邁博瑞一次性生物反應器耗材（Cellgard細胞截留板）新品上線
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1.一次性生物反應袋發展進程
2.一次性灌流生物反應袋的基本要求 3.一次性灌流生物反應袋應用及挑戰
4.解決方案：邁博瑞Cellgard細胞截留板 |
一次性生物反應袋發展進程
1、一次性生物反應袋
1998年，Wave Biotech公司推出了Wave Bioreactor®搖擺式生物反應器系統，該系統采用一次性生物反應袋Cellbag®作為細胞及微生物培養容器。經過市場多年的使用驗證，一次性搖擺式生物反應器系統及其所配套的耗材，已經在全球范圍內得到廣泛的接受與認可。隨著生命科學及生物制藥行業的快速發展，行業主體對細胞培養的要求越來越高，更高的細胞培養密度、更短的培養周期、更低的培養成本、更高的培養成功率等。因此，一次性生物反應器耗材制備技術、生物培養工藝等學科也在不斷發展，更新迭代。
圖1：®示意圖（圖片來自GE）
2、帶過濾器的一次性生物反應袋
2001年，Dr. Vijay Singh發明了帶過濾器的一次性生物反應袋產品，見圖2（專利號US6544788），該產品能夠將目標物質，如細胞、微生物等，通過所述的“過濾器”截留在反應袋內部，同時將廢培養基液體通過“過濾器”排出反應器外，并且實現新鮮培養基加入，從而實現了在Wave Bioreactor®及一次性反應袋產品中連續化灌注培養細胞及微生物，為微生物培養工藝、生物制藥上游細胞擴增工藝提供了有力的工具。
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圖2：帶過濾器的一次性生物反應袋示意圖（圖片來源：US6544788）
3、一次性灌流生物反應袋
該技術發展到今天，最為行業所熟知的產品，即為Cytiva公司在售的XuriTM系列一次性灌流生物反應袋產品，見圖3。隨著專利US6544788的到期，全球一次性耗材生產商也陸陸續續開始了一次性灌流生物反應袋產品的開發和商業化工作。
圖3：XuriTM系列一次性灌流生物反應袋產品（圖片來自Cytiva）
二、一次性灌流生物反應袋的基本要求
一次性灌流生物反應袋的基本要求，是在產品使用者的生物培養工藝條件下，保證所培養的微生物或細胞，達到預期的增殖密度，且在該過程中，起到截留作用的“過濾器”不堵塞，即液體能夠在較低的壓力下通過所述過濾裝置，同時，“過濾器”能夠有效截留被培養物質，即過濾裝置下游幾乎無微生物或細胞穿透。因此，由上述可見，“過濾器”的截留性能是決定一次性灌流生物反應袋能否滿足使用要求的關鍵核心部件。
三、一次性灌流生物反應袋應用及挑戰
1、一次性灌流生物反應袋主要應用
- 一次性灌流生物反應袋的一個重要應用點，位于生物制藥工藝環節中的細胞擴增工藝段。
- 在細胞擴增階段，使用者期望能夠通過灌流培養的工藝，實現對于CHO等工程細胞的高密度細胞培養。
高密度CHO細胞灌流培養的益處為：
- 一方面，可以提高細胞擴增效率，甚至有可能減少1-2個細胞擴增工藝步驟，節省時間、原材料、金錢、人力成本，減少染菌風險，提高成功率
- 另一方面，在一些利用工程細胞表達目標蛋白、收獲病毒載體、獲得mRNA疫苗的小規模研產活動中，高細胞培養密度能夠帶來更高的目標物滴度，并提高效率
下圖4比較了一個用常規方法將細胞擴大到500L生產用生物反應器（n）中的例子，使用高密度細胞庫方法減少了中間兩個轉瓶培養的步驟，可以直接接種到2L的波浪生物反應器中。使用波浪生物反應器（2L和20L）代替轉瓶（125ml到10L）大大減少了需要在超凈臺中操作的次數。這種替換使整個過程在一個封閉系統中進行，提高了操作成功率。
圖4：常規與改進的細胞培養工藝過程比較（圖片來源：Bioprocess Int）
2、一次性灌流生物反應袋在高細胞密度中面臨的挑戰
高細胞密度對于灌流生物反應袋的挑戰是巨大的，尤其當細胞密度上升后，對于過濾部件的壓力尤為明顯。
- 高細胞濃度時，過濾部件需要能夠維持灌流工藝的進行，此即要求過濾部件面對高濃度料液挑戰時不被堵塞；
- 再者，被培養物，如細胞、微生物等由于本身結構柔軟，在較低壓力驅動下極容易穿透過濾介質。
- 另外一個容易被忽視的地方，在于灌流生物反應袋中的過濾部件在整個培養過程中是隨著Wave Bioreactor®不斷“隨波逐流”的，長時間的培養需求對過濾部件的機械可靠性能提出了更高的要求。
綜上，一款合格的適用于Wave Bioreactor®的截留過濾部件需要滿足高載量、長壽命、高截留效率、高機械可靠性等要求。邁博瑞基于常年在過濾、分離及純化行業的積累，提出了利用深層過濾機制來應對灌流生物反應袋過濾部件提出的挑戰，并成功開發出Cellgard細胞截留板。
解決方案：邁博瑞邁博瑞Cellgard細胞截留板
邁博瑞開發的Cellgard細胞截留板是利用超高分子量聚乙烯粉末燒結工藝制成的一種深層過濾介質，見圖5，有17×17cm和50×30cm兩種尺寸，厚度為3mm，見圖6。針對生物制藥行業對于工程細胞（如CHO DG44細胞，CHO K1細胞，HEK 293細胞等）擴增培養的具體需求，Cellgard板材的孔徑被設計為7μm，同時，Cellgard高達300N/mm的穿刺強度，大大提高了截留部件的機械可靠性。這樣的設計，能夠良好的滿足灌流生物反應袋對截留過濾部件提出的挑戰。在MS與客戶的灌流細胞培養評測實驗中，Cellgard細胞截留板均完美的實現了不同條件下的細胞培養并達到測試預期。