一次性攪拌生物反應(yīng)器的特點(diǎn)及應(yīng)用

工藝開(kāi)發(fā)與控制（質(zhì)量屬性和關(guān)鍵工藝控制）的有效工具

在過(guò)去十年中，一次性生物反應(yīng)器已被廣泛接受作為替代傳統(tǒng)的不銹鋼或玻璃生物反應(yīng)器，應(yīng)用于藥物生產(chǎn)和工藝開(kāi)發(fā)。在生物制藥行業(yè)，玻璃生物反應(yīng)器主要應(yīng)用于工藝開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，也會(huì)作為工藝參數(shù)確證的比例縮小模型。所以無(wú)論是重復(fù)性還是一次性反應(yīng)器，重現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器的設(shè)計(jì)特征對(duì)實(shí)現(xiàn)上游目的具有極其重要的意義。2-L，5-L和10-L工作體積的攪拌式生物反應(yīng)器已在整個(gè)行業(yè)中獲得了廣泛的認(rèn)可與接受。其中，2-L體積反應(yīng)器是工藝開(kāi)發(fā)的主要設(shè)備，作為代表性的比例縮小模型，這類(lèi)反應(yīng)器易于操作，且具有足夠大的取樣體積。

提高藥物開(kāi)發(fā)效率

工藝開(kāi)發(fā)期間的時(shí)間表和工作量可能會(huì)發(fā)生顯著的改變。在整個(gè)工藝開(kāi)發(fā)周期內(nèi)一直保持足夠可用的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器數(shù)量也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。對(duì)玻璃容器進(jìn)行清潔、安裝以及高壓滅菌等操作都需要占據(jù)實(shí)驗(yàn)人員額外的時(shí)間和精力，使他們陷于日常的維護(hù)，而無(wú)法執(zhí)行其它更有價(jià)值的工作。對(duì)工藝開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室而言，增加一次性反應(yīng)器可以與玻璃容器互換使用，在實(shí)驗(yàn)高峰或維護(hù)期提供了顯著的靈活性，使得生物反應(yīng)器控制器的停機(jī)時(shí)間降低至了最少。

表1對(duì)比了玻璃和一次性反應(yīng)器，預(yù)計(jì)一次性生物反應(yīng)器的控制器運(yùn)行時(shí)間比玻璃反應(yīng)器提升25%。如果不使用一次性反應(yīng)器，則需要增加玻璃反應(yīng)器的數(shù)量以達(dá)到同樣的主機(jī)使用率；不過(guò)這樣做需要付出更多的改變和成本。此外，當(dāng)使用微載體時(shí)，一次性生物反應(yīng)器能夠避免麻煩且有害的硅化操作。一次性臺(tái)式生物反應(yīng)器從根本上減輕了實(shí)驗(yàn)室工作人員的日常維護(hù)工作，就如20年前在哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中引進(jìn)一次性搖瓶一樣。

模擬成熟玻璃反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

玻璃生物反應(yīng)器已被使用了數(shù)十年，且 已被證明是不銹鋼和最新的大規(guī)模一次性攪拌反應(yīng)器可靠的比例放大和縮小模型。UniVessel®一次性培養(yǎng)容器模擬了傳統(tǒng)玻璃臺(tái)式生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，以確保新獲取的數(shù)據(jù)與以前使用玻璃 系統(tǒng)時(shí)所獲得的數(shù)據(jù)具有可比性。每臺(tái)設(shè)備交付前均經(jīng)過(guò)輻照滅菌，所以開(kāi)箱即可使用。它配備了非侵入式的一次性pH和溶解氧（DO）電極，因此無(wú)需細(xì)胞培養(yǎng)前在層流超凈臺(tái)中將傳統(tǒng)電極裝入反應(yīng)器中（照片1）。最初，一次性系統(tǒng)面臨可靠性和耐用性的挑戰(zhàn)——尤其是pH檢測(cè)光化學(xué)貼片元件。但如今一次性貼片在化學(xué)與控制方面的顯著改善，已能夠確保反應(yīng)器的可靠性和耐用性（1）。

輕松升級(jí)現(xiàn)有控制器

UniVessel一次性容器可以輕松集成至全新或是現(xiàn)有的生物反應(yīng)器控制裝置中，減少了從臺(tái)式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一次性系統(tǒng)的投資成本。另外，還可以通過(guò)UniVessel®連接盒集成一次性電極信號(hào)控制pH值。它免除了傳統(tǒng)電極的安裝，不再需要繁瑣又具風(fēng)險(xiǎn)的操作。此外，在更大規(guī)模 的Biostat® STR一次性生物反應(yīng)器中也采用了同樣的光學(xué)電極和pH與DO測(cè)量方法。圖1和2通過(guò)模擬pH和DO的階躍變化對(duì)比了經(jīng)典的和一次性的傳感器——顯示了探針之間良好的相關(guān)性。 常規(guī)探針在兩個(gè)系統(tǒng)中均可使用。

優(yōu)異的兼容性

重組CHO細(xì)胞（通常在無(wú)血清或無(wú)蛋白條件下）的懸浮培養(yǎng)物被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代大規(guī)模的單克隆抗體（MAbs）和其它治療性蛋白質(zhì)的生產(chǎn)中。由于大多數(shù)新產(chǎn)品商業(yè)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)或疑難解決均建立在過(guò)去大量中試玻璃反應(yīng)器的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，因此限制了不同那個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)比較參數(shù)的獲得。

圖3顯示了在常規(guī)葉尖速度條件下，傳統(tǒng)玻璃生物反應(yīng)器和UniVessel®一次性生物反應(yīng)器中最重要的工程參數(shù)kLa和混合時(shí)間的優(yōu)異可比性（3）。在現(xiàn)代化的單克隆抗體生產(chǎn)中，大多數(shù)公司使用平臺(tái)技術(shù)和適應(yīng)性強(qiáng)的中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢（CHO）細(xì)胞系回避放大可比性問(wèn)題。但是，當(dāng)處理復(fù)雜糖基化修飾的重組蛋白和疫苗時(shí)，反應(yīng)器的參數(shù)可比性及可放大性就顯得極其重要。特別是當(dāng)采用微載體培養(yǎng)生產(chǎn)疫苗時(shí)，必須要仔細(xì)考慮所使用的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的可放大性與可比性（4）。

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案例分析：基于微載體的疫苗工藝

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結(jié)論

我們已經(jīng)展示了與已獲驗(yàn)證的2-L，5-L以及10-L攪拌式玻璃容器相比，一次性使用的2-L攪拌式容器（UniVessel®SU 2L）在kLa和混合時(shí)間方面具有優(yōu)異的可比性。團(tuán)隊(duì)還評(píng)估了病毒疫苗生產(chǎn)中貼壁細(xì)胞微載體培養(yǎng)工藝條件下的生物特性可比性。結(jié)果顯示，一次性2-L容器，傳統(tǒng)的10-L攪拌式玻璃容器放大/縮小模型，大規(guī)模的一次性容器（BIOSTAT STR® 50L和200L）以及不銹鋼攪拌式生物反應(yīng)器之間均具有可比的細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝特性�；�于這些數(shù)據(jù)，GSK建立了一個(gè)新的工藝開(kāi)發(fā)平臺(tái)，平臺(tái)由12個(gè)并行的2-L一次性生物反應(yīng)器組成，可支持多變量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)疫苗生產(chǎn)工藝的高效、快速的優(yōu)化。

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