一次性攪拌生物反應器的特點及應用

工藝開發與控制（質量屬性和關鍵工藝控制）的有效工具

在過去十年中，一次性生物反應器已被廣泛接受作為替代傳統的不銹鋼或玻璃生物反應器，應用于藥物生產和工藝開發。在生物制藥行業，玻璃生物反應器主要應用于工藝開發和優化，也會作為工藝參數確證的比例縮小模型。所以無論是重復性還是一次性反應器，重現生產規模反應器的設計特征對實現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器已在整個行業中獲得了廣泛的認可與接受。其中，2-L體積反應器是工藝開發的主要設備，作為代表性的比例縮小模型，這類反應器易于操作，且具有足夠大的取樣體積。

提高藥物開發效率

工藝開發期間的時間表和工作量可能會發生顯著的改變。在整個工藝開發周期內一直保持足夠可用的實驗反應器數量也是一個不小的挑戰。對玻璃容器進行清潔、安裝以及高壓滅菌等操作都需要占據實驗人員額外的時間和精力，使他們陷于日常的維護，而無法執行其它更有價值的工作。對工藝開發實驗室而言，增加一次性反應器可以與玻璃容器互換使用，在實驗高峰或維護期提供了顯著的靈活性，使得生物反應器控制器的停機時間降低至了最少。

表1對比了玻璃和一次性反應器，預計一次性生物反應器的控制器運行時間比玻璃反應器提升25%。如果不使用一次性反應器，則需要增加玻璃反應器的數量以達到同樣的主機使用率；不過這樣做需要付出更多的改變和成本。此外，當使用微載體時，一次性生物反應器能夠避免麻煩且有害的硅化操作。一次性臺式生物反應器從根本上減輕了實驗室工作人員的日常維護工作，就如20年前在哺乳動物細胞培養中引進一次性搖瓶一樣。

模擬成熟玻璃反應器的設計

玻璃生物反應器已被使用了數十年，且 已被證明是不銹鋼和最新的大規模一次性攪拌反應器可靠的比例放大和縮小模型。UniVessel?一次性培養容器模擬了傳統玻璃臺式生物反應器的設計，以確保新獲取的數據與以前使用玻璃 系統時所獲得的數據具有可比性。每臺設備交付前均經過輻照滅菌，所以開箱即可使用。它配備了非侵入式的一次性pH和溶解氧（DO）電極，因此無需細胞培養前在層流超凈臺中將傳統電極裝入反應器中（照片1）。最初，一次性系統面臨可靠性和耐用性的挑戰——尤其是pH檢測光化學貼片元件。但如今一次性貼片在化學與控制方面的顯著改善，已能夠確保反應器的可靠性和耐用性（1）。

輕松升級現有控制器

UniVessel一次性容器可以輕松集成至全新或是現有的生物反應器控制裝置中，減少了從臺式系統轉換成一次性系統的投資成本。另外，還可以通過UniVessel?連接盒集成一次性電極信號控制pH值。它免除了傳統電極的安裝，不再需要繁瑣又具風險的操作。此外，在更大規模 的Biostat? STR一次性生物反應器中也采用了同樣的光學電極和pH與DO測量方法。圖1和2通過模擬pH和DO的階躍變化對比了經典的和一次性的傳感器——顯示了探針之間良好的相關性。 常規探針在兩個系統中均可使用。

優異的兼容性

重組CHO細胞（通常在無血清或無蛋白條件下）的懸浮培養物被廣泛地應用于現代大規模的單克隆抗體（MAbs）和其它治療性蛋白質的生產中。由于大多數新產品商業生產開發或疑難解決均建立在過去大量中試玻璃反應器的經驗基礎上，因此限制了不同那個細胞培養系統比較參數的獲得。

圖3顯示了在常規葉尖速度條件下，傳統玻璃生物反應器和UniVessel?一次性生物反應器中最重要的工程參數kLa和混合時間的優異可比性（3）。在現代化的單克隆抗體生產中，大多數公司使用平臺技術和適應性強的中國倉鼠卵巢（CHO）細胞系回避放大可比性問題。但是，當處理復雜糖基化修飾的重組蛋白和疫苗時，反應器的參數可比性及可放大性就顯得極其重要。特別是當采用微載體培養生產疫苗時，必須要仔細考慮所使用的細胞培養系統的可放大性與可比性（4）。

下載全文查看：

案例分析：基于微載體的疫苗工藝

結論

我們已經展示了與已獲驗證的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和混合時間方面具有優異的可比性。團隊還評估了病毒疫苗生產中貼壁細胞微載體培養工藝條件下的生物特性可比性。結果顯示，一次性2-L容器，傳統的10-L攪拌式玻璃容器放大/縮小模型，大規模的一次性容器（BIOSTAT STR? 50L和200L）以及不銹鋼攪拌式生物反應器之間均具有可比的細胞生長和代謝特性。基于這些數據，GSK建立了一個新的工藝開發平臺，平臺由12個并行的2-L一次性生物反應器組成，可支持多變量實驗設計，以實現對疫苗生產工藝的高效、快速的優化。