利用生物反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)抗體抗原等產(chǎn)物是生物制品的核心技術(shù)，結(jié)合篩選馴化的高表達(dá)細(xì)胞株和精細(xì)化工藝控制培養(yǎng)過程，從而提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，但目前國(guó)內(nèi)生物反應(yīng)器在大規(guī)模應(yīng)用上仍處于起步階段，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展，利用生物反應(yīng)器進(jìn)行生物制品生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
1、生物反應(yīng)器在生物制藥中的應(yīng)用及現(xiàn)狀
1962年，Capstick等對(duì)BHK21細(xì)胞馴化實(shí)現(xiàn)懸浮培養(yǎng)，并應(yīng)用于獸用疫苗生產(chǎn)。1967年，VanWezel開發(fā)了微載體并實(shí)現(xiàn)了生物反應(yīng)器中培養(yǎng)貼壁細(xì)胞。生物反應(yīng)器中懸浮培養(yǎng)和載體培養(yǎng)標(biāo)志著細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的開始。20世紀(jì)80年代后，CHO細(xì)胞實(shí)現(xiàn)懸浮培養(yǎng)，治療性抗體生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展極大的推動(dòng)著生物反應(yīng)器在生物制藥行業(yè)的應(yīng)用，到20世紀(jì)末已進(jìn)入萬升規(guī)模。
21世紀(jì)初，隨著流加培養(yǎng)、灌流培養(yǎng)、基因工程等技術(shù)的發(fā)展，作為大規(guī)模培養(yǎng)主要設(shè)備的生物反應(yīng)器規(guī)模也趨向大型化和自動(dòng)化。當(dāng)前生物制藥的主流技術(shù)是在大型機(jī)械攪拌式反應(yīng)器中，用無血清培養(yǎng)基和灌流工藝懸浮培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)。
6大類生物技術(shù)藥中，5類是經(jīng)哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)生產(chǎn)的�，F(xiàn)代基因工程技術(shù)及生物反應(yīng)器工藝的發(fā)展，促進(jìn)細(xì)胞培養(yǎng)制藥的快速發(fā)展。國(guó)際知名廠家紛紛進(jìn)行細(xì)胞改造篩選，發(fā)展自己的細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)。反觀國(guó)內(nèi)，人用和獸用疫苗企業(yè)超過120家，應(yīng)用生物反應(yīng)器進(jìn)行生產(chǎn)的大多還是小規(guī)模的試驗(yàn)階段，與國(guó)外萬升級(jí)規(guī)模相比還較大的差距。
2、生物反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)
生物反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)主要包括高表達(dá)細(xì)胞株的改造、個(gè)性化培養(yǎng)基的定制、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、生物反應(yīng)器及配套設(shè)施的優(yōu)化等四個(gè)方面。
細(xì)胞的馴化
為了提高生物制品的產(chǎn)率和安全有效性，篩選高表達(dá)量的宿主細(xì)胞意義重大。
為實(shí)現(xiàn)馴化穩(wěn)定，通常有高密度細(xì)胞培養(yǎng)向低密度細(xì)胞培養(yǎng)，由高濃度血清培養(yǎng)逐漸向降低血清濃度培養(yǎng)。因細(xì)胞損傷后很難修復(fù)，所以馴化活力應(yīng)保持在90%以上。細(xì)胞的增殖能力直接影響產(chǎn)能，馴化時(shí)應(yīng)保持對(duì)其增殖能力測(cè)定。馴化時(shí)還應(yīng)該對(duì)其表達(dá)分泌能力進(jìn)行測(cè)定，避免馴化后的細(xì)胞表達(dá)特性發(fā)生變化。在篩選馴化過程中應(yīng)及時(shí)選擇細(xì)胞狀態(tài)好的細(xì)胞進(jìn)行凍存保種。
培養(yǎng)基的個(gè)性化定制
大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)中，維持高密度甚至無血清生長(zhǎng)，細(xì)胞培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)含量對(duì)細(xì)胞增殖和維持至關(guān)重要，不同細(xì)胞需要提高目標(biāo)生物制品的穩(wěn)定性、表達(dá)量均需要個(gè)性化培養(yǎng)基的支持，個(gè)性化培養(yǎng)基在國(guó)外生物制品生產(chǎn)已被普遍采用。
懸浮培養(yǎng)
懸浮培養(yǎng)過程是生產(chǎn)工藝的開發(fā)和過程的優(yōu)化。
選擇合適的工藝后，過程控制成為關(guān)鍵。為了保持最優(yōu)環(huán)境中培養(yǎng)細(xì)胞，需要利用在線監(jiān)控功能控制各種運(yùn)行參數(shù)。南京安曼科技提供適合于多種培養(yǎng)方式的生物反應(yīng)器及配套的精細(xì)化自控工藝，具有精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
動(dòng)物細(xì)胞對(duì)溫度敏感，需要采用合適的加熱或冷卻方式控制培養(yǎng)溫度在35-37℃，避免細(xì)胞受到損傷。動(dòng)物細(xì)胞適宜的PH生長(zhǎng)范圍一般在6.8-7.3之間，低于6.8或高于7.3都可能對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。
溶氧控制同樣重要，其范圍通常為20-60%的空氣飽和度，應(yīng)該注意通氣量，避免氣泡的破裂對(duì)細(xì)胞造成損傷，同時(shí)通氣量會(huì)影響PH值，需要綜合考慮。
培養(yǎng)過程中還要注意滲透壓，大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞適宜的滲透壓范圍是280-320mosm/kg H 2O左右，加堿控制PH值時(shí)要注意監(jiān)測(cè)。
此外，還要進(jìn)行流加方式、灌流速率及代謝產(chǎn)物的控制等，在整個(gè)工藝優(yōu)化過程中，各個(gè)參數(shù)不是單一運(yùn)行，且相互影響，需要進(jìn)行全面控制。
生物反應(yīng)器選擇
我們應(yīng)該根據(jù)細(xì)胞生產(chǎn)方式不同選擇合適的生物反應(yīng)器，并配備特定的攪拌槳葉。另外，反應(yīng)器規(guī)模能否放大是選擇反應(yīng)器的一個(gè)重要前提，放大主要通過增大體積或者增加數(shù)量。增大體積可以節(jié)約配套和人員成本，增加數(shù)量雖然操作靈活但成本高。選擇反應(yīng)器需要考慮滿足生產(chǎn)工藝和產(chǎn)能，另外，接口的標(biāo)準(zhǔn)化、配件供應(yīng)速度、售后服務(wù)質(zhì)量都是選型需要考慮的，以免造成生產(chǎn)延誤。南京安曼科技可以提供個(gè)性化需求定制的生物反應(yīng)器，全面滿足客戶從小試、中試到規(guī)模化生產(chǎn)全方位需求。
3、生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)化前景
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，快速實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)器大規(guī)模培養(yǎng)在生物制藥中只是搭建一個(gè)升級(jí)的工藝平臺(tái)，而不是最終目的，行業(yè)和企業(yè)發(fā)展的真正動(dòng)力是新藥、新工藝及配套技術(shù)創(chuàng)新。例如，無血清技術(shù)開發(fā)，利用合適的培養(yǎng)基和細(xì)胞構(gòu)建馴化實(shí)現(xiàn)貼壁細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，新宿主細(xì)胞表達(dá)品種開發(fā)，利用基因工程技術(shù)開發(fā)新抗體品種，以及生物制品相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化。
生物反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)在生物制藥行業(yè)生產(chǎn)中的升級(jí)換代是未來幾年行業(yè)重點(diǎn)，這個(gè)過程應(yīng)重視成熟技術(shù)、成功率，以減少和避免時(shí)間、資金、人力等資源的浪費(fèi)，減少機(jī)會(huì)成本，搶占市場(chǎng)先機(jī)。生物反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)的升級(jí)將導(dǎo)致行業(yè)整合與重組，生物制藥將出現(xiàn)明顯的集約化趨勢(shì)，有實(shí)力的企業(yè)將不斷以創(chuàng)新藥、新技術(shù)新工藝研發(fā)為基礎(chǔ)和核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)借助資金實(shí)力整合制造和營(yíng)銷體系，成為行業(yè)龍頭。