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案例分享丨反应器放大计算工具助力工艺放大/缩小
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/S-SRFw1k-WVR0nxG9QQryA | 作者:T&J | 发布时间: 2023-08-18 | 1857 次浏览 | 分享到:
对于早期的实验室研发、工艺开发及优化和临床样品制备,通常使用规模较小的生物反应器(0.5-20L),但将生物反应器从早期研发的小体积转移到商业化规模生产中所使用的大体积(图1),保证工艺的放大可行性是连接实验研发和商业生产之间的关键环节之一。因此,选择合适的放大策略则是工艺开发人员面临的重要挑战。

前言

对于早期的实验室研发、工艺开发及优化和临床样品制备,通常使用规模较小的生物反应器(0.5-20L),但将生物反应器从早期研发的小体积转移到商业化规模生产中所使用的大体积(图1),保证工艺的放大可行性是连接实验研发和商业生产之间的关键环节之一。因此,选择合适的放大策略则是工艺开发人员面临的重要挑战。

图1. 放大过程中使用的反应器设备示意图


反应器放大计算工具

常见的放大方式有基于P/V恒定、叶尖速度恒定、KLa恒定和混匀时间恒定等;或综合考虑多种参数进行放大研究。国际上一些有技术实力生物反应器开发和生产供应商会提供一些放大模拟软件以及放大助手等工具,协助客户快速高效的进行放大工艺参数计算,加速工艺转移进程。


本次实验使用了反应器放大计算工具(体验方法见下文),尝试通过P/V值恒定的放大策略,计算工作体积从300mL到2.0L的参数设置。


300mL为CloudReady™生物反应器(图2),是迪必尔生物打造的MiniBox系列平行生物反应器中第六代颠覆性产品,主要用于各种生物工艺的高通量筛选、研发和优化,更是将生物反应器作为一个数据化工具加速工艺进程。


图2. CloudReady™平行生物反应器


工作体积为2L的Opti-Cell mini生物反应器(图3)继承了迪必尔小型生物反应器的灵活性与稳定性,通过简单的模块替换或配置的变化可应用于哺乳动物细胞、植物细胞和昆虫细胞培养。既满足科研用户应用场景多样化的需求,也可以满足制药用户合规性要求。


图3. Opti-Cell mini生物反应器


操作流程

本次实验工艺参数设置由 CloudReady™平行生物反应器上所获的数据经迪必尔自主开发的反应器放大计算软件(图4、图5)依据P/V值恒定的原则计算所得进行放大验证。计算后的主要设置如表1所示。其中,空气恒通,DO与氧气的通气速率级联控制,pH由二氧化碳(酸)通气速率级联控制。


表1. 工艺参数设置



图4. 迪必尔自主开发的反应器放大计算软件



图5. 扫描二维码免费体验反应器放大计算工具


本次实验使用CHO-S细胞,接种密度为5 x 105 cells/mL,在Day 4时进行补料,细胞继续快速生长,Day 5时达到本次实验最高细胞密度1.59 x 107 cells/mL,细胞活率99%。随后由于罐内营养物质消耗殆尽,细胞停止生长并开始死亡,活率下降(图6)


图6. 培养过程中细胞密度(VCD)和活率(Via)变化曲线


结论

实验结果说明,在 CloudReady™(500mL)平行生物反应器上建立的CHO细胞培养工艺,通过迪必尔自主开发的反应器放大计算软件,最终在Opti-Cell mini生物反应器上可以基本实现CHO细胞的放大培养,证明反应器放大计算软件对于反应器工艺放大的科学指导性。但对于最终目的为表达物的生物工艺来说,需要考量的不仅仅是细胞密度和活率,还有最终的产量和质量。迪必尔应用技术与工程研究中心(CARE)后续将从CQA(关键质量属性)和CPP(关键工艺参数)角度进一步证明该在线放大工具的可行性。


此外,实验中使用的反应器放大计算工具除了可以进行放大工艺(Scale-up)参数模拟外,还支持缩小工艺(Scale-down)的模拟。后续将有更多应用案例输出,敬请关注。


迪必尔生物 应用技术与工程研究中心(CARE) 程黄鹤 供稿