如何提升灌流生物工艺的经济效益:Gibco高密度灌流CHO培养基
2023-08-31 05:45 浏览:17
灌注法是一种细胞培养方法，其将细胞保留在生物反应器内，同时通过不断更换培养基废液补充营养。灌注法最初用于生产不稳定的和有细胞毒性的蛋白质，以保持产品质量和工艺生产率，现在灌注法因其更广泛的效率优势而越来越被生产厂所认可。其核心是，能够通过实施连续的、集中的或高密度的流加培养工艺，实现显著高于传统流加培养操作的活细胞密度。然而，由于担忧工艺转型和操作复杂性带来的经济影响，灌注法的采用仍然受到阻碍。
工业4.0的推进
- 这一革命涉及在生物工艺行业内自动化和数字化利用率的提高。随着自动化和工艺控制变得更加简单，以及监测和分析的改进，生物制品生产厂对他们从灌流工艺流程中实现商业利益的能力变得更加自信。
细胞系稳定性的增加
- 稳定的细胞系可以承受连续灌注工艺较长的运行时间，并且可以支持稳定地增长到较高的细胞密度，同时减少定期细胞废弃的需求。
全行业商业模式的转变
- 生产厂正在放弃大批量、单一产品的设施，转而寻求小批量、模块化、甚至多产品的设施。
这种转变适合使用灌注法。灌注法相关设备的关键进展进一步支持了这种转变，并能提供更强的工艺灵活性。
整个行业对灌注法的认识提高
- 越来越多的生产厂已拥有将灌注法应用于大规模生物工艺操作的知识。这带来培养基配方的不断发展，能够提高细胞密度和单位生产率。
外包培养基
- 在最近的全球供应链挑战下，获得额外的生产能力对减轻风险至关重要。战略性外包，如合格的二级或三级供应商，或维持培养基和大宗工艺试剂的多个站点和供应商，将成为关键。
培养基在灌注工艺中的作用
- 在灌注法中，需要更大体积的培养基来维持较高的活细胞密度。为了保持培养基体积的可控性，许多生产厂倾向于浓缩和“更高含量”的配方，以减少培养基的总量，并因此减少所需的储存空间。这将有助于实现经济上可行的、优化的灌注工艺。
1. 细胞培养基的购买和制备
由于灌注法所需的培养基体积较大，相关的生产成本可能比流加培养工艺要高（图1）。然而，灌注法便于实现较小的运营占用空间和较少的生产运行次数。例如，连续灌流工艺每年使用的培养基可能比类似的流加培养工艺多1.2-1.7倍。另一方面，类似的流加培养工艺可能需要三倍以上的种子培养且在更大的容器中生产运行，这可能导致更高的生产成本（图2）。
图1. 培养基相关的相对成本因素，灌注法对比流加培养法
图2. 对比：灌注法对比流加培养法年化总成本，以及COGS/g
2. 制备和储存液体培养基的频率和工作量
与流加培养法相比，需要为灌注法制备更多的培养基，这可能需要更频繁地制备更大的量。这可能会导致生产和管理制备工艺所需的劳动力相对增加。此外，如果培养基是在工艺前准备的（而非临时准备），那么cGMP的储存要求可能会变得有挑战性。
灌注过程中不断清除培养基废液，可以保护细胞和产品不受降解酶、生理化学压力和细胞毒性产品的影响。在使用灌注法时，由于与流加培养工艺相比，细胞生长速度通常较低，因此也可以实现更理想的聚集、糖基化和电荷特征。此外，产品可以快速稳定化，以保持所需的翻译后修饰。
灌注法的产量远远高于类似的流加培养工艺。典型的mAb流加培养工艺的产量约为0.3
g/L /天，而稳态灌注工艺每天可生产1–3
g/L。这种生产率的提高，部分是由于灌流工艺中实现了更高的活细胞密度，可以达到0.8-1.2亿细胞/mL，相比之下流加培养工艺的细胞密度为2000-3000万细胞/mL。由于灌流工艺可以运行更长的时间
——通常为40-90天，而流加培养为14天——每次运行可以产生更多的产品，因此，所需的运行次数更少。灌注法的生产率提高，使得生物反应器的尺寸通常是流加培养工艺的1/3-1/5。当与一次性设备搭配使用时，灌注法便于设施的快速设置并提高设施的灵活性。此外，工艺步骤、无菌连接器和总成本都可以减少，较低的工艺放大要求也可以使种子培养流程更紧凑且更易管理。当比较单次灌注运行和单次流加培养运行时，灌注法的直接生物工艺成本
— 如材料、劳动力和设备 —
更高。然而，灌注法可实现更大的产品产量，能够大大减少所需的运行次数。此外，生物反应器及其种子培养体积的尺寸减小，则所需的种子培养容器更少。这使得物理接头和耗材使用明显减少。连续灌注的单个运行次数较少，稳态运行时间较长，可以最大限度地发挥自动化的优势，进一步减少劳动力。因此，当用于大规模生产时，运行灌流工艺的总成本可以比流加培养工艺低20-40%（图3）。
图3. 规模对年化总成本和COGS/g的影响，典型的灌流工艺对比类似的流加培养工艺当提高的生产效率与易于管理的培养基消耗相结合时，即可实现灌注法的效益。因此，应设计利用培养基配方以维持灌流工艺中非常高的活细胞密度——最好是以浓缩的形式来减少所需的培养基体积。设计一种专有的灌注法配方可能是一个漫长而复杂的过程，因此对于考虑灌注法的生产厂来说，由专家设计的目录产品可能是一个有吸引力的选择。灌注法带来的许多成本节约主要是由于生产效率的提高。然而，还有更多与减少设施占地面积以及提高产品质量有关的效益。这包括减少设施的水平和垂直扩建的需求，更小的运行体积有利于一次性设备技术的使用，以及这些技术提供的灵活性。虽然灌注法对生物制品生产厂来说可能是一项令人生畏的工作——特别是将物料成本与培养基密度较低的流加培养工艺相比较时——但这可能会带来深远的经济效益。选择一种经过优化的灌流培养基对于实现这些效益的最大化至关重要。Gibco™ 高密度灌流 (HIP)
CHO培养基是一种端到端的灌注解决方案，性能优异，支持在1个体积/天（VVD）的连续灌注情况下超过1亿细胞/mL。同样的配方可以稀释后用于种子培养，或作为浓缩培养基用于生产。使用经过优化的灌流培养基对实现灌流生物工艺的经济效益至关重要。请扫描下方二维码，了解关于Gibco高密度灌流培养基如何通过持续的生产效率以及高细胞密度和活力来帮助提供卓越性能！
