利用可高压灭菌的超滤柱生产单克隆抗体[创新技巧]

【字体: 时间:2009年03月20日 来源:GE

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  目前市面上有多种适用于单克隆抗体开发的柱式生物反应器。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。然而,许多中空纤维生物反应器柱面临安装的挑战,因为它们不能高压灭菌。那么通常用于纯化和分离的可高压灭菌的膜分离柱能否用于生物反应器呢?

形势

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射线灭菌的,而生物反应器安装时的辅助管及设备必须单独灭菌,一般在高压灭菌锅中进行。因而最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灭菌的膜分离柱能否用于生物反应器呢?选择可高压灭菌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(GE Healthcare)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1.3 m2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290 ml,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10,000 NMWC。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。GE Healthcare的中空纤维柱是唯一可高压灭菌的柱子。

操作步骤

首先将1.78×109个细胞注入GE Healthcare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2 g/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100-200 ml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Forma Scientific 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 2700 Select™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1 g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GE Healthcare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GE Healthcare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。

可高压灭菌的优势

由于UFP-10-B-8A是可高压灭菌的,连接柱的定制管也可以同时灭菌。(生物反应器A和B是γ射线灭菌的,不推荐高压灭菌,因此管的连接需要在无菌的生物安全柜中进行。)最后,通过适当的使用后清洗,GE Healthcare柱还能够再次使用,因为它能够承受多次高压灭菌。

此项研究表明GE Healthcare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。

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(GE Healthcare供稿,生物通翻译)

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