云平台生物反应器助力建立BHK细胞无血清全悬浮培养工艺

在细胞基质疫苗应用领域，BHK细胞是常用的哺乳动物细胞系之一，其原始细胞株属于贴壁依赖性生长类型，经驯化后可悬浮生长^[1]。悬浮细胞更容易实现工艺放大，另外无血清培养基可提高疫苗产品的稳定性和安全性并降低生产成本^[2]。本文主要通过 CloudReady^®云平台生物反应器建立BHK细胞无血清全悬浮培养工艺，为疫苗的高效及低成本生产提供工艺研究基础。

方法与结果

反应器：CloudReady^®（500 mL）云平台生物反应器
工作体积：300 mL
细胞：BHK（Baby Hamster Syrian Kidney）细胞
接种密度：4.5×10⁵ cells/mL
温度控制：由半导体Peltier模块的加热和制冷实现无水控温。
DO控制：由氧气的通气速率级联控制，空气恒通0.008 vvm（2.4 mL/min）。
pH控制：由二氧化碳的通气速率和碱液（0.5 M NaOH）的流加速率级联控制。
进气模式：底部通气。

图1 使用CloudReady^®进行BHK细胞无血清悬浮培养

本次实验工艺参数设置如表1所示。

表1 反应器工艺参数

Day 0 ~ Day 5细胞密度及活率变化如图2所示，最高活细胞密度（VCD）为1.56×10⁷ cells/mL，前期活率维持在98%以上。

图2 细胞密度及活率变化曲线

在整个培养周期中，葡萄糖和乳酸浓度变化如图3所示，谷氨酰胺和铵离子浓度及渗透压变化如图4所示。

图3 葡萄糖和乳酸浓度变化曲线
图4 谷氨酰胺和铵离子浓度及渗透压变化曲线

随着BHK细胞的生长增殖，代谢产生大量乳酸，为维持pH值的恒定流加了大量碱液，另外补料和细胞代谢过程也导致体系渗透压偏高，Day 5检测上清液渗透压值为398 mOsm，这也是后期细胞活率降低的原因之一。

由Day 5取样镜检图像（图5）可见，BHK细胞高密度水平下仍保持单细胞均匀悬浮状态，未出现结团聚集等现象。

图5 Day 5取样镜检图

结论

本次实验结果显示，使用CloudReady^®进行BHK细胞无血清悬浮培养，最高活细胞密度（VCD）可达1.56×10⁷ cells/mL，前期活率维持在98%以上且细胞在高密度水平下仍可保持均匀悬浮状态。验证了高通量微小型生物反应器在疫苗工艺开发与优化方面应用的优势和适配性。

[1] Park S, Kim JY, Ryu KH, Kim AY, Kim J, Ko YJ, Lee EG. Production of a Foot-and-Mouth Disease Vaccine Antigen Using Suspension-Adapted BHK-21 Cells in a Bioreactor. Vaccines (Basel). 2021, 9(5): 505.

[2] Moreira J., Alves P., Feliciano A., Aunins J., Carrondo M. Serum-free and serum-containing media for growth of suspended BHK aggregates in stirred vessels. Enzyme and Microbial Technology. 1995, 17: 437–444.

关于CloudReady^®

CloudReady^®云平台生物反应器具有高度的自动化和稳定性，可确保工艺可重复；支持4×N台控制器无限制拓展，还可兼容Endura SUB^®一次性罐体。

适用于各种贴壁及悬浮哺乳动物细胞培养工艺的开发与优化，支持批次、补料、灌流等多种培养工艺。

图6 CloudReady^®（500mL，一次性罐体,16联）

反应器配套D2MS（Data & Device Management System 设备与数据管理系统），支持设备和数据管理、数据分析；用户和项目管理；DoE实验设计；APC(高级过程控制)；UDF(用户定义函数）；远程监看和控制等多种功能。

图7 D2MS（Data & Device Management System ）设备与数据管理系统

自研反应器放大计算软件（图8）可基于不同放大准则一键计算工艺参数，助力生物制品的快速工艺放大。

图8 迪必尔生物 反应器放大计算软件

应用技术与工程研究中心（CARE） 张君轩  供稿