生物反應器助力細胞培養(yǎng)過程技術的創(chuàng)新和變革
在生產(chǎn)復雜蛋白質(zhì)上，哺乳動物細胞擁有巨大潛力，可以實現(xiàn)翻譯后修飾，這是微生物細胞所不具備的。Cell culture bioprocessing - the road taken and the path forward介紹了細胞培養(yǎng)過程技術的創(chuàng)新和變革，這些創(chuàng)新促進了哺乳動物細胞蛋白質(zhì)治療的成功。隨著新一代細胞和基因治療產(chǎn)品的出現(xiàn)，新的工藝技術將有助于這些產(chǎn)品的生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)力和確保穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。
傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)工藝需要首先不斷擴大懸浮培養(yǎng)種子細胞的反應器體積，直到細胞擴增至足夠數(shù)量才能轉移接種至下游生產(chǎn)反應器。該過程雖然與微生物發(fā)酵十分相似，但由于哺乳動物細胞生長營養(yǎng)需求的獨特性，因此往往需要更長的時間以及更復雜的培養(yǎng)基。哺乳動物細胞培養(yǎng)通常會連續(xù)持續(xù)10天以上，而微生物發(fā)酵則只需要1-2天。并且在生產(chǎn)過程中，需要實施在線對DO、pH和溫度等關鍵工藝參數(shù)進行監(jiān)測，對葡萄糖、乳酸和二氧化碳等代謝物濃度需要進行離線監(jiān)測。
過去幾年，規(guī)模經(jīng)濟效應一直受到動態(tài)的宏觀因素影響，導致有觀點認為在疫苗這類藥品的營銷上沒有合適的經(jīng)濟模式（由于疫苗供需關系短期內(nèi)波動巨大）。大量事實證明各種商業(yè)化的過程控制方案的創(chuàng)新在長期看來都將會取得成功。未來的趨勢表明膜技術、傳感器技術、一次性生物反應器、先進工業(yè)控制軟件和符合當下的“云”服務商業(yè)模式正越來越多地被使用和被重視。
過去大多數(shù)細胞培養(yǎng)工藝采用補料分批式培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中加入濃縮的營養(yǎng)物質(zhì)以提高細胞密度延長生產(chǎn)周期。近20年的工藝技術提升帶動了細胞密度和產(chǎn)物濃度的進一步提高。與內(nèi)置或外置細胞截留裝置結合的連續(xù)培養(yǎng)是產(chǎn)物穩(wěn)定性差或產(chǎn)量低時備受關注的解決方案。近10年中，體積更小的一次性反應器和連續(xù)培養(yǎng)受到了越來越多的關注。
目前，大多數(shù)生物產(chǎn)品工業(yè)化過程均依賴于經(jīng)典的控制方法（行業(yè)占比90%以上）。隨著生產(chǎn)擴大和優(yōu)化，在生物制藥和營養(yǎng)保健品行業(yè)生物過程的監(jiān)測和控制（如轉基因生物的發(fā)酵和下游加工）變得越來越復雜，當前控制系統(tǒng)技術的不足之處越來越明顯。隨著復雜性、非線性程度和數(shù)字化程度的增加，迫切需要更有效的先進過程控制。使用具備高通量技術和云技術的下一代一次性生物反應器意味著更少的資金、時間成本投入以及更低的失敗風險。迪必爾MiniBox/OptiCell系列靈活通用型控制器可以任意切換不同規(guī)格的玻璃或一次性罐體，這大大地提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，同時又提高了操作的靈活性。
迪必爾Endura®系列一次性罐體搭配OptiCell mini系列控制器
迪必爾Endura®系列一次性罐體復制下方鏈接至瀏覽器獲取Endura®系列一次性產(chǎn)品資料
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密碼：wmcE
（請聯(lián)系您的迪必爾工作人員進一步了解產(chǎn)品信息）
所配置的Endura®系列一次性罐體支持連續(xù)培養(yǎng)，連續(xù)培養(yǎng)可以在較穩(wěn)定的狀態(tài)下運行，細胞的生理狀態(tài)隨時間保持恒定，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。與分批培養(yǎng)中的最大生長速率相比，連續(xù)細胞培養(yǎng)工藝生長速率通常相對較慢。較慢的生長速率有助于細胞切換至低糖酵解通量狀態(tài)。有研究采用的一種改良灌流培養(yǎng)策略是通過降低溫度或添加生長抑制性戊酸來減緩細胞生長，從而減少特異性乳酸生產(chǎn)、提高特異性氨生產(chǎn)，提高單克隆抗體（mAb）產(chǎn)量。
70年前用于生產(chǎn)口蹄疫疫苗的貼壁細胞被馴化成懸浮細胞，實現(xiàn)了貼壁細胞的懸浮培養(yǎng)工藝。而新型冠狀病毒（COVID-19）的出現(xiàn)使得市場重新關注起了病毒性疫苗技術。與此同時，治療性的免疫細胞和干細胞開發(fā)也在加速進行。生產(chǎn)自體細胞治療產(chǎn)品的工藝需要具備較高的個性化和靈活性，以適應不同細胞和不同培養(yǎng)體積的需求。個性化的工藝需要借助自動化來加速開發(fā)過程同時節(jié)省成本，對于細胞治療、疫苗和病毒載體生產(chǎn)，細胞培養(yǎng)工藝與生物藥的生產(chǎn)過程非常相似，重點是部署一次性設備，實現(xiàn)高細胞密度培養(yǎng)。
MiniBox系列 CloudReady“云”賦能微型反應器平臺可搭配一次性硬質(zhì)罐體
迪必爾基于QbD數(shù)字化生物工藝開發(fā)平臺，利用高通量技術和云技術，擁有一系列應用于細胞培養(yǎng)、微生物發(fā)酵可拓展/即時響應式的生物反應器，搭配OptiCell mini系列控制器、MiniBox CloudReady平行生物反應器控制器，可自由切換玻璃和一次性罐體。適用于疫苗、抗體、基因治療、細胞治療、合成生物學等領域。可實現(xiàn)數(shù)字化生物產(chǎn)品工廠海量高質(zhì)量數(shù)據(jù)智能采集與分析，具備遠程視頻流監(jiān)控，幫助您輕松實現(xiàn)實驗室可視化自動化，大幅提高平臺工藝開發(fā)的能力。
參考文獻：
1. Jenny Shupe, An Zhang, Daniel C. Odenwelder, Terrence Dobrowsky, Gene therapy: challenges in cell culture scale-up, Current Opinion in Biotechnology, Volume 75, 2022, 102721, ISSN 0958-1669, https://doi.org/10.1016/j.copbio.2022.102721.
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