一次性生物反应器在进行抗体工艺开发研究中的应用

 

随着生物制药行业的成熟，提高灵活性和生产率、加快上市时间正在推动使用一次性生物反应器（Single-use bioreactor，SUB）取代传统的玻璃或不锈钢产品。在生物制药行业中使用SUB可以显著提升制造和研发过程的效率，提高资金利用率，增强研发及生产部门的灵活性，减少启动时间和成本，消除交叉污染的风险。

 

此外，它还显著降低了液体原料的浪费、劳动力成本以及现场质量和验证要求。尤其在快速发展的抗体领域中，可实现从研发到生产的快速衔接。本次案例验证了Endura SUB^® 系列一次性生物反应器（图1）将抗体工艺从500mL放大至3L的可行性，为工艺开发人员提供参考。
 

图1 Endura SUB^® 3L一次性细胞罐

 

方法与结果

 

使用搭载D²MS系统的Opti-Cell mini系列生物反应器及Endura SUB^® 3L一次性细胞罐（图2）进行CHO-K1抗体表达工艺实验。实验工艺参数和补料策略根据该细胞株在CloudReady™500mL优化的结果设置（表1，表2）。其中，空气以10mL/min（0.07VVM）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 搭载D²MS系统的Opti-Cell mini系列生物反应器(左)和Endura SUB^®3L罐体（右）

 

 

结果与分析

本次实验中，培养周期内细胞的生长曲线及活率变化曲线如图3所示。培养过程中细胞前期快速生长，最高细胞密度达1.88×10⁷cells/mL，同时细胞活率维持在95%-100%之间，至第15天结束批次时细胞活率降至82%。葡萄糖及乳酸代谢曲线如图4所示，在培养过程中葡萄糖快速消耗，乳酸先累积再消耗。

 

图3 细胞生长曲线及活率变化曲线

 

图4 葡萄糖及乳酸代谢曲线

 

抗体表达量是抗体工艺中的关键目标参数之一，对于抗体工艺的建立与优化具有重要指导作用。在实验进行至第8天时，进行蛋白表达量的相关检测，并记录表达量（图5）。第8天至第15天，抗体产量逐渐增加，在第15天时表达量达到2.98g/L，表明在一次性细胞罐Endura SUB^®3L中CHO-K1细胞同样能够正常完成相关抗体蛋白的合成。
 

 

图5 蛋白累计表达量

 

结论

在本次实验中，CHO-K1细胞在Endura SUB^® 3L一次性细胞罐内生长正常且活率维持较好，最终抗体滴度相比500mL工艺（2.40g/L）提升了20%。实验结果表明，Endura SUB^® 3L一次性细胞罐能够在抗体工艺中替代传统玻璃罐，加速抗体工艺开发流程。

 

相关文章：微小型一次性生物反应器在抗体工艺开发中的应用

 

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 characterization 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.

[6] Lopes, Adriana G. "Single-use in the biopharmaceutical industry: A review of current technology impact, challenges and limitations." Food and Bioproducts Processing 93 (2015): 98-114.

 

应用技术与工程研究中心CARE 程黄鹤 供稿