Endura SUB15L一次性生物反应器在基于CHO的细胞抗体工艺中的应用

前言
中国仓鼠卵巢细胞（CHO）是治疗性蛋白质工业生产的重要平台，被广泛应用于重组抗体药物的生产。在抗体工艺研发中，一次性生物反应器（Single-use bioreactor，SUB）具有使用灵活、交叉污染风险低、清洁验证成本低、提升生产效率^[1]等优点，受到研发和生产企业的青睐。

在之前的实验中，我们使用Endura SUB^® 3L一次性细胞罐(非浸入式DO电极）进行抗体（CHO-K1）工艺可行性验证。本次实验在Endura SUB^® 15L 一次性细胞罐进行抗体（CHO-K1）工艺可行性验证。培养过程中最高细胞密度达1.32×10⁷cells/mL，前期细胞活率维持在95%-100%之间，培养第14天检测蛋白表达量为6.63g/L。结果表明Endura SUB^® 15L一次性生物反应器能够满足抗体生产中细胞培养及蛋白表达工艺需求。

图1 D2MS设备和数据管理系统(左）+Opti-Cell mini生物反应器控制器（中）+Endura SUB^® 15L一次性细胞罐（右）

材料和方法

控制器：迪必尔生物 Opti-Cell mini 生物反应器

罐体：Endura SUB® 15L一次性细胞罐

本次实验以7.5×10⁵ cells/mL的细胞密度接种，pH、DO电极选择浸入式。空气以0.06 L/min（0.008 VVM）的通气速率进行恒通，DO由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。其他参数控制和补料控制见表1和表2。

表1 工艺控制参数设定

表 2 补料控制条件

结果和分析
本次实验细胞前期快速生长，最高活细胞密度达1.32×10⁷ cells/mL，细胞活率维持在95%～100%之间，在第14天结束培养（图2）。

葡萄糖（Glucose）浓度保持在2.49 g/L以上，保证糖的供给；并且此次培养的乳酸（Lactate）浓度在前期最高达1.35 g/L，第三天开始下降，第七天至实验结束乳酸维持在0.04 g/L～0.08 g/L（图3）。

此次培养过程二氧化碳分压（pCO₂）在19.4 mmHg～35.9 mmHg之间波动（图4）。而pCO₂如果低于临界值下限25 mmHg，对细胞以及抗体表达存在一定影响^[2]。

图2 CHO-K1 细胞生长曲线及活率变化曲线

图3 CHO-K1 细胞培养过程葡萄糖消耗曲线和乳酸盐代谢曲线

图4 CHO-K1 细胞培养过程 pCO₂及 pO₂变化曲线

图5 CHO-K1 细胞培养过程蛋白累积表达量

结论
在本次实验中，CHO-K1细胞进行了长达14天的培养，最终蛋白表达量为6.63g/L，与之前使用Endura SUB® 3L一次性细胞罐上进行的CHO-K1细胞培养实验结果一致（第14天蛋白累计表达量达到6.859g/L）。结果表明，Endura SUB^® 15L一次性细胞罐可高效进行基于CHO细胞的抗体工艺开发，支持批次培养、补料分批（流加）培养和灌流培养等多种模式。

迪必尔生物一次性罐体拥有500mL-15L罐体规格、满足150mL-10.5L工作体积的丰富产品线；传统搅拌式罐体设计保证良好的放大性，满足多种细胞培养和微生物发酵需求；可适配多种反应器控制器；丰富的配件满足各种功能需求，为当前多变的生物工艺开发提供可靠、高效的一站式解决方案。

[1] 王远山, 朱旭, 牛坤, 徐建妙. 一次性生物反应器的研究进展[J]. 发酵科技通讯, 2015, 44 (03): 56-64.
[2] Zhao Liang, Wang Chen, Wang Jiaqi, Fan Li, Chen Min, Ye Qian, Tan WenSong. Low CO₂ partial pressure steers CHO cells into a defective metabolic state.[J]. Biotechnology letters, 2023, 45(9) : 1103-1115.

应用技术与工程研究中心（CARE） 汪兴 供稿