CUR激流式培養(yǎng)模式助力抗體生產(chǎn)規(guī)模產(chǎn)量提高40%

近日，浙江金儀盛世生物工程有限公司聯(lián)合抗體藥物與靶向治療國家重點實驗室合作完成了一項研究，結(jié)果顯示，在培養(yǎng)基、人力、物力等相同資源的投入下，CUR激流式培養(yǎng)模式較傳統(tǒng)攪拌模式在項目上細(xì)胞密度提高了50%以上，蛋白產(chǎn)量提高近40%，成本能節(jié)約將近30%，擁有良好的線性放大一致性，使抗體藥物規(guī)模生產(chǎn)成本大幅降低。

“實際上，CUR由于設(shè)計簡約，設(shè)備及耗材的成本還會更低。以此次研究的已商業(yè)化的抗體藥物生產(chǎn)為例，在2000L產(chǎn)線規(guī)模下將傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器替換成CUR激流式生物反應(yīng)器后，2000L規(guī)模的產(chǎn)線每年可多收獲的原液價值約4500萬人民幣，這部分可以視為企業(yè)的凈利潤。”金儀盛世研發(fā)副總裁胡福林、CUR發(fā)明人在采訪中提到。

該研究數(shù)據(jù)近期公布后，迅速引起了國內(nèi)國際生物制藥產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。美國、俄羅斯、印度等國家的客戶陸續(xù)來金儀盛世洽談合作及驗廠審計，美國客戶當(dāng)即簽署了金額達數(shù)千萬的采購訂單。

數(shù)據(jù)說話 國家級實驗室的合作研究

CUR激流式反應(yīng)器研究項目的起源，可以追溯到2007年。那一年金儀盛世成立，CUR激流式生物反應(yīng)器立項研發(fā)。經(jīng)過三年的努力，收獲了累累碩果——申請了3項發(fā)明專利、多項實用新型專利，獲得了浙江省的“科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書”、國家首臺套認(rèn)定，專家組認(rèn)為CUR激流式生物反應(yīng)器的整體技術(shù)水平處于國際先進，其中在用于疫苗的生產(chǎn)方面處于國際領(lǐng)先的地位。

早在2010年，金儀盛世就與華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點實驗室合作，對CUR的工作機理，以及與傳統(tǒng)的攪拌式、平底型、錐底型生物反應(yīng)器在典型細(xì)胞株培養(yǎng)中的傳質(zhì)、混合、剪切等進行了對比研究。研究的結(jié)果發(fā)表于《華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點實驗室學(xué)報》。提起那次研究，胡福林依然記憶猶新，“這些科學(xué)詳實的數(shù)據(jù)，讓CUR獲得了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。”目前CUR已經(jīng)可以提供2.5L至2000L規(guī)格，可滿足抗體藥物、疫苗、細(xì)胞與基因治療領(lǐng)域的客戶從小試工藝開發(fā)、中試放大到商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)全過程的需求。

自2020年以來，受新冠疫苗以及國際形勢影響，產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全問題受到前所未有的重視。因金儀盛世的激流式反應(yīng)器具有完全自主的知識產(chǎn)品，也有新冠疫苗這樣的典型應(yīng)用案例，在CDMO企業(yè)表現(xiàn)出了很好的降本增效表現(xiàn)，自然引起了國內(nèi)外客戶的廣泛關(guān)注。為了更好的服務(wù)于生物制藥客戶，提供更科學(xué)、公允、客觀的研究數(shù)據(jù)作為參考，在張江生物抗體藥物與靶向治療國家重點實驗室的支持下，雙方啟動了本次研究工作。
 

罕見：較成熟工藝蛋白產(chǎn)量提高近40%

此次研究十分大膽地選擇了一個已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的單抗項目進行對比，該項目使用的是進口的傳統(tǒng)攪拌式生物反應(yīng)器。在傳質(zhì)、混合以及剪切力這幾個反應(yīng)器影響細(xì)胞生長的關(guān)鍵因素方面，得益于區(qū)別于傳統(tǒng)的工作機理，CUR表現(xiàn)優(yōu)良。

首先，CUR通過機械振蕩產(chǎn)生激流，使培養(yǎng)液反復(fù)沖刷培養(yǎng)袋內(nèi)，使氧迅速溶解，通過培養(yǎng)液沖刷拖帶氣體，制造納米級可溶解微氣泡，并使氣泡不斷地混合，充分傳遞，從而使每個細(xì)胞都能得到充足的氧及養(yǎng)分，維持細(xì)胞正常生長代謝。

其次，與傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器相比，激流式的CUR從結(jié)構(gòu)上就有兩大明顯區(qū)別——無攪拌槳和鼓泡裝置。少了這兩個裝置，使得CUR的設(shè)計更為簡約，成本更低以外，更關(guān)鍵的是有效地避免了傳統(tǒng)機械攪拌對細(xì)胞形成的剪切力以及鼓泡式氣泡破裂時對細(xì)胞形成的剪切力，而且培養(yǎng)時產(chǎn)生的泡沫少，不需要額外添加消泡劑，非常有利于細(xì)胞生長。

研究培養(yǎng)的是CHO-K1細(xì)胞，分別完成了CUR5L、50L、500L的培養(yǎng)。結(jié)果顯示，在相同工藝下，CUR系列較傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器，在活率相當(dāng)?shù)那闆r下，細(xì)胞密度上提高了50%，繼而目的蛋白產(chǎn)量提高了40%。

CUR5/50L密度與活率

目的蛋白表達量

線性放大 更快更簡單

研究還探索了CUR50L到500L的放大工藝。與傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器相比，CUR的放大策略比較簡單，只需要結(jié)合CUR傳質(zhì)機制，依據(jù)恒定費勞德數(shù)進行攪拌速度工藝放大。又因為CUR采用表層通氣，簡化了工藝設(shè)計，降低通氣模式的放大難度，只需要根據(jù)等體積氣體流速(VVM)確定通氣相關(guān)參數(shù)即可。

便捷的放大確保了產(chǎn)品放大的連續(xù)性，降低研發(fā)到生產(chǎn)過程的結(jié)果偏差和工藝放大的失敗，也為放大工藝摸索節(jié)約了大量的時間與物料成本。

胡福林回憶了一下此次研究，從細(xì)胞種子準(zhǔn)備、場地準(zhǔn)備開始，CUR只用了兩個多月就完成了從5L到50L、再到500L的放大，一次性放大成功。“這還是在5L時我們做兩批的情況下的耗時。”他補充道。而使用傳統(tǒng)反應(yīng)器，這個過程往往需要半年左右，需要進行更多批次的工藝研究，這過程中會產(chǎn)生大量的時間和物料成本。

在放大摸索研究發(fā)現(xiàn)，CUR5L、50L、500L的收罐活細(xì)胞密度積分IVCC分別提高了41%、53%和49%。同時，CUR的Qp值與傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器械維持在同等水平(10~11pg/cell/day)。這也意味著，CUR培養(yǎng)過程中，細(xì)胞累計數(shù)量增多，同時單個細(xì)胞的蛋白產(chǎn)量與攪拌式在同一水平。在維持同等Qp值條件下，提高IVCC，最終表達量就能大量提高，CUR5L、50L、500L分別提高了45%、45%和37%。

IVCC和Qp數(shù)據(jù)分析

CUR500L培養(yǎng)后期發(fā)現(xiàn)細(xì)胞密度和活率依然保持穩(wěn)定，研究延長培養(yǎng)時間從16天延長至18天，且整體 CUR培養(yǎng)的單抗收獲液SEC主峰比例與傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器相比有提高，IEX酸性變異體比例也有一定降低，即在高表達量的同時，產(chǎn)物質(zhì)量屬性表現(xiàn)亦呈現(xiàn)提高。

產(chǎn)品質(zhì)量

 

成功商業(yè)化 經(jīng)受住各國監(jiān)管的考驗

抗體藥物與靶向治療國家重點實驗室此次的研究從5L放大到了500L，而實際生產(chǎn)中，CUR激流反應(yīng)器已有1200L的商業(yè)化使用案例——某生物制藥公司客戶的重組新型冠狀病毒疫苗(腺病毒載體)(Ad5-nCoV)。

激流式反應(yīng)器灌流培養(yǎng)細(xì)胞+批次培養(yǎng)病毒模式工藝放大簡單穩(wěn)定，該客戶在中國國際疫苗創(chuàng)新峰會上分享：較攪拌式反應(yīng)器，單細(xì)胞產(chǎn)毒提高5倍，單位體積產(chǎn)毒提高50倍。

隨著該客戶新冠疫苗在國內(nèi)外的上市使用，先后在天津、上海和江蘇建廠，金儀盛世配合客戶接受監(jiān)管部門的核查，為該客戶提供相應(yīng)的質(zhì)量文件。“無論是歐美的監(jiān)管部門，還是國內(nèi)的監(jiān)管部門，對我們提供的質(zhì)量文件沒有提出異議和詢問。”這證明了CUR激流反應(yīng)器的產(chǎn)品質(zhì)量及合規(guī)方面經(jīng)得起各國監(jiān)管部門的考驗。

無論是自身的實驗，還是第三方國家重點實驗室的研究數(shù)據(jù)，及商業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用，都證明了金儀盛世的CUR激流式生物反應(yīng)器是生物制藥領(lǐng)域國產(chǎn)替代的優(yōu)選項。“我們堅信在這個領(lǐng)域，無論是橫向比較還是縱向比較，CUR激流式生物反應(yīng)器都是一個明智，理性的選擇。”

解決被國外‘卡脖子’，保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全可控;國家醫(yī)保談判、國家集中采購等大背景下的降本增效要求，生物制藥裝備及相關(guān)耗材的國產(chǎn)替代都是大勢所趨。“持續(xù)為客戶提供有價值的服務(wù)，做贏一個優(yōu)秀的民族品牌始終是金儀盛世發(fā)展的核心定位!”