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细胞培养扩增技术(传统细胞培养扩增的挑战)

2022-02-18 10:35:47
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  用于生物治疗开发的细胞培养扩增传统上涉及一系列易受污染的耗时、劳动密集型的分批培养。使用灌注过程进行细胞培养扩增有望实现轻松的可扩展性,确保高生产率提高,并在大规模生物制造过程中节省时间和成本。

  细胞培养是生物技术领域的重要工具。应用范围从基础研究中的体外研究和为临床研究生成细胞库,到生产用于人类的生物疗法。

  小型实验室和全球生物制造公司都在不断优化细胞培养扩增方法,以便以最安全、最具成本效益的方式高效生产大量活细胞。

  保持细胞健康和活力的诀窍是提供最佳的物理环境。为了产生按预期生长的细胞,需要保持合适的温度、pH、生理摩尔浓度、氧气供应和二氧化碳压力。此外,必须防止剪切应力——一种导致细胞破裂的力。

  尽管转向更大的规模,但在生物制造环境中,同样的要求也适用。制造中的细胞培养扩增通常涉及“扩增种子培养”。该种子培养系统使用一系列逐渐增大的细胞培养系统,有助于增加活细胞数量以产生目标细胞数量。

  传统细胞培养扩增的挑战

  传统上,整个细胞扩增过程大约需要三到四个星期,从将一小瓶活细胞转移到一系列摇瓶中开始。细胞从烧瓶移入摇摆生物反应器,然后移入搅拌罐。接下来,将细胞转移到最终的种子生物反应器,也称为 N-1 生物反应器。最后,细胞被转移到生产生物反应器中,产生所需的细胞体积。

  生产生物反应器的最后阶段跨越 10 至 14 天。大部分细胞培养扩增过程和产品形成都发生在这个最终的生产生物反应器中。因此,这个阶段限制了整个细胞扩增过程的速度,并在生产工厂的产量方面造成瓶颈。

  除了劳动和时间密集之外,这种传统细胞培养扩增过程的另一个限制是手动操作的转移阶段,这增加了污染的风险。

细胞扩增

  灌注 N-1:细胞培养成功扩增的关键

  科学家们提出了两种克服这些挑战的方法。首先,通过减少扩增种子序列中的转移阶段数量,其次,通过将更高密度的细胞培养物引入生产生物反应器。

  单独完成这两项改进的一种方法是以灌注模式运行 N-1 生物反应器,这被称为 N-1 灌注过程。

  在 N-1 灌注期间,细胞在倒数第二个生物反应器内的专用一次性生物反应器袋中保留和培养。初始阶段被一个 持续供应新鲜细胞培养基的生物反应器取代,该培养基针对高细胞活力和生长进行了优化。

  “在生物反应器中灌注细胞模拟了灌注体内器官的概念,一端提供新鲜营养,另一端去除代谢废物,” Cytiva 战略技术和业务发展负责人 Andreas Castan 说。


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