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實驗室研發(fā)階段細胞培養(yǎng)**解決方案！

scale-X 生物反應(yīng)器是一種新型固定床系統(tǒng)，可用于貼壁和懸浮細胞系的培養(yǎng)。設(shè)備單元占地小，而具有相當(dāng)大的表面積，從而可獲得極高細胞密度。本研究比較了在scale-X hydro生物反應(yīng)器和標(biāo)準微載體培養(yǎng)體系中進行的貼壁Vero細胞培養(yǎng)。兩種系統(tǒng)可獲得相似的單位面積細胞濃度。隨后，展開螺旋卷式固定床顯示，細胞在軸向和徑向上具有均勻的分布。這表明在生物反應(yīng)器內(nèi)部具有均勻的液體流動和細胞附著。觀察到的均質(zhì)的細胞生長是一個重要的規(guī)模放大因素，以按可重復(fù)的方式，實現(xiàn)可用表面積**限度的利用。

scale-X生物反應(yīng)器簡介

大多數(shù)病毒疫苗的生產(chǎn)工藝基于貼壁細胞平臺。典型的培養(yǎng)系統(tǒng)，如滾瓶、多層細胞培養(yǎng)皿和微載體生物反應(yīng)器，在規(guī)模放大時，都有一定的限制。為了克服潛在的規(guī)模放大限制，簡化生產(chǎn)，固定床生物反應(yīng)器是一個**價值的替代選擇。創(chuàng)新的scale-X生物反應(yīng)器是一種可規(guī)模放大的固定床系統(tǒng)，可從研發(fā)（2.4 m²生長表面積）放大到中試（10和30m²生長表面積）和生產(chǎn)規(guī)模（200和600m²生長表面積；圖1）。scale-X**技術(shù)使用了一種結(jié)構(gòu)化的螺旋卷式非編織聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）固定床，以減少局部過度壓實和死區(qū)，同時實現(xiàn)可用內(nèi)表面積及質(zhì)量的**利用，獲得批次間的高可重復(fù)性（圖2）。

材料、方法 & 設(shè)備

固定床工藝：scale-X hydro生物反應(yīng)器

細胞系和工藝條件

早期研發(fā)階段的工藝選擇對疫苗的開發(fā)至關(guān)重要，一次性生物反應(yīng)器的投入應(yīng)從小規(guī)模細胞培養(yǎng)開始，Scale-X™hydro 是一款結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、自動化控制的小規(guī)模固定床生物反應(yīng)器，有效降低了疫苗開發(fā)成本，一次性載體、管路，方便了工藝開發(fā)操作，保證了細胞培養(yǎng)的穩(wěn)定性！

對照工藝：在攪拌罐生物反應(yīng)器（STR）中進行Cytodex® 1微載體培養(yǎng)

細胞系和工藝條件

圖4. 相比標(biāo)準微載體培養(yǎng)，scale-X hydro生物反應(yīng)器中的Vero細胞生長，由Kiesslich et al.（2020）提供。

Univercells進行了延長的Vero細胞生長研究（圖5）。在scale-X hydro生物反應(yīng)器中進行了多次實驗（n=26），獲得了可重復(fù)的細胞密度，平均為2.5×10⁵ cells/cm²。規(guī)模放大至更大的scale-X carbo生物反應(yīng)器（10m²和30m²），可獲得相似的單位面積細胞密度。

圖5. Vero 細胞曲線圖：試驗以Vero 細胞生長在不同scale-x 規(guī)格體積（內(nèi)部數(shù)據(jù)）

在結(jié)構(gòu)化、螺旋卷式固定床中的Vero細胞分布

在培養(yǎng)的不同階段（2.7×10⁵ cells/cm²和5.3×10⁵ cells/cm²時，圖6），對Vero細胞分布進行了研究。為此，從展開的固定床中提取了9個樣本，并測定細胞密度。

在scale-X hydro生物反應(yīng)器中，Vero細胞在固定床中軸向和徑向均勻分布。研究進行了進一步的計算機流體動力學(xué)研究，結(jié)果顯示，在結(jié)構(gòu)化固定床中沒有死區(qū)和非均勻性（數(shù)據(jù)未顯示）。均勻的細胞生長使可用表面積得到充分利用。

圖6. scale-X生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)化固定床中的Vero細胞生長分布。

細胞沿徑向（從中心半徑）和軸向（固定床高度）均勻分布。（a.）由Kiesslich et al.（2020）友情提供，（b.）在Univercells實驗室進行。

總結(jié)

在這兩種工藝中，貼壁Vero細胞達到了相同的密度。當(dāng)轉(zhuǎn)移到更大的固定床scale-X生物反應(yīng)器時，達到了類似的細胞生長趨勢和**單位面積細胞密度。*后，對Vero細胞生長分布的研究顯示，固定床內(nèi)有均勻的細胞貼壁和生長。與微載體工藝相比，固定床的緊湊設(shè)計使設(shè)備占地面積降低5倍。

總體而言，結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)化的scale-X固定床生物反應(yīng)器系統(tǒng)是傳統(tǒng)“規(guī)模擴展”技術(shù)的合適替代方案，后者如多層培養(yǎng)皿和滾甁，也包括具有一定技術(shù)挑戰(zhàn)性的培養(yǎng)系統(tǒng)，如微載體工藝。

目前的scale- X生物反應(yīng)器可以轉(zhuǎn)化至生產(chǎn)規(guī)模（600 m²），并整合到連續(xù)的NevoLine™生產(chǎn)平臺中。NevoLine系統(tǒng)將強化的上游工藝與連續(xù)的下游工藝相結(jié)合，以降低資本投入和運營成本，實現(xiàn)低成本、大規(guī)模的生產(chǎn)能力。

參考文獻

Khaled Trabelsi， S. R. (2004). Comparison ofvarious culture modes for the production of rabies virus by Vero cells grown onmicrocarriers in a 2-l bioreactor. Enzyme and Microbial Technology.

Kiesslich， S.V.-C.-F. (2020). Serum-free production of rVSV-ZEBOV in Vero cells:Microcarrier bioreactor versus scale-X™ hydro fixed-bed. Journal of Biotechnology.