生物反應(yīng)器的分類與應(yīng)用區(qū)別

使用單克隆抗體作為治療藥物需要規(guī)�；�生產(chǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實驗室生產(chǎn)。各種生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)和發(fā)展，生物反應(yīng)器已逐漸成為單克隆抗體生產(chǎn)系統(tǒng)的重要儀器設(shè)備。

一、懸浮培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)系統(tǒng)簡介 
商業(yè)規(guī)模的 mAb 生產(chǎn)可以使用貼壁細(xì)胞或懸浮細(xì)胞以及微載體進(jìn)行培育生產(chǎn)，但使用懸浮細(xì)胞進(jìn)行放大更容易所以也較常用。懸浮生產(chǎn)系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢是不需要具有大面積細(xì)胞粘附的生物反應(yīng)器，因為貼壁細(xì)胞生產(chǎn)力的培養(yǎng)與生物反應(yīng)器的面積相互關(guān)聯(lián)。

在生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、產(chǎn)品質(zhì)量維持、污染控制、供氧需求、DO和CO 2去除控制等指標(biāo)也是衡量生物反應(yīng)器的關(guān)鍵。 



二、細(xì)胞生產(chǎn)系統(tǒng)中生物反應(yīng)器的類型
通常用于水下哺乳動物細(xì)胞中 mAb 生產(chǎn)的不同類型的生物反應(yīng)器是不銹鋼攪拌罐生物反應(yīng)器 (STR)、氣升式反應(yīng)器和一次性生物反應(yīng)器。

1.不銹鋼攪拌罐生物反應(yīng)器
不銹鋼攪拌罐生物反應(yīng)器是用于工業(yè) mAb 生產(chǎn)的最堅固的生物反應(yīng)器類型，由與攪拌槳和攪拌罐組成。它是一個綜合系統(tǒng)，圍繞這項技術(shù)有很多知識和經(jīng)驗，這些知識和經(jīng)驗是通過其廣泛的工業(yè)用途獲得的，而不僅僅是使用哺乳動物細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)。

該生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)允許工作體積的廣泛靈活性，范圍從 1.0 到 25.0 L ，因為該系統(tǒng)由于其對生產(chǎn)條件的高度控制和廣泛的處理知識，很容易擴(kuò)展到更大的容量。清潔和滅菌系統(tǒng)都有著較好的改善。此外，與其他生產(chǎn)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的培養(yǎng)參數(shù)，例如氣體轉(zhuǎn)移系數(shù)、攪拌、通氣、溫度維持、pH 等，都得到了有效的控制和調(diào)節(jié)。STR 的另一個優(yōu)點是它可以用于培養(yǎng)各種細(xì)胞類型。然而，使用 STR 的最大缺點是剪切引起的應(yīng)力。它會導(dǎo)致細(xì)胞裂解并導(dǎo)致 mAb 生產(chǎn)力下降。 

2.氣升式反應(yīng)器
氣升式生物反應(yīng)器的示意圖。顯示栽培過程中的主要成分。
氣升式反應(yīng)器也廣泛用于 mAb 的工業(yè)生產(chǎn)。反應(yīng)器由內(nèi)部帶有氣泡柱的罐組成，空氣被注入柱底。當(dāng)脫氣培養(yǎng)基以與反應(yīng)器底部相反的方向流動時，空氣通過柱的長度流到生物反應(yīng)器的頂部。這創(chuàng)造了培養(yǎng)基的持續(xù)溫和混合以及適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)通氣，消除了由其他攪拌系統(tǒng)引起的部分剪切應(yīng)力。該操作系統(tǒng)的其他優(yōu)點是更容易擴(kuò)大規(guī)模，減少污染問題發(fā)生，并且設(shè)備較簡單。盡管有這些優(yōu)點，但該系統(tǒng)的利用率低于STR 反應(yīng)器，因為工作體積范圍僅為 2.0 至 5.0 L 所以適用于小樣試樣。

3.一次性生物反應(yīng)器
隨著波浪反應(yīng)器系統(tǒng)的推出，之后，開發(fā)了一次性攪拌罐生物反應(yīng)器。
這種方法為 mAb 制造帶來了許多優(yōu)勢。在該過程結(jié)束時，生物反應(yīng)器被丟棄并更換為一個新的清潔和無菌的。這消除了批次之間的交叉污染，并減少了批次之間設(shè)備準(zhǔn)備所消耗的時間。當(dāng)考慮到該工藝的所有優(yōu)點時，與其他工藝方法相比，在生產(chǎn)和投資資本方面的節(jié)省是非常顯著的。這種生產(chǎn)系統(tǒng)的最大缺點是支持的工作量很小，范圍從 50 到 2000 L。

4.波浪式生物反應(yīng)器
波浪式生物反應(yīng)器系統(tǒng)由一個放置在搖擺平臺上的無菌塑料袋 (CellBag™) 組成。袋子一半裝滿培養(yǎng)基，一半裝滿感興趣的氣體混合物。平臺運(yùn)動在培養(yǎng)物中產(chǎn)生起伏運(yùn)動，確保有效的通氣和培養(yǎng)物混合，而不會造成剪切損傷。 
 
SUBs 的主要特點與它們與不銹鋼生物反應(yīng)器相似的技術(shù)特性有關(guān)，即曝氣率、攪拌、反應(yīng)器幾何形狀以及易于監(jiān)測內(nèi)部條件，這一過程類似于不銹鋼生物反應(yīng)器SUB 被廣泛用于替代許多生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程。從工業(yè)角度來看，SUB可能是一種更便宜、更有效的替代品，其原理可以輕松替代任何生物工藝，以使該方法適應(yīng)要更換的感興趣平臺，例如大型罐和不銹鋼或運(yùn)動搖擺平臺。

目前，SUBS 已用于單克隆抗體生產(chǎn)的生物過程中，涉及多種表達(dá)系統(tǒng)，包括哺乳動物細(xì)胞、微生物、植物、乳腺等。動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是生產(chǎn) mAb 的最古老技術(shù)之一。

還有一種稱為滾瓶的瓶子的生產(chǎn)，它由在保持旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的瓶子中控制的營養(yǎng)和物理條件下生長的哺乳動物細(xì)胞組成。

5.滾瓶培養(yǎng)系統(tǒng)
滾瓶是用于培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)某些生物產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動培養(yǎng)系統(tǒng)。它已成為其他單克隆抗體生產(chǎn)系統(tǒng)的替代品。滾瓶提供有利于氧氣傳輸和溫度控制的條件，無需曝氣、攪拌螺旋槳或循環(huán)泵。對于商業(yè)規(guī)模的單克隆抗體生產(chǎn)，滾瓶技術(shù)可適用于生產(chǎn)線中包含數(shù)十個瓶子的架子。這種技術(shù)的優(yōu)點是與易于處理和監(jiān)測某些條件（如溫度和旋轉(zhuǎn)）相關(guān)的高增長潛力。

介于國外生物反應(yīng)器采購成本高昂，售后服務(wù)不便，型號固定、貨期長等因素，我國自主研發(fā)設(shè)備生產(chǎn)的生物反應(yīng)器目前已廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、單克隆抗體生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。

文章來源：蘇州阿爾法生物