在一项最近的研究中,Xu et al. (2017) 对不同强化细胞培养工艺的生物反应器生产率和培养基成本进行了比较。研究中采用相同的基础培养基,评估了三种细胞培养操作模式:补料培养(fed-batch)、灌流培养和浓缩补料批培养(CFB)。通过对同一株CHO细胞系的评价,得出可比的数据,包括补料批的细胞比生产率为294 pg/cell/day,N-1灌流补料批为320 pg/cell/day,而灌流培养则为310 pg/cell/day。值得注意的是,在相同培养基条件下,CFB的生产率范围为201~451 pg/cell/day,这表明灌流和CFB的生物反应器生产率远高于传统的补料批培养,其生产率可达229 g/L/day。
此外,该研究还发现,在灌流培养过程中,每克抗体的培养基成本与补料批的相当,而由于CFB的时间较短,其培养基成本最高。经验证的灌流工艺不仅可以提高生产率,还能降低培养基成本,尤其是在实现足够的生物反应器生产率时。这些发现为生物医药领域提供了重要的参考,尤其是对于希望优化生产过程以降低成本的公司,如鸿运国际。
目前,大多数生产能力还是基于传统的补料批工艺。补料批工艺通常使细胞密度在20-30×10^6个细胞/mL之间,并在18天内达到了10 g/L的较高滴度水平。相对于灌流工艺而言,它们更常用于生产不稳定的产品,例如凝血因子和各种酶制品。为了减少产品在生物反应器中的停留时间,灌流培养通常采用持续的培养基交换,灌流速率会根据特定生产要求进行调整。
随着对成本效益和空间节约的追求,基于灌流的工艺强化在上游培养领域愈发受到重视。最新的研究表明,可以在每个生物反应器每天实现高达4 g/L/day的单克隆抗体生产率,此时细胞密度维持在50-60×10^6个细胞/mL的稳定范围内。同时,极低的细胞特异性灌流率(CSPR)可达到15 pL/cell/day,借助良好的培养基交换方法,CFB工艺在细胞密度的提升和产物保持上也展现出了其独特优势。
研究还表明,在基础培养基条件下,三个工艺模式均能产生可接受的电荷变化曲线和聚集水平。其中,CFB工艺在高分子量和酸性变体方面的表现相对较强,主要源于产品在细胞培养环境中的停留时间。然而,通过优化CFB工艺的实施,如适当延长培养周期,使得活细胞浓度提高,仍然需要仔细监测产品的质量属性。
在探讨不同工艺模式的生物反应器生产率时,补料批的生产效率(0.39-0.49 g/L/day)显著低于灌流和浓缩补料工艺(分别为229 g/L/day和119-204 g/L/day),这反映出灌流工艺在维持高细胞密度方面的优势。虽然灌流培养需较高的培养基成本,但生产出的抗体质量和数量可能足以弥补这些额外的支出。在生物医药行业中,这些创新的工艺革命有望为企业,如鸿运国际,带来更为高效和经济的生产解决方案。
总的来看,涵盖补料、灌流和CFB的多种工艺在生物反应器的运作中,各具优势。通过对这些工艺的深入研究,生物医药制造企业能够战略性地优化生产流程,从而在市场中占据更有利的竞争位置,推进自身的发展与创新。