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东富龙之浅谈摇摆培养模式意义和前景

      1975年Kohler和Milstein发现将小鼠骨髓瘤细胞与和绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞进行融合,形成的杂交瘤细胞既可产生抗体,又可无性繁殖(形成了一类既可以产生抗体又可以进行无性繁殖的细胞),从而创立了单克隆抗体杂交瘤技术。这一技术上的突破使血清学的研究进入了一个高度精确的新纪元。

       经过几十年抗体药物的发展和创新,近年来抗体药物进入高速发展阶段,市场规模超过千亿美元。在国内单抗药物发展格局中,以2019年的上海为例,上海一直处于领先优势,近年来申报的单抗类品种近70余个,CFDA批准上市的11个自主生产抗体药物中有4个在张江核心园研发生产,占全国比重36.4%。



       随着生物医药的发展,法规及操作对于研究生产工具的要求也越来越高,对传统培养模式的挑战越来越多。采用的摇摆方式培养就是一种创新的思路,通过摇摆提供低剪切力以获得充分的混合能力,可以提供温和的细胞培养微环境,这种方式将以有利于改善细胞状态,获取更好细胞生长效果,更高的表达量。摇摆式培养能适合包括CHO、HEK293、免疫细胞类(CAR-T、TCR-T、NK等)、贴壁细胞微载体(如MSC)以及大肠杆­菌等细胞及细菌的扩增放大培养。在单抗领域,摇摆式培养也成为单克隆抗体制备种子细胞扩增生产的标准配置。

       摇摆式培养所产生的波浪式运动能够提供良好的气液混合功能,也适用于各类贴壁细胞微载体的培养。培养可以从很小的接种体积开始,等到细胞密度足够高了以后,再加入新鲜的培养液。这样可以逐步放大工作体积,无需转移液体,同时科学的波浪产生了远远小于传统罐体中用搅拌或者气升式方法所产生的剪切力,使得这种方式同样适用于高密度细胞培养和针对病人的细胞治疗。另外摇摆式培养因为采用了无菌一次性系统的思路,可以提供一个十分理想的密闭式环境,甚至对于病毒生产也得到很好应用。初始阶段采用小体积培养,随后当细胞密度提高后,不断补充新鲜培养基实现扩增,使得接种后放大培养避免在不同容器间频繁转移,能够扩增放大,快速灵活,节省硬件设备投资。目前,为使加快产品上市,以摇摆式培养为核心的快速生产线,将成为多种单抗,疫苗等生物药物规模化生产的趋势。

       摇摆方式还可以配合充足的氧气供应,和间歇或连续的补加新鲜培养基及营养物质,更便于操作,接种、放大、感染等。使昆虫细胞、植物细胞、病毒生产、单抗生产、基因治疗、生物治疗、初级细胞驯化、重组蛋白表达均可以直接通过摇摆系统在细胞袋内完成。这里所说的塑料细胞袋称之为CES-bag生物反应器。预先消过毒的一次性无菌塑料袋可以解决传统容器所常见的污染、交叉污染等状况。在应用中培养基和接种细胞处于这样一个密封、无菌条件中,在精确的温度场环境里。细胞受到的影响和危害也大大减小,扩增和活率大大提高。


      东富龙自主研发出了CES细胞扩增系统除了可用于抗体药物生产。在生物疫苗生产、质粒生产等领域也可以有具体的应用,在细胞药物生产上也会有很大的应用空间。



       系统由摇床、气体混合器和泵组成,所有组件都是通过安装在客户计算机上的软件来控制。摇床是主要单元,与托盘和一次性CES-bag生物反应器一起使用。摇床具有多种功能,其中有加热、培养混合和重量测量。气体混合器为培养提供明确组成的气体,并与CES-bag生物反应器的光学传感器一起使用,用于培养基pH和DO的在线控制。

       摇床是系统的主要硬件单元,它通过机器人关节实现摇摆运动,精准的角度和速度匹配提供混合效率,通过集成的传感器提供可靠的温度测量,并通过集成的称重传感器提供准确的重量测量。 

       托盘具有多种不同规格,用于达到100mL~100L的培养。当摇床处于倾斜位置时,托盘很容易被连接到摇床上。易于装填拆卸CES-bag细胞培养袋的人机工程学设计,在培养周期结束,便捷性很大的节约了批次发酵之间的准备时间。