使用XCell ATF系统强化种子扩增，实现补料分批培养的高产量收获

Original 瑞普利金 Repligen瑞普利金 2022-12-21

简介

传统补料分批（FB）工艺通常包括多阶段的种子扩增步骤，且需要占地较大的澄清设备，以从含有细胞和细胞碎片的细胞培养料液中分离目的产物。当前标准的澄清技术包括离心和深层过滤，其通常需要进行开放式操作，且设备占地较大。此类多阶段工艺往往较为复杂，难以规模放大，且可能影响总体产量。随着对生物药生产需求的增加，对传统FB工艺进行简化非常有必要，以获得更高的产量、更短的工艺时间以及更小的设备占地。

Repligen使用XCell^TM ATF技术开发了强化的FB工艺。该工艺包括使用高接种密度接种FB生物反应器，以及之后应用的新型澄清方法 - 高产量收获（HPH）。此案例研究使用灌流模式运行N-1生物反应器，从而可以用比传统工艺高20倍的接种密度接种FB生物反应器。增加的接种密度可使FB培养时间降低50%。此外，使用XCell^TM ATF系统进行HPH澄清工艺，由于可更换营养底物并去除毒性副产物，而可获得更高的VCD和活性。加入强化的种子扩增工艺可在传统工艺时间一半的时间内，使总产量激增190%。

在整个工艺过程中维持高细胞活性，可提供更健康的环境，优化产物质量。整个工艺在整合式的、封闭且无生物负载的环境内以单步形式完成，并获得可直接进行下游纯化的澄清产物。

传统 vs. 强化的补料分批工艺

传统补料分批工艺

强化的补料分批工艺

使用XCell^TM ATF的新型高产量收获工艺

按典型的程序开始补料分批工艺（步骤A）。一旦达到细胞密度峰值（图例中为第10天），按设定的流速泵入新鲜培养基（步骤B）。随新鲜培养基的泵入，开始产物收获。在运行的最后1天，结束培养基补加，开始以10LMH的速度抽干反应器内的体积（步骤C，~4-8小时）。HPH工艺完成，时间与原补料分批生产时间一致。

材料 & 方法

选择高表达哺乳动物CHO-GS细胞，用于评估HPH工艺。此细胞可在添加100ng/mL LONG R3 IGF-I、4g/L 泊洛沙姆以及4mM 谷氨酰胺的Ex-CELL FB培养基中生长。该细胞系报导可表达IgG曲妥珠单抗。所有培养在3L （工作体积1.2L）Applikon玻璃生物反应器内进行。用于传统FB工艺的细胞系和方法由ATUM & Horizon Discovery提供。

结果

活细胞密度 & 活性

使用灌流技术可使N-1生物反应器在11天内达到100e6 cells/mL的VCD（数据未显示）。强化的接种工艺可使用10e6 cells/mL（紫色 & 蓝色）的密度接种FB培养 - 接种密度比传统FB（绿色 & 红色）高20倍。
对于传统FB和HPH工艺，以更高的SD进行接种可使培养时间缩短50%。
相比传统FB培养（紫色 & 红色），使用HPH方法可使VCD提高3倍（蓝色 & 绿色）。

细胞特异性蛋白质产率

相比低接种密度FB工艺（红色 & 绿色），使用高接种密度培养（紫色 & 蓝色）可使蛋白质产率提高10-15%。
使用HPH工艺可使细胞特异性蛋白质产率提高30%（蓝色 & 绿色）。
维持高蛋白质产率即意味着更好的产品质量。

总累积蛋白质

高SD可缩短生产FB培养时间，也就意味着可增加设备的年生产批次。
结合高SD和HPH应用，可实现上游设施更高的效率和产能。
相比传统FB工艺，以1VVD的速率进行的为期4天的HPH工艺会使总澄清体积增加5倍。可进行UF超滤浓缩收获物料或采用连续捕获层析，以减轻负担。

产物质量

采用HPH时，培养液的HCP值更低。
高细胞活性的培养产生的HCP降低，也就意味着进一步的下游应用中更少的工艺相关杂质。

备注：对于所有样品，HCP分析针对澄清结束时的收获液混合液进行。

*传统FB低SD样品使用离心进行澄清。

总结

生产生物反应器以高细胞密度接种，并以HPH工艺操作，可显著提高产物产量，优化工艺效率以及更小的操作占地。产率和工艺优化包括：

蛋白质生产可激增达190%
生产培养时间可降低50%
消除了离心和深层过滤设备和操作
更健康的培养，意味着更低的HCP以及更低的工艺相关杂质
封闭系统，单步工艺
收获的物料已经过0.2μm过滤，可直接用于后续纯化

缩写：DD Clarification（抽干澄清）、FB（补料分批）、IGF-1（胰岛素样生长因子1）、HPH（高产量收获）、HCP（宿主细胞蛋白质）、LMH（L/m2*H）、SD（接种密度）、VCD（活细胞密度）、VVD（罐体积/天）

原文：S.Kudugunti, J.Amatya, D.Diggins, et al., Intensified seedExpansion and High Productivity Harvest of Fed-batch Cultures Using the XCell ATF System. Poster @ ESACT 2019.