隨著生物制藥行業的成熟，提高靈活性和生產率、加快上市時間正在推動使用一次性生物反應器（Single-use bioreactor，SUB）取代傳統的玻璃或不銹鋼產品。在生物制藥行業中使用SUB可以顯著提升制造和研發過程的效率，提高資金利用率，增強研發及生產部門的靈活性，減少啟動時間和成本，消除交叉污染的風險。

此外，它還顯著降低了液體原料的浪費、勞動力成本以及現場質量和驗證要求。尤其在快速發展的抗體領域中，可實現從研發到生產的快速銜接。本次案例驗證了Endura SUB^® 系列一次性生物反應器（圖1）將抗體工藝從500mL放大至3L的可行性，為工藝開發人員提供參考。
 

圖1 Endura SUB^® 3L一次性細胞罐

方法與結果

使用搭載D²MS系統的Opti-Cell mini系列生物反應器及Endura SUB^® 3L一次性細胞罐（圖2）進行CHO-K1抗體表達工藝實驗。實驗工藝參數和補料策略根據該細胞株在CloudReady™500mL優化的結果設置（表1，表2）。其中，空氣以10mL/min（0.07VVM）的通氣速率進行恒通，DO由氧氣的通氣速率級聯控制，pH由二氧化碳（酸）通氣速率級聯控制。在完整的培養周期中，各參數控制均可靠且穩定。

圖2 搭載D²MS系統的Opti-Cell mini系列生物反應器(左)和Endura SUB^®3L罐體（右）

結果與分析

本次實驗中，培養周期內細胞的生長曲線及活率變化曲線如圖3所示。培養過程中細胞前期快速生長，最高細胞密度達1.88×10⁷cells/mL，同時細胞活率維持在95%-100%之間，至第15天結束批次時細胞活率降至82%。葡萄糖及乳酸代謝曲線如圖4所示，在培養過程中葡萄糖快速消耗，乳酸先累積再消耗。

圖3 細胞生長曲線及活率變化曲線

圖4 葡萄糖及乳酸代謝曲線

抗體表達量是抗體工藝中的關鍵目標參數之一，對于抗體工藝的建立與優化具有重要指導作用。在實驗進行至第8天時，進行蛋白表達量的相關檢測，并記錄表達量（圖5）。第8天至第15天，抗體產量逐漸增加，在第15天時表達量達到2.98g/L，表明在一次性細胞罐Endura SUB^®3L中CHO-K1細胞同樣能夠正常完成相關抗體蛋白的合成。
 

圖5 蛋白累計表達量

結論

在本次實驗中，CHO-K1細胞在Endura SUB^® 3L一次性細胞罐內生長正常且活率維持較好，最終抗體滴度相比500mL工藝（2.40g/L）提升了20%。實驗結果表明，Endura SUB^® 3L一次性細胞罐能夠在抗體工藝中替代傳統玻璃罐，加速抗體工藝開發流程。

相關文章：微小型一次性生物反應器在抗體工藝開發中的應用

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, 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 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.

應用技術與工程研究中心CARE 程黃鶴 供稿