生物反应器的放大

反应器的优化和放大，通常需要在产品质量可接受的范围内，先对培养操作参数进行优化，才可以实现产品的高表达。

这些参数包括温度、气体流速和搅拌速度、溶解氧和CO₂、pH、渗透压摩尔浓度、氧化还原电位。活细胞浓度、活力常用于确定培养物的生理状态。

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图1

图1.说明了细胞培养操作策略和参数对培养环境条件的影响，如溶解氧(DO)， pH，渗透压，溶解CO₂，混合，流体动力剪切，以及环境如何影响过程性能的测量，如细胞生长，代谢物浓度，产品滴度和产品质量。

当我们考虑扩大规模时，应先保持小规模的工艺性能。大规模细胞培养过程由许多单元操作组成，包括种子培养、接种培养和生产运行（见图2.)每个步骤都有其关键的工艺性能指标，如细胞生长、活力和滴度，以及适当的产品质量属性。工艺放大的成功通常由这些符合预定义标准的关键工艺指标和产品质量属性来衡量。

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图2.大规模细胞培养工艺步骤及其关键工艺性能参数

降低将高密度小工艺扩大到大规模生物反应器的难度，需要通过提供足够的氧气和CO2，选择适当的大规模生物反应器操作参数来实现。

生物反应器操作参数可分为体积依赖性参数，如工作体积、进料体积、搅拌、曝气量。非体积依赖性参数，如pH、溶解氧、温度。

一般放大的策略都是按比例放大与体积相关的参数，同时保持与体积无关的参数在小尺度过程中使用的相同设定点，一些体积相关的参数由于生物反应器的几何形状、液面体积比、气体状态和控制能力的差异，即应用非线性效应，难以线性放大/缩小。

在生物反应器放大过程中，搅拌和曝气是需要适当放大的两个重要条件，以实现不同规模的工艺性能比较。

调整搅拌以提供充分的混合和氧的质量传递，并且通常使用相同的比能量耗散率进行缩放，而调整曝气以适当供应氧气和去除多余的CO₂。

CO₂的去除取决于许多因素，包括碳酸氢盐浓度、曝气和搅拌速率、气泡大小以及叶轮的类型和位置。在小型生物反应器中，操作参数的可操作范围通常很宽，因为即使在相对较低的搅拌速度下，混合通常也不是问题，而且由于较大的表面体积比，溶解的CO2去除也很有效。但在大型生物反应器中，这些参数需要仔细选择。因为与搅拌相关的剪切力，例如叶轮尖端速度和与曝气相关的CO2积累，可能会随着规模的扩大而增加。

除了大规模生物反应器的操作挑战，细胞培养工艺规模化的其他常见陷阱包括原料批次到批次的变化、培养基制备的一致性、培养基保持稳定性，以及在漫长的生产过程中细胞系的稳定性。

这些问题通常可以使用缩小模型来识别

一个合格的细胞培养缩小模型能够在小范围内重现大规模工艺性能，为评估和解决大规模系统的任何意外性能问题提供了关键信息除生产支持外，该模型还可用于工艺表征和验证实验，以研究工艺操作参数的可接受范围，并确定关键操作参数。

百林科生产生物反应器型号囊括50L到2000L体积，各种生物反应器可满足生物制药工艺需求。同时，提供灵活定制服务，定制预先设计完成好的罐体形状，更好的适用于工艺放大。

基于放大经验积累模拟，百林科生产玻璃罐反应器（1L到20L）能够满足小规模实验室体积细胞培养，实验室规模从传统的摇瓶或wave培养替换为玻璃罐培养从各个体积玻璃罐培养的放大培养积累工艺放大经验，找寻更好的放大工艺参数。

CytoLinX^® GB玻璃台式生物反应器

特点：

▸ 可配置性强：灵活性强，适配度高，更多选择让工艺开发和表征更加灵活（并可根据需求提供/支持工艺放大的各种玻璃罐体积）。

▸ 应用领域广：可根据客户的特殊工艺要求制作，同样适用于ADC和mRNA领域。

▸ 耐用性强：罐体采用高硼硅玻璃，保证耐高温，耐腐蚀性好，易清洁。

▸ 稳定性高：设备控制稳定，温度，DO,pH联动控制效果好。

▸ 选择性多：根据不同工艺大泡，微泡均可选择，满足多种工艺要求。

百林科CytoLinX^® BR一次性罐体式生物反应器 图片4.png

特点：

▸ 罐体形状结构良好，功能齐全，单个控制柜可通过插拔控制多台反应罐，实现成本的大幅度降低（根据工艺需求可提供不同大小反应罐体积，支持工艺放大）。

▸ 采用稳定的PCS7系统，符合ISA 88控制系统，可实现全厂控制。

▸ 软件设计符合21 CFR Part 11，界面用户友好。

▸ 配置灵活，可根据用户需求进行部分定制。

▸ 设备配件均采用进口高端品牌，并经过出厂检测保证正常使用。

▸ 配套使用一次性生物反应袋底通大泡、中泡、微泡可选，满足多种工艺需。

参考文献：

1、Feng Li,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.

2、Zhu MM, Goyal A, Rank DL, Gupta SK, Boom TV, Lee SS. Effects of elevated pCO2 and osmolality on growth of CHO cells and production of antibody-fusion protein B1: A case study. Biotechnol Prog. 2005;21:70–77. [PubMed] [Google Scholar]

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