微小型一次性生物反应器在抗体工艺开发中的应用

前言

 

目前，生物制药领域对于一次性产品越来越青睐，约有2/3的新生物工艺都选择使用一次性生物反应器^[1]。

 

与传统玻璃或不锈钢生物反应器相比，一次性生物反应器能够降低交叉污染风险，减少清洁及相关验证的环节，可以显著降低生产及研发成本，缩短产品上市时间^[2]。

 

图1 Endura SUB^®500mL一次性细胞罐

 

迪必尔生物工程（上海）有限公司推出的一次性罐体Endura SUB^®系列，符合cGMP标准，能够满足各类细胞培养、发酵工艺的需求。本次实验主要验证Endura SUB^®500mL（图1）一次性细胞罐与传统玻璃罐在抗体工艺中的一致性表现，研究一次性生物反应器无缝替换传统玻璃罐的可行性。

 

方法与结果

 

使用CloudReady™（500mL）云平台平行生物反应器（图2）进行两种不同罐体的CHO-K1抗体表达工艺实验。实验工艺参数设置如表1所示，补料方案如表2所示。其中，空气以2mL/min的通气速率进行恒通，DO由氧气的通气速率级联控制，pH由二氧化碳（酸）通气速率级联控制。在完整的培养周期中，各参数控制均可靠且稳定。

 

图2 CloudReady™云平台平行生物反应器，左为玻璃罐体，右为Endura SUB^®一次性罐体

 

在实验中，两种罐体工作体积均设定为300mL，CHO-K1细胞接种密度为5×10⁵cells/mL，两种罐体中细胞生长曲线及细胞活率变化如图3所示，两者生长趋势基本保持一致，最高细胞都在2.5×10⁷cells/mL左右，细胞活率变化也基本保持一致，前期都维持在97%-100%之间，在培养后期第13天开始出现细胞活率下降的现象。从葡萄糖和乳酸代谢曲线上（图4），也可以明显看出两种不同罐体在相同的实验条件下，葡萄糖都是处于不断消耗，乳酸先累积后消耗的趋势，两者细胞代谢情况基本保持一致。细胞生长曲线和代谢曲线的一致性表明Endura SUB^®一次性细胞罐和传统玻璃罐在细胞培养层面，无明显差异。

 

图3 玻璃罐与Endura SUB^®一次性罐体中的细胞生长曲线与活率变化

 

图4 传统玻璃罐与Endura SUB^®一次性细胞罐中的葡萄糖和乳酸浓度变化曲线

 

在抗体行业中，最终抗体蛋白产量作为关键质量参数，对于相关工艺的建立及优化具有重要指示作用。在本次实验中，我们在第8天开始利用生化分析仪的IGG检测试剂盒进行蛋白表达情况的检测，验证不同罐体的培养过程中，最终蛋白表达结果的一致性。由图5可以看出，两种不同的罐体后期蛋白累计趋势也保持较好的一致性，均在8-13天不断累积，在13-14天累积速率减缓。

 

图5 不同罐体Titer产量曲线

 

结论

本实验利用CloudReady™云平台平行生物反应器验证一次性细胞罐与传统玻璃罐的平行性和一致性。通过CHO-K1细胞在两种不同罐体中以同样的实验条件进行培养，最终细胞生长代谢和蛋白表达趋势均有高度的一致性。该结果为Endura SUB^®一次性细胞罐和传统玻璃罐体在生产及研发过程中的灵活切换提供了切实依据。

 

同时，Endura SUB^®一次性罐体配合CloudReady™高通量平行生物反应器可以快速执行DoE，进一步提高工艺开发效率。

 

参考文献：

[1]Dominik Stephan. 生物药生产助推器：一次性技术[J]. 流程工业, 2022, (S1): 28-30.

[2]田洪敏, 谢红德, 周慧, 闫利明. 一次性使用技术在生物制药领域的应用进展[J]. 中国生物制品学杂志, 2017, 30 (07): 777-780+784.

[3]BAUSCH, Mona, et al. Development of a highly concentrated perfusion medium supplement to decrease media demand leveraging a newly designed 250 mL single use perfusion bioreactor. 2023.

[4]Bauer, I., et al. Recommendations for process engineering characterisation of single-use bioreactors and mixing systems by using experimental methods. DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie eV, 2020.

[5]Metze, S., et al. "Monitoring online biomass with a capacitance sensor during scale-up of industrially relevant CHO cell culture fed-batch processes in single-use bioreactors." Bioprocess and biosystems engineering 43 (2020): 193-205.

 

应用技术与工程研究中心CARE 程黄鹤 供稿