對于早期的實驗室研發(fā)、工藝開發(fā)及優(yōu)化和臨床樣品制備，通常使用規(guī)模較小的生物反應器（0.5-20L），但將生物反應器從早期研發(fā)的小體積轉(zhuǎn)移到商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中所使用的大體積（圖1），保證工藝的放大可行性是連接實驗研發(fā)和商業(yè)生產(chǎn)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。因此，選擇合適的放大策略則是工藝開發(fā)人員面臨的重要挑戰(zhàn)。

圖1. 放大過程中使用的反應器設(shè)備示意圖

 

反應器放大計算工具

常見的放大方式有基于P/V恒定、葉尖速度恒定、K_La恒定和混勻時間恒定等；或綜合考慮多種參數(shù)進行放大研究。國際上一些有技術(shù)實力生物反應器開發(fā)和生產(chǎn)供應商會提供一些放大模擬軟件以及放大助手等工具，協(xié)助客戶快速高效的進行放大工藝參數(shù)計算，加速工藝轉(zhuǎn)移進程。

 

本次實驗使用了反應器放大計算工具（體驗方法見下文），嘗試通過P/V值恒定的放大策略，計算工作體積從300mL到2.0L的參數(shù)設(shè)置。

 

300mL為CloudReady™生物反應器（圖2），是迪必爾生物打造的MiniBox系列平行生物反應器中第六代顛覆性產(chǎn)品，主要用于各種生物工藝的高通量篩選、研發(fā)和優(yōu)化，更是將生物反應器作為一個數(shù)據(jù)化工具加速工藝進程。

 

圖2. CloudReady™平行生物反應器

 

工作體積為2L的Opti-Cell mini生物反應器（圖3）繼承了迪必爾小型生物反應器的靈活性與穩(wěn)定性，通過簡單的模塊替換或配置的變化可應用于哺乳動物細胞、植物細胞和昆蟲細胞培養(yǎng)。既滿足科研用戶應用場景多樣化的需求，也可以滿足制藥用戶合規(guī)性要求。

 

圖3. Opti-Cell mini生物反應器

 

操作流程

本次實驗工藝參數(shù)設(shè)置由 CloudReady™平行生物反應器上所獲的數(shù)據(jù)經(jīng)迪必爾自主開發(fā)的反應器放大計算軟件（圖4、圖5）依據(jù)P/V值恒定的原則計算所得進行放大驗證。計算后的主要設(shè)置如表1所示。其中，空氣恒通，DO與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。

 

表1. 工藝參數(shù)設(shè)置

圖4. 迪必爾自主開發(fā)的反應器放大計算軟件

圖5. 掃描二維碼免費體驗反應器放大計算工具

 

本次實驗使用CHO-S細胞，接種密度為5 x 10⁵ cells/mL，在Day 4時進行補料，細胞繼續(xù)快速生長，Day 5時達到本次實驗最高細胞密度1.59 x 10⁷ cells/mL，細胞活率99%。隨后由于罐內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，細胞停止生長并開始死亡，活率下降（圖6）。

 

圖6. 培養(yǎng)過程中細胞密度（VCD）和活率（Via）變化曲線

 

結(jié)論

實驗結(jié)果說明，在 CloudReady™（500mL）平行生物反應器上建立的CHO細胞培養(yǎng)工藝，通過迪必爾自主開發(fā)的反應器放大計算軟件，最終在Opti-Cell mini生物反應器上可以基本實現(xiàn)CHO細胞的放大培養(yǎng)，證明反應器放大計算軟件對于反應器工藝放大的科學指導性。但對于最終目的為表達物的生物工藝來說，需要考量的不僅僅是細胞密度和活率，還有最終的產(chǎn)量和質(zhì)量。迪必爾應用技術(shù)與工程研究中心（CARE）后續(xù)將從CQA（關(guān)鍵質(zhì)量屬性）和CPP（關(guān)鍵工藝參數(shù)）角度進一步證明該在線放大工具的可行性。

 

此外，實驗中使用的反應器放大計算工具除了可以進行放大工藝（Scale-up）參數(shù)模擬外，還支持縮小工藝（Scale-down）的模擬。后續(xù)將有更多應用案例輸出，敬請關(guān)注。