Масштабирование имеет решающее значение при переходе от исследований и разработок к промышленному производству. В производственном процессе поддерживать такие независимые от масштаба переменные, как температура, pH и содержание растворенного кислорода (DO), в различных биореакторах с разными рабочими объемами довольно просто. Однако параметры, на которые влияют конструкция реактора и его рабочий объем, такие как перемешивание, скорость вращения лопастей и интенсивность аэрации, сложнее контролировать при масштабировании.
Поэтому для выбора оптимальной стратегии масштабирования необходимо тщательно проанализировать эти факторы. В этом эксперименте клетки CHO культивировали в одноразовых биореакторах Endura SUB объемом 500 мл и 15 л, чтобы проверить масштабирование процесса по принципу «площадь поверхности/объем». Результаты показали, что клетки CHO в биореакторах обоих объемов росли одинаково, с одинаковыми профилями метаболизма глюкозы и лактата и конечными уровнями экспрессии белка 6,805 г/л и 6,63 г/л соответственно. Это подтверждает успешную передачу процесса экспрессии белка CHO из одноразового биореактора объемом 500 мл в производственную установку объемом 15 л.
Материалы и методы
В этом эксперименте использовались контроллеры CloudReady™ и Opti-cell mini. Конкретные рабочие параметры приведены в таблице 1.
В биореакторах объемом 500 мл и 15 л весь газ проходит через погружной барботер. Скорость потока воздуха фиксирована для удаления CO2, а скорость потока O2 автоматически регулируется каскадным способом для поддержания уровня растворенного кислорода. В эксперименте мы не использовали наложение.
Результат и его анализ
Кривые роста и жизнеспособности клеток в процессе культивирования интуитивно отражают состояние их роста. Как показано на рисунке 1, кривые роста и жизнеспособности клеток при разных масштабах культивирования практически не отличаются. Однако пиковая плотность жизнеспособных клеток (ПВЖК) в биореакторе объемом 500 мл была немного выше, чем в биореакторе объемом 15 л. Это может быть связано с более интенсивной аэрацией на начальном этапе эксперимента с биореактором объемом 15 л, что привело к повышению внутреннего давления из-за засорения фильтра. Кривые метаболизма глюкозы и лактата показаны на рисунке 2. Кривые потребления глюкозы, выработки и потребления лактата в биореакторах объемом 500 мл и 15 л практически идентичны. Эти результаты показывают, что процесс культивирования клеток CHO, налаженный в биореакторе объемом 500 мл, хорошо масштабируется до биореактора объемом 15 л с использованием принципа масштабирования «площадь поверхности/объем».
Уровень экспрессии белка измеряли, начиная с 8-го дня. На рисунке 3 видно, что совокупная скорость выработки белка в биореакторах обоих объемов оставалась неизменной. К 14-му дню совокупный выход белка составил 6,805 г/л и 6,63 г/л в биореакторах объемом 500 мл и 15 л. Это свидетельствует о том, что выработка белка в биореакторах объемом 500 мл и 15 л была стабильной.
Вывод
Результаты этого эксперимента показывают, что при масштабировании клеток яичника китайского хомячка на основе принципа масштабирования P/V рост клеток, их метаболизм и конечный выход белка остаются стабильными как в одноразовых биореакторах Endura SUB® объемом 500 мл, так и в биореакторах объемом 15 л. Разработанные компанией T&J биотехнологические платформы CloudReadyTM и Opti-cell mini могут гибко адаптироваться к биореакторам разного объема (стеклянным или одноразовым). С помощью программного обеспечения для масштабирования можно выбирать различные стратегии масштабирования в зависимости от реальных условий, что позволяет быстро наращивать объемы производства.
Источники
[1] Validation of CHO-K1 Expression in the ENDURA SUB 500mL Bioreactor. TJX016-2023.