动密集程度高,同时可能导致批次间重复性差,流程难以验证等问题。
 
悬浮瞬时转染(sTT)能够在搅拌罐生物反应器中放大细胞培养,同时降低液体处理的要求,近年来被认为是更理想的解决方案。有研究成功开发出高表达的细胞系并成功放大至数百升的生物反应器中。
杆状病毒表达载体系统(Baculovirus expression vector systems)具有利于放大扩展、相较于哺乳动物细胞平台的体积生产率更高、不含动物成分等优点。但仍存在载体蛋白比率不一致,翻译后修饰等问题,阻碍了大规模rAAV生产的实施。

生产细胞系(Producer cell lines)系统被认为是成本低、稳定性高、可拓展的生产平台。其主要缺点是前期获得稳定的工程细胞系需要耗费大量时间和资源。随着基因治疗的商业化,市场将需要更高产量更低成本的产品,应运而生的则是可诱导生产细胞系(iPCL)系统。该系统利用化学诱导启动子调控基因的表达,同时具有可拓展、稳定性高、产量高的优势。诱导表达同时还可以减少基因表达的副作用,如细胞死亡、生产延迟等。利用该系统rAAV的生产可以分为细胞生长和病毒载体产生阶段。细胞生长阶段可以采用高密度细胞培养工艺来增加生物量。

有研究表明,使用小体积平行生物反应器可以借助高通量与平行性的优势来做DOE实验,帮助快速筛选合适培养基、微载体以及工艺参数。也有团队通过平行生物反应器开展灌流工艺获得了更高的单位体积产量。
 
在小规模平行反应器实验阶段获得的参数,利用生物反应器放大计算及其相关技术,快速进行放大研究和工艺开发。

 

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