微小型一次性生物反應器在抗體工藝開發(fā)中的應用

前言

 

目前，生物制藥領域對于一次性產品越來越青睞，約有2/3的新生物工藝都選擇使用一次性生物反應器^[1]。

 

與傳統(tǒng)玻璃或不銹鋼生物反應器相比，一次性生物反應器能夠降低交叉污染風險，減少清潔及相關驗證的環(huán)節(jié)，可以顯著降低生產及研發(fā)成本，縮短產品上市時間^[2]。

 

圖1 Endura SUB^®500mL一次性細胞罐

 

迪必爾生物工程（上海）有限公司推出的一次性罐體Endura SUB^®系列，符合cGMP標準，能夠滿足各類細胞培養(yǎng)、發(fā)酵工藝的需求。本次實驗主要驗證Endura SUB^®500mL（圖1）一次性細胞罐與傳統(tǒng)玻璃罐在抗體工藝中的一致性表現(xiàn)，研究一次性生物反應器無縫替換傳統(tǒng)玻璃罐的可行性。

 

方法與結果

 

使用CloudReady™（500mL）云平臺平行生物反應器（圖2）進行兩種不同罐體的CHO-K1抗體表達工藝實驗。實驗工藝參數(shù)設置如表1所示，補料方案如表2所示。其中，空氣以2mL/min的通氣速率進行恒通，DO由氧氣的通氣速率級聯(lián)控制，pH由二氧化碳（酸）通氣速率級聯(lián)控制。在完整的培養(yǎng)周期中，各參數(shù)控制均可靠且穩(wěn)定。

 

圖2 CloudReady™云平臺平行生物反應器，左為玻璃罐體，右為Endura SUB^®一次性罐體

 

在實驗中，兩種罐體工作體積均設定為300mL，CHO-K1細胞接種密度為5×10⁵cells/mL，兩種罐體中細胞生長曲線及細胞活率變化如圖3所示，兩者生長趨勢基本保持一致，最高細胞都在2.5×10⁷cells/mL左右，細胞活率變化也基本保持一致，前期都維持在97%-100%之間，在培養(yǎng)后期第13天開始出現(xiàn)細胞活率下降的現(xiàn)象。從葡萄糖和乳酸代謝曲線上（圖4），也可以明顯看出兩種不同罐體在相同的實驗條件下，葡萄糖都是處于不斷消耗，乳酸先累積后消耗的趨勢，兩者細胞代謝情況基本保持一致。細胞生長曲線和代謝曲線的一致性表明Endura SUB^®一次性細胞罐和傳統(tǒng)玻璃罐在細胞培養(yǎng)層面，無明顯差異。

 

圖3 玻璃罐與Endura SUB^®一次性罐體中的細胞生長曲線與活率變化

 

圖4 傳統(tǒng)玻璃罐與Endura SUB^®一次性細胞罐中的葡萄糖和乳酸濃度變化曲線

 

在抗體行業(yè)中，最終抗體蛋白產量作為關鍵質量參數(shù)，對于相關工藝的建立及優(yōu)化具有重要指示作用。在本次實驗中，我們在第8天開始利用生化分析儀的IGG檢測試劑盒進行蛋白表達情況的檢測，驗證不同罐體的培養(yǎng)過程中，最終蛋白表達結果的一致性。由圖5可以看出，兩種不同的罐體后期蛋白累計趨勢也保持較好的一致性，均在8-13天不斷累積，在13-14天累積速率減緩。

 

圖5 不同罐體Titer產量曲線

 

結論

本實驗利用CloudReady™云平臺平行生物反應器驗證一次性細胞罐與傳統(tǒng)玻璃罐的平行性和一致性。通過CHO-K1細胞在兩種不同罐體中以同樣的實驗條件進行培養(yǎng)，最終細胞生長代謝和蛋白表達趨勢均有高度的一致性。該結果為Endura SUB^®一次性細胞罐和傳統(tǒng)玻璃罐體在生產及研發(fā)過程中的靈活切換提供了切實依據(jù)。

 

同時，Endura SUB^®一次性罐體配合CloudReady™高通量平行生物反應器可以快速執(zhí)行DoE，進一步提高工藝開發(fā)效率。

 

參考文獻：

[1]Dominik Stephan. 生物藥生產助推器：一次性技術[J]. 流程工業(yè), 2022, (S1): 28-30.

[2]田洪敏, 謝紅德, 周慧, 閆利明. 一次性使用技術在生物制藥領域的應用進展[J]. 中國生物制品學雜志, 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.

 

應用技術與工程研究中心CARE 程黃鶴 供稿