CHO细胞灌流工艺缩小模型的开发策略

近年来，生物制药行业对连续生产工艺兴趣不断增加，细胞灌流培养工艺作为其重要组成部分，越来越受到行业重视。灌流培养通过不断补充新鲜培养基并移除废液，维持细胞在最佳生长状态，细胞密度可达流加培养的5-10倍，显著提升单位体积产率。此外，灌流培养减少了细胞应激和代谢废物积累，产物糖基化等关键质量属性更稳定。

图1 灌流培养示意图[1]

灌流培养过程涉及诸多工艺参数，如灌注速率、细胞密度、温度、pH等。在实验室规模的研究及优化过程中，灌流培养最小规模通常要达到生物反应器级别，该模式复杂且需消耗大量细胞培养基，增加了工艺开发成本。为此，优良且成熟的小体积模型开发十分必要。

常见scale-down模型有: 多平行自动化系统，如Ambr 250 Perfusion系统，可实现多个培养单元的平行操作，精确控制培养条件，数据可放大性高，适合工艺表征和关键工艺参数研究；微载体灌流系统，如CloudReady™系统，其高密度微载体灌流工具可完美集成至系统，适用于多种商业化微载体，广泛适用于病毒类疫苗，干细胞，蛋白表达等领域；还有更经济、高效的摇管/摇瓶系统等。

‌灌流摇管缩小模型是一种以摇管为基础，以半连续操作模式模拟生物反应器灌流培养过程的小型化模型。旨在通过较小的规模，对细胞培养的关键参数和过程进行研究与分析，为大规模生物反应器的灌流培养提供数据支持和优化方向。以此模型为例，介绍小体积半连续灌流培养操作。细胞接种于50 mL TPP，当细胞密度达到灌流起始密度时，开始每日更换灌流培养基。若细胞数量超出特定目标值，需进行去除过量细胞的bleed操作，以维持细胞密度在合适范围。接着将剩余细胞进行离心沉降，使细胞与上清液分离。随后收获无细胞的上清液。最后，把沉降后的细胞重悬于新鲜培养基中，完成一次灌流操作。

图2 摇管模型示意图[2]

摇管模型虽看起来操作简单，仍有许多细节需要注意。例如，建议在实验开始前摸索细胞峰值密度，当细胞在固定灌流条件下密度不再增长，此时认为细胞已达此工艺下的密度峰值，将细胞密度维持在细胞峰值的80-90%左右，并以此为均值进行bleed操作；细胞特异性灌流速率（CSPR）是指单个细胞每天可获得的新鲜培养基体积，建议正式实验开始前，摸索合适的CSPR：按照不同CSPR计算所需更换的体积，将各管中的细胞悬液离心，取出相应体积的上清并补入相同体积的新鲜培养基重悬细胞后继续培养，通过监测细胞生长、产物表达等指标确定合适的CSPR，此步骤可最大程度上减少培养基消耗，且研究表明CSPR对细胞生长状态有显著影响，与抗体蛋白表达密切相关。

图3 DurePro® HD灌流培养基摇管条件下生长曲线

图4 DurePro® HD灌流培养基表达量

（灌流速率1 VVD，单日蛋白表达水平最高可达流加批式产量的80%）

在生物制药行业，摇管半连续灌流模型可用于前期克隆以及培养基筛选、工艺参数优化等工作，大幅减少培养基消耗，降低实验成本。摇管模型尽管规模较小，但能在一定程度上重现灌流培养过程的关键特征，如支持高细胞密度以及长时间培养的能力，通过该模型获得的数据可为后期大规模生产提供参考，降低大规模生产风险。

灌流培养基作为灌流培养工艺的核心组成部分，需提供充足的营养和代谢调控能力，以维持细胞在高密度下的持续增值与产物表达，减少乳酸等抑制性代谢物的积累。由于以往市场上缺乏针对灌流工艺优化的目录化培养基产品，多数情况下，企业只能采用基础培养基混合补料培养基的形式。这种灌流培养基混合形式虽然给予了操作人员更大的灵活性，但是常因混合后pH较高导致析出，稳定性较差，需频繁配制，反复配制不仅增加人力成本，还会带来批间差异。因此，开发出一款既要满足细胞快速消耗的营养需求，又要控制代谢副产物的积累的灌流培养基显得尤为重要。

烟台赛普生物现推出两款DurePro® HD、DurePro® EZ灌流培养基，可适用于各类CHO细胞（CHO-K1、QuaCell® CHO-K1Q、Merck CHOZN®、CHOSOURCE™ CHO-K1、CHOK1SV GS-KO®、CHO-DG44）的灌流培养，普适性较强。

图5 DurePro®系列灌流培养基

两款灌流培养基化学成分限定，无蛋白及生长因子，专为N级阶段连续蛋白生产研制，可确保产品质量符合监管要求。将传统三组分培养基（基础+主补料+副补料）浓缩为单一配方，使干粉培养基配制更加灵活、高效。营养物质丰富，无需额外混合补料培养基或在灌流中进行流加操作。单细胞产量高，降低单批次成本。两款培养基液体可在2-8℃下可稳定保存6个月，室温及37℃条件下可稳定保存超过30天，降低培养基组分析出可能导致的细胞截留装置堵塞风险。

DurePro®系列灌流培养基，有效解决营养耗竭、代谢抑制、细胞状态波动等核心难题，以卓越性能助力客户提升生产效率，降低综合成本，让您的灌流生产更省心、更优质、更经济。

样品试用

欢迎新老客户扫描下方二维码免费获取试用装，解锁您灌流工艺的更高潜能！

参考文献：

[1] Liang K , Luo H , Li Q .Enhancing and stabilizing monoclonal antibody production by Chinese hamster ovary (CHO) cells with optimized perfusion culture strategies[J].Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2023, 11(1):10.DOI:10.3389/fbioe.2023.1112349.

[2] Perfusion Cell Culture Processes for Biopharmaceuticals Process Development, Design, and Scale-up

关于赛普生物

烟台赛普生物技术有限公司（CelluPro，Ltd）是专业从事高品质哺乳动物细胞用无血清培养基开发、生产（代生产）和销售的现代化高新技术企业，已顺利通过ISO13485医疗器械体系认证、ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证，可满足客户从早期开发到商业化生产各阶段的培养基加工及培养基代加工需求。

关注赛普生物