微载体相关工艺特点
时间：2024-03-22 阅读：911
随着各种病毒的流行和爆发，
人们需要更多的
人用和兽用病毒性疫苗的研发和生产
疫苗的高产能需要大规模的细胞培养，而大规模贴壁细胞的培养生长必须有可以贴附的支持物表面，细胞依靠自身分泌的或培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长，繁殖。
贴壁细胞对于放大是一个挑战，传统使用的转瓶，细胞工厂等，耗材用量高，占地面积大，培养成本高，而随着新科技的发展微载体技术已经越来越成熟，现在微载体在一次性反应器的应用也比较成熟，在新建药品生产产线中一次性反应器的选择越来越多。
一次性反应器生产可控性更高、效率更高、灵活；可省去传统不锈钢生物反应器所需的清洁验证工作，同时随着灌流等上游技术的完善，生物制药的生产逐步朝着更小的上游培养规模和更大的下游纯化规模的方向发展，一次性在灌流相关的应用也更加智能化。
世界范围内的许多国家的绝大多数减毒或灭活疫苗类型的人用和兽用疫苗都在使用微载体进行生产。
基于微载体生产的疫苗包括：
脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)、麻疹病毒(Measles virus)、狂犬病病毒(Rabies virus)、流感病毒(Influenza virus)、日本乙型脑炎疫苗(JEV)、埃博拉病毒(ZEBOV)和口蹄疫病毒(FMDV)等疫苗。
同时，还有利用微载体生产的很多在研的病毒性疫苗，如基孔肯尼亚病毒(Chikungunya virus)、登革热病毒(Dengue fever virus)、手足口病(EV71)、汉坦病毒(Hantaan virus)、西尼罗病毒(West Nile virus)、呼吸道合胞体病毒(RSV)和黄病毒(Yellow fever virus)等病毒性疫苗。与其他细胞培养工艺相比，微载体培养工艺可以提高产量，降低成本，并减少污染[1]。
另外，微载体培养技术在兽用疫苗研制中也有广泛应用：
如猪瘟(CSFV)、猪伪狂犬病(PRV)、猪细小病毒(PPV)、犬瘟热病毒疫苗(CDV)、猪流行性腹泻病毒(PEDV)和猪圆环病毒(PCV2)等病毒性疫苗。
微载体的选择方法
球状微载体是指直径在60-250μm，适用于贴壁细胞生长的微球。自Van Wezel等人在1967年用DEAE-Sephadex A-50研制出第一种微载体以来，经过市场中半个多世纪的应用和优化，目前微载体已经广泛应用于疫苗、单克隆抗体、重组蛋白、细胞治疗、干细胞培养、原代细胞培养扩增、细胞肉、组织再生和药物递送等多个生物医药领域。
球状微载体关键参数[2]
1. 表面电荷：
通常情况下，微面带正电荷，电荷的密度是影响细胞生长的一个关键因素。微载体的电荷密度控制在1-2 meq/g范围内，若低于1meq/g，会导致细胞吸附不充分或不吸附的情况，但电荷密度过大，则会产生“毒性”效应或抑制细胞生长。
2. 直径大小：
微载体的直径一般不低于50-70nm，直径太小会抑制细胞在微载体上的生长。一般情况下，微载体直径控制在100-250nm范围内比较适宜。同时，也要最小化微载体直径均匀一度的差异，以保证收获细胞的时间和密度的一致性。
3. 密度：
微载体的密度要比培养基密度略大一些，以便与培养基分离，但也不能太大，要保证在低转速时可以悬浮起来，以免高转速产生的剪切力损伤细胞，所以微载体的密度一般为1.03-1.05g/ml。
4. 接种密度：
细胞接种密度跟细胞类型、微载体用量和培养条件等有很大关系，通常情况下，微载体用量在3-20g/L范围。根据细胞类型和培养情况，每个小球细胞接种量在10-50个细胞，细胞最终可扩增3-10倍。
目前，微载体培养技术主要应用在病毒性疫苗生产中，有很多种类的病毒疫苗生产都达到了1000-6000L的规模，且还有很多在研的新型病毒疫苗利用微载体技术进行放大培养。
微载体培养技术在病毒性疫苗领域的应用得益于Vero细胞的发展和应用。Vero 细胞系是第一个被 WHO 批准用于生产人用病毒疫苗的连续细胞系 (CCL) ，Vero 细胞作为人类疫苗基质已有 30 多年的经验，在全球生产和销售了数亿剂疫苗[1]。由于Vero细胞是干扰素表达缺陷型细胞，固有免疫反应较弱，因此它对多种病毒易感，且易产生高滴度的病毒。
因此，Vero细胞在病毒性疫苗行业的应用地位如同CHO在抗体领域的地位一样重要。另外，微载体还适合其他多种贴壁细胞的生长，如MDCK、MARC-145、BHK-21和PK-15等，这些细胞在各种类型病毒性疫苗的生产中起着重要作用。
为了满足市场对微载体的需求，
BioLink公司推出
Puredex® Cyto-1微载体。
Puredex® Cyto-1是一类基于交联葡聚糖基架,带有正电荷基团的微载体，它可以为细胞提供广阔的附着面，从而提高细胞密度，实现高产的目的。Puredex® Cyto-1微载体不仅为贴壁细胞改变培养方式提供了可能，更方便优化细胞培养工艺，实现降本增效的目的。Puredex® Cyto-1微载体可以用于多种宿主细胞的培养。
Puredex® Cyto-1微载体参数表
使用百林科生产Puredex® Cyto-1微载体在CytoLinX® BR 一次性罐体式生物反应器的实验结果如下：
Vero细胞贴壁情况：
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| Vero细胞贴壁2 h | Vero细胞贴壁24 h |
能实现Vero细胞在反应器上的放大生产
CytoLinX® BR 一次性罐体式生物反应器选择
CytoLinX® BR 一次性罐体式生物反应器标准产品包括50L，200L，500L，1000L，2000L 规模，由罐体、控制器及温度控制单元 (TCU) 集合而成，可以应用于工业级哺乳动物、昆虫类细胞、及其他低剪切力需求的细胞培养。
基于DCS构架开发，其底层逻辑采用西门子PCS 7构建，从而覆盖了研发至生产，单台至上游整厂的自控需求，其自控逻辑符合 ISA 88 控制标准。
软件设计符合GMP及 21 CFR Part 11 要求。同时，为了便捷用户使用，CytoLinX® BR 软件界面设计极简，所有功能一目了然，且可以极大程度的满足客户使用需求。
自控系统满足实时数据采集及记录、PID自动控制、在线监控、多参数级联控制等功能，且拥有稳定的pH、DO、温度控制表现。
为了更高效的混合效果，百林科推出全新的底部表盘设计，可以维持较高的线性KLa。并提供微泡，中泡，大泡及多种组合的耗材解决方案，满足各种细胞刁钻的培养需求。
参考文献：
1. Kiesslich, S. and A.A. Kamen, Vero cell upstream bioprocess development for the production of viral vectors and vaccines. Biotechnology Advances, 2020. 44.
2. Merten, O.-W., Advances in cell culture: anchorage dependence. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2015. 370(1661).
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