通过中空纤维细胞分离技术,改造连续灌流式生物反应器.pdfVIP

Conversion of Bioreactors to Continuous Perfusion Using Hollow Fiber Cell Separators Spectrum Laboratories, Inc. 1.简介 历史上，很多药品都是将细菌或酵母培养于千升级的搅拌型发酵罐内，然后分离提取的。随 着 70 年代中期 DNA 重组技术的出现及70 年代后期生物技术工业的兴起，科学家开始利用 传统的发酵系统研制新型药物。但是大多数由细菌生产的第一代重组产物并不具有生物学活 性。活性缺失的主要原因是，原核细胞不能对哺乳动物源性蛋白进行正确的翻译后修饰。 与此同时，科学家开始认识到单克隆抗体巨大的诊断和治疗潜力。生产单克隆抗体的融合杂 交瘤细胞也是动物源性的。因此，绝大部分用于诊断和治疗的生物制药都是通过哺乳动物细 （） 胞培养生产的 1 。 鉴于传统发酵罐在制药工业中长久的应用历史，以及专用于哺乳动物细胞培养的特效生物反 应器的缺乏，将现有的搅拌式细菌发酵罐转化为哺乳动物细胞生物反应器成为了一个热点 （ ） 2-4 。目前，大多数微生物发酵罐的设计适用于批量操作。对微生物发酵进行批量操作，由 于较高的细胞密度（ 109 cells/ml ）和较短的倍增时间（大多数细菌为20 min），以及细胞较 强的生命力，所以是一种相对经济的技术，也允许进行剧烈的搅拌和通气。典型的微生物批 量操作可持续5-10 天。在此期间，可生产大量的产品。 而即使在理想的培养条件下，哺乳动物细胞的生长密度也比细菌细胞低10-1000 倍，其倍增 时间一般为18-36 hr，对营养物质的需求比微生物细胞更复杂，对环境的微小变化也更敏感。 在批量模式下，培养哺乳动物细胞5-10 天，运行结束时细胞密度只能达到一般水平，因此， 产品产量通常较低。尽管改变批量操作模式（如分批补料或半连续分批）可以提高培养时间、 细胞密度和产品产量，但离理想状态还是有一定差距。 因此，哺乳动物细胞生物反应器的设计以及培养工艺的优化成为了生物制药产业重要的议题 （） 4 。优化的目标是：细胞密度、细胞活力、单位细胞产量以及培养时间最大化。为达到此目 标，必须彻底评估并精确控制培养过程的所有环节。需要考虑的因素包括：细胞系的构建、 （、 ） 培养基的配方、进料方案、生物反应器系统设计以及工艺控制方案 4 5 。 将细菌发酵罐改造成哺乳动物细胞生物反应器的想法主要基于三方面的原因。首先，搅拌罐 的使用已有相当长的时间，其设计和操作都已被广泛接受。其次，大多数用于细菌生产的发 酵罐都可以经改造后用于哺乳动物细胞生产，节约大量的设备成本。第三，大多数定制型哺 乳动物细胞培养生物反应器都很难实现用于生产的规模放大。将现有的发酵罐改造为哺乳动 物细胞生物反应器，需要做的更改包括：系统设计、叶轮设计、叶轮驱动设计、气体传输通 道设计、以及pH （酸碱度）和DO （溶解氧）控制设计。除了硬件设计外，培养工艺本身也 需要一定的更改。 哺乳动物细胞生产系统的优化，需要对细胞外环境进行严格的控制，连续灌流培养可实现此 （ ） 目的