來自德國克勞斯塔爾理工大學(xué)的科學(xué)家們在2019年第7期的《Processes》雜志上發(fā)表了題為“Accelerating Biomanufacturing by Modeling of Continuous Bioprocessing - Piloting Case Study of Monoclonal Antibody Manufacturing”的文章。

文中，研究人員對基于CHO細胞的、產(chǎn)量1 L/天細胞上清液，即約150g/年產(chǎn)物（單克隆抗體）的中試規(guī)模連續(xù)生物工藝進行了可行性實驗研究和模型驗證。實驗時長約6周，包括準備、啟動、批次及維持至少兩周的連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作和純度及產(chǎn)量的最終分析。實驗在使用交替式切向流過濾（ATF）進行灌流培養(yǎng)之后，成功進行了包括水兩相提取（ATPE）、超濾/洗濾（UF/DF）、含離子交換（IEX）和疏水作用（HIC）柱的的整合式逆流層析（iCCC）純化以及凍干的連續(xù)工藝處理。實驗及建模證實，連續(xù)操作穩(wěn)定且可行。

在細胞培養(yǎng)中，實驗使用中國倉鼠卵巢細胞（CHO DG44）生產(chǎn)單克隆抗體。培養(yǎng)條件為36.8℃、pH 7.1、60% pO₂、433rpm，培養(yǎng)在Sartorius Biostat B 2L生物反應(yīng)器內(nèi)進行，使用無血清化學(xué)限定培養(yǎng)基。

對于連續(xù)培養(yǎng)，使用交替式切向流過濾（ATF）灌流系統(tǒng)，進行細胞截留。灌流在活細胞密度達到2x10^6cells/mL時開始。在整個連續(xù)培養(yǎng)過程中維持體積置換率為1VVD。通過原位濁度探針，將活細胞濃度維持恒定為特定細胞濃度。

在高活性時（＞95%），濁度可用于在線監(jiān)測活細胞濃度。所以，使用在線濁度閾值來進行在線控制。操作點（4800FAU）被選擇用于活細胞濃度控制，其代表的活細胞濃度為25x10^6cells/mL。當(dāng)濁度超過閾值時，自動觸發(fā)廢棄（bleeding）泵。濾液和廢棄液流速之和等于補液流速，以維持培養(yǎng)體積。ATF泵置換體積為80.14mL，當(dāng)其以每分鐘1個泵循環(huán)運行時（一個循環(huán)定義為真空排氣并加壓置換整個泵體積），ATF流速為160 ml/min，此時可達到ATF比例為200.35（濾液體積流速和ATF流速之比）。

結(jié)果顯示，灌流培養(yǎng)達到的抗體濃度為0.34±0.05g/L（批次階段結(jié)束時）、0.70±0.06g/L（穩(wěn)態(tài)開始時）以及0.50±0.03g/L（培養(yǎng)240小時時）。較低的產(chǎn)物濃度是由于相比傳統(tǒng)灌流培養(yǎng)（14-60天），實驗中工藝的培養(yǎng)時間較短。但是，即使在較低的產(chǎn)物濃度條件下，單位體積產(chǎn)量仍達到了700.34±56.85mg/L/d（穩(wěn)態(tài)開始時）和503.20±28.45mg/L/d（培養(yǎng)240小時時）。高產(chǎn)率以及其它工藝特性（如更低的投資支出、長期的連續(xù)培養(yǎng)）增加了灌流系統(tǒng)的吸引力。

詳細實驗內(nèi)容，請參考原文。