微小型一次性生物反應(yīng)器在抗體工藝開發(fā)中的應(yīng)用

前言

 

目前，生物制藥領(lǐng)域?qū)τ谝淮涡援a(chǎn)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(yīng)器^[1]。

 

與傳統(tǒng)玻璃或不銹鋼生物反應(yīng)器相比，一次性生物反應(yīng)器能夠降低交叉污染風(fēng)險(xiǎn)，減少清潔及相關(guān)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，可以顯著降低生產(chǎn)及研發(fā)成本，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間^[2]。

 

圖1 Endura SUB^®500mL一次性細(xì)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(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足各類細(xì)胞培養(yǎng)、發(fā)酵工藝的需求。本次實(shí)驗(yàn)主要驗(yàn)證Endura SUB^®500mL（圖1）一次性細(xì)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(yīng)器無縫替換傳統(tǒng)玻璃罐的可行性。

 

方法與結(jié)果

 

使用CloudReady™（500mL）云平臺(tái)平行生物反應(yīng)器（圖2）進(jìn)行兩種不同罐體的CHO-K1抗體表達(dá)工藝實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)設(shè)置如表1所示，補(bǔ)料方案如表2所示。其中，空氣以2mL/min的通氣速率進(jìn)行恒通，DO由氧氣的通氣速率級(jí)聯(lián)控制，pH由二氧化碳（酸）通氣速率級(jí)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(tái)平行生物反應(yīng)器，左為玻璃罐體，右為Endura SUB^®一次性罐體

 

在實(shí)驗(yàn)中，兩種罐體工作體積均設(shè)定為300mL，CHO-K1細(xì)胞接種密度為5×10⁵cells/mL，兩種罐體中細(xì)胞生長(zhǎng)曲線及細(xì)胞活率變化如圖3所示，兩者生長(zhǎng)趨勢(shì)基本保持一致，最高細(xì)胞都在2.5×10⁷cells/mL左右，細(xì)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(xì)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(shí)驗(yàn)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(shì)，兩者細(xì)胞代謝情況基本保持一致。細(xì)胞生長(zhǎng)曲線和代謝曲線的一致性表明Endura SUB^®一次性細(xì)胞罐和傳統(tǒng)玻璃罐在細(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)曲線與活率變化

 

圖4 傳統(tǒng)玻璃罐與Endura SUB^®一次性細(xì)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(chǎn)量作為關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)，對(duì)于相關(guān)工藝的建立及優(yōu)化具有重要指示作用。在本次實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)诘?天開始利用生化分析儀的IGG檢測(cè)試劑盒進(jìn)行蛋白表達(dá)情況的檢測(cè)，驗(yàn)證不同罐體的培養(yǎng)過程中，最終蛋白表達(dá)結(jié)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(jì)趨勢(shì)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(chǎn)量曲線

 

結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)利用CloudReady™云平臺(tái)平行生物反應(yīng)器驗(yàn)證一次性細(xì)胞罐與傳統(tǒng)玻璃罐的平行性和一致性。通過CHO-K1細(xì)胞在兩種不同罐體中以同樣的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行培養(yǎng)，最終細(xì)胞生長(zhǎng)代謝和蛋白表達(dá)趨勢(shì)均有高度的一致性。該結(jié)果為Endura SUB^®一次性細(xì)胞罐和傳統(tǒng)玻璃罐體在生產(chǎn)及研發(fā)過程中的靈活切換提供了切實(shí)依據(jù)。

 

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

 

參考文獻(xiàn)：

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[2]田洪敏, 謝紅德, 周慧, 閆利明. 一次性使用技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國(guó)生物制品學(xué)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(yīng)用技術(shù)與工程研究中心CARE 程黃鶴 供稿