细胞培养中的pH控制

物理参数

典型的生物反应器配备了温度、压力、搅拌/摇摆、pH和溶解氧控制。

pH是一个重要的测量和控制变量即使是0.1个单位的偏差，也会显著影响培养物的生长和代谢。

细胞培养基通常使用碳酸氢钠作为缓冲剂，通过结合通入CO₂降低pH，添加碱液提高pH对pH进行严格控制。初始细胞生长阶段一般伴随着乳酸的积累，因此细胞培养初始阶段首选高pH(≥7.0)。

当乳酸积累超过了培养基的缓冲能力，pH值会向下漂移，这时需要添加碱液提高pH,添加碱液会导致培养基渗透压升高。在合成过量乳酸的细胞系中可能有风险，因为高pH、高乳酸和高渗透压级联常导致细胞生长延迟和细胞死亡加速。

当细胞停止生长时，乳酸的产生速度会大大降低，或者被消耗掉。伴随的pH向上漂移被CO₂喷射所抵消。因此，pH设定点和控制策略(如死区)与溶解的CO₂水平、用于pH控制的碱消耗以及渗透压密切相关。pH水平能在一定程度上体现细胞培养液中细胞的生长状态。

pH 控制策略的特点通常是在设定点附近有一个宽死区，允许培养物 pH 值漂移而不会触发碱或CO₂的添加，是控制渗透压或溶解CO₂的可行的替代方案。平衡 pH 值对细胞生长、乳酸合成、渗透压和溶解CO₂的影响，在工艺优化过程中作为关键考虑因素。由百林科自主生产制造的CytoLinX^® WB一次性波浪式生物反应器， 其pH控制灵敏度高，反应迅速，pH变化可级联CO₂、碱泵、酸泵实现对pH值的在线监控。

参考文献：

Feng Li,1 Natarajan Vijayasankaran,Amy(Yijuan) Shen, Robert Kiss, and Ashraf  Amanullah , Cell culture processes for monoclonal antibody production,2010 Sep-Oct; 2(5): 466–477.doi: 10.4161/mabs.2.5.12720  MAbs.

Yang J-D, Lu C, Stasny B, Henley J, Guinto W, Gonzalez C, et al. Fed-batch bioreactor process scale-up from 3 L to 2,500 L scale for monoclonal antibody production from cell culture. Biotechnol Bioeng. 2007;98:141–154. [PubMed] [Google Scholar]