细胞灌流工艺N-1策略与案例分享

细胞灌流工艺N-1策略与案例分享

目前常用的哺乳动物细胞培养工艺主要有三种：批次培养、补料批次培养和灌流培养。不同的培养方式在培养模式和优缺点上存在差异，具体如下：

细胞灌流培养工艺的优势

细胞灌流培养是使用细胞截留装置将细胞截留在反应器中，在培养液收获的同时，连续补加新鲜培养基，从而维持恒定的细胞生长环境，并及时收获产物的一种细胞培养工艺。连续培养工艺不仅可以大幅度提高抗体药物蛋白的表达率，还可以克服细胞密度效应，比如抗体药生产中，灌流培养需要提高制备高密度细胞的效率，从而节约种子细胞扩增的时间；使用N-1策略，可以减少生物反应器放大阶数，也可以保持病毒接种和培养的批培养工艺。

细胞灌流培养工艺具有以下优点：

1. 细胞截流系统可使细胞或酶保留在反应器内，维持较高的细胞密度，提高了产品的产量。
2. 连续灌流系统，使细胞稳定的处在较好的的营养环境中，有害代谢废物浓度积累较低。
3. 蛋白可以随着培养基及时地被分离出，蛋白在反应器内停留时间短，较少受到培养体系内各种水解酶的降解作用，有利于蛋白质量的提高。这一特点，对于化学性质不稳定的蛋白，例如酶、凝血因子等生产极为有利。
4. 反应速率容易控制，培养周期较长，可提高生产率，目标产品回收率高。
5. 产品在罐内停留时间短，可及时回收到低温下保存，有利于保持产品的活性。

N-1策略及其应用

基于细胞灌流培养工艺可以实现较高的细胞密度以及考虑到节约种子培养的时间和成本等因素，可以使用较小规格的生物反应器制备高密度种子细胞，直接接种于最后一级（即N级）生物反应器进行后续的生产工艺，这种方法称之为N-1策略或高密度N-1策略。

CytoLinX® WB 系列一次性波浪式生物反应器

百林科自主研发生产的CytoLinX® WB 系列一次性波浪式生物反应器，采用先进的 PID 反馈控制技术和光纤电极光补偿技术，搭配使用CytoLinX® WB一次性使用细胞袋可实现高密度N-1种子灌流扩增培养。这款设备具备以下优势：

• 精准控制：通过精准的检测及反馈调节功能，进行准确的温度、转速、pH、DO等参数控制，并且可以实现细胞培养过程的全方位监控和数据采集。
• 低剪切力：轻柔的波浪式摇摆，将对细胞的剪切力降低，减少对细胞造成的损伤。
• 托盘可切换：设备托盘可方便置换 10L，20L，50L 培养袋，无需拆拧螺丝，简单快速完成培养袋安装操作。
• 灌流功能：支持灌流功能，泵流速具有自动校准功能，实现精准补料及收获。
• 密闭系统：减少外源性污染的风险。
• 一次性无菌耗材：采用预先辐照灭菌的细胞培养袋，杜绝污染风险，有效避免反应器的清洗和验证，缩短工艺开发和生产周期。

百林科提供的 CytoLinX® WB 系列一次性细胞培养袋内置灌流内膜，可根据不同类型客户的需求选配不同孔径的截留内膜，从而实现对细胞的有效截留。

N-1 高密度策略的优化案例

培养设备：

CytoLinX® WB 10L一次性波浪式生物反应器

培养耗材：

CytoLinX® WB 10L一次性细胞培养袋

细胞类型：

CHO细胞

摇瓶扩种后接种至WB反应器进行培养，细胞接种至WB反应器后前两天进行种子扩增，细胞密度大于2×10⁶ cells/ml后开启灌流，进行日常取样监测，根据细胞生长情况调整灌流速度。

经过2天种子扩增和7天灌流培养后，细胞生长趋势如下：

第九天时，细胞密度达到119×10⁶ cells/ml，整个培养过程细胞活率一直保持大于95%以上，细胞生长状态良好。

由此可见，CytoLinX® WB 一次性波浪式生物反应器搭配使用CytoLinX® WB一次性使用细胞袋，能够成功实现高密度N-1种子灌流扩增培养。

此外，CytoLinX® WB 一次性波浪式生物反应器也广泛应用于其他细胞和工艺的培养。

参考文献

1. Development and optimization of perfusion process for mammalian cell culture. Chinese Journal of Biotechnology, 2020, 36(6): 1041-1050.
2. 哺乳动物细胞灌流培养工艺开发与优化
3. 张琼琼, 方明月, 栗军杰, 等. 哺乳动物细胞灌流培养工艺开发与优化. 生物工程学报, 2020,36(6):1041-1050