目前市面上有多种适用于单克隆抗体(MAbs)开发的体外柱式生物反应器。每种均内嵌中空纤维,为培养基养分和气体交换、以及废物的排出提供交换界面。中空纤维实现了高细胞密度的生产,可得到高度浓缩、低血清且没有外源的鼠源蛋白的产品。此外,中空纤维生产系统具有扩展的灵活性,能从毫克级放大到千克级。
然而,许多中空纤维生物反应器柱面临安装的挑战。因为它们是通过γ射线**的,而生物反应器安装时的辅助管及设备必须单独**,一般在高压**锅中进行。因而*后的系统必须在严格无菌的区域进行组装。
那么通常用于纯化和分离的可高压**的膜分离柱能否用于生物反应器呢?选择可高压**的柱子能同时简化购买和储存的过程,以及系统安装。
解决方案:通用电气医疗集团的中空纤维超滤柱比生物反应器更胜一筹
一家机构利用通用电气医疗集团(GEHealthcare)的UFP-10-B-8A超滤柱作为中空纤维生物反应器,来培养表达IgG2a抗体的大鼠杂交瘤细胞。UFP-10-B-8A超滤柱1.3m2的膜表面积相当于之前用于杂交瘤培养的两个生物反应器柱。而GE Healthcare柱的毛细管外空间为290ml,接近生物反应器厂家提供的柱子的三倍。
GE Healthcare柱的理论截留分子量(NMWC)为10,000NMWC。生物反应器制造商A的柱也是10,000 NMWC,制造商B的生物反应器则是30,000 NMWC。GEHealthcare的中空纤维柱是**可高压**的柱子。
操作步骤
首先将1.78×109个细胞注入GEHealthcare柱的毛细管外空间。无血清培养基持续从500 ml瓶进入柱的毛细管之间的空间内循环。以“维持培养基葡萄糖水平高于2g/L的速率”,将新鲜的培养基泵入,用过的培养基泵出。包含5%胎牛血清的培养基则以每天100-200ml的速率缓慢通过超滤柱的毛细管外空间。此培养基包含了浓缩的抗体产物。泵速相当慢,以防止细胞从超滤柱的毛细管外空间损失。柱和循环培养基均置于FormaScientific 3033恒温箱内并维持在37°C。在这个生物反应器的操作过程中,每天用YSI 2700Select?生物化学分析仪来监控葡萄糖、乳酸和谷氨酰胺的水平。
在操作的前40天,生物反应器每天利用10g以上的葡萄糖。根据以往的研究,1×109个细胞消耗1g葡萄糖。在之后的60天内,生物反应器一直维持这个葡萄糖利用速率,说明在这一时期细胞数量保持不变。因为已经收集了足够的抗体产品,操作于此时终止。在整个100天的时间内,消耗了600升无血清培养基,收集到7升包含条件培养基的浓缩抗体。
功能与生物反应器柱相当,甚至更佳
葡萄糖和谷氨酰胺的利用,以及乳酸的产生,都表明GEHealthcare柱的功能与专门为生物反应器特制的中空纤维装置相当,甚至更佳(图1)。
图1A. GE Healthcare中空纤维柱作为生物反应器
图1B. 制造商A的中空纤维生物反应器柱
图1C. 制造商B的中空纤维生物反应器柱
GE Healthcare中空纤维装置的操作方式与A和B生物反应器类似。因为GEHealthcare柱的毛细管外空间更大,在进一步的研究中或许还能增加细胞总数。
可高压**的优势
由于UFP-10-B-8A是可高压**的,连接柱的定制管也可以同时**。(生物反应器A和B是γ射线**的,不推荐高压**,因此管的连接需要在无菌的生物**柜中进行。)*后,通过适当的使用后清洗,GEHealthcare柱还能够再次使用,因为它能够承受多次高压**。
此项研究表明GEHealthcare的中空纤维柱是替代生物反应器柱的可行办法,比现有的生物反应柱更胜一筹。