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實驗室研發階段細胞培養**解決方案！
scale-X 生物反應器是一種新型固定床系統，可用于貼壁和懸浮細胞系的培養。設備單元占地小，而具有相當大的表面積，從而可獲得極高細胞密度。本研究比較了在scale-X hydro生物反應器和標準微載體培養體系中進行的貼壁Vero細胞培養。兩種系統可獲得相似的單位面積細胞濃度。隨后，展開螺旋卷式固定床顯示，細胞在軸向和徑向上具有均勻的分布。這表明在生物反應器內部具有均勻的液體流動和細胞附著。觀察到的均質的細胞生長是一個重要的規模放大因素，以按可重復的方式，實現可用表面積**限度的利用。
scale-X生物反應器簡介
大多數病毒疫苗的生產工藝基于貼壁細胞平臺。典型的培養系統，如滾瓶、多層細胞培養皿和微載體生物反應器，在規模放大時，都有一定的限制。為了克服潛在的規模放大限制，簡化生產，固定床生物反應器是一個**價值的替代選擇。創新的scale-X生物反應器是一種可規模放大的固定床系統，可從研發（2.4 m2生長表面積）放大到中試（10和30m2生長表面積）和生產規模（200和600m2生長表面積；圖1）。scale-X**技術使用了一種結構化的螺旋卷式非編織聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）固定床，以減少局部過度壓實和死區，同時實現可用內表面積及質量的**利用，獲得批次間的高可重復性（圖2）。
材料、方法 & 設備
固定床工藝：scale-X hydro生物反應器
細胞系和工藝條件
用于細胞密度和分布評估的方法
? 可從固定床提取12根整合的取樣條（每根1面積2.15 cm2）在1 mL細胞裂解緩沖液中充分混合3 min。消化的細胞核用結晶紫染色并進行計算。
? 當達到目標細胞密度后，取出固定床，小心地鋪開，剪下確定的1 cm2面積（圖3）。條帶上的細胞用試劑A100（ChemoMetec）裂解，并使用血細胞計數器對細胞核進行計數。
早期研發階段的工藝選擇對疫苗的開發至關重要，一次性生物反應器的投入應從小規模細胞培養開始，Scale-X™hydro 是一款結構緊湊、功能齊全、自動化控制的小規模固定床生物反應器，有效降低了疫苗開發成本，一次性載體、管路，方便了工藝開發操作，保證了細胞培養的穩定性！
對照工藝：在攪拌罐生物反應器（STR）中進行Cytodex® 1微載體培養
細胞系和工藝條件
用于細胞密度和分布評估的方法
? 從生物反應器取5 mL樣品體積。進行三次的洗脫后，用0.1 M檸檬酸、0.1%結晶紫和0.1% Triton X-100溶液裂解細胞。
? 37℃孵育1小時后，用血細胞計數器對染色的細胞核進行計數。該方法詳細描述，參見Trabelsi et al.文章（Khaled Trabelsi， 2004）。
工藝參數（用于兩種培養）
? 添加4 mM谷氨酰胺的無血清培養基（VP-SFM， Gibco™）
? 補加葡萄糖和谷氨酰胺原液，以分別防止兩種底物低于8 mM和2 mM
? 使用CO2和 0.5 NaHCO3（微載體）或0.5 NaOH（scale-X）將pH值控制為7.2
? 溫度設定點為37℃
? 溶氧設定點為50%（頂部空間通氣）
VERO細胞生長
比較不同生物反應器系統內的**Vero細胞密度（Kiesslich，2020）（圖4）：
scale-X hydro 生物反應器（2.4 m2）:2.7 x 105 cells/cm2
STR Cytodex® 1（0.75 m2）：2.4 x 105 cells/cm2
不同的細胞接種密度導致了不同但相當的生長曲線圖。scale-X生物反應器中的單位面積細胞密度（2.7x 105 cells/m2）略高于微載體培養（2.4 x 105 cells/m2）。兩種系統的培養基使用量接近，為2.1 - 2.2 ×109 cells/L培養基。當考慮兩個系統在同等產量下的反應器體積時，固定床生物反應器的設備占地顯著降低（降低5倍）。
圖4. 相比標準微載體培養，scale-X hydro生物反應器中的Vero細胞生長，由Kiesslich et al.（2020）提供。
Univercells進行了延長的Vero細胞生長研究（圖5）。在scale-X hydro生物反應器中進行了多次實驗（n=26），獲得了可重復的細胞密度，平均為2.5×105 cells/cm2。規模放大至更大的scale-X carbo生物反應器（10m2和30m2），可獲得相似的單位面積細胞密度。
圖5. Vero 細胞曲線圖：試驗以Vero 細胞生長在不同scale-x 規格體積（內部數據）
在結構化、螺旋卷式固定床中的Vero細胞分布
在培養的不同階段（2.7×105 cells/cm2和5.3×105 cells/cm2時，圖6），對Vero細胞分布進行了研究。為此，從展開的固定床中提取了9個樣本，并測定細胞密度。
在scale-X hydro生物反應器中，Vero細胞在固定床中軸向和徑向均勻分布。研究進行了進一步的計算機流體動力學研究，結果顯示，在結構化固定床中沒有死區和非均勻性（數據未顯示）。均勻的細胞生長使可用表面積得到充分利用。
圖6. scale-X生物反應器的結構化固定床中的Vero細胞生長分布。
細胞沿徑向（從中心半徑）和軸向（固定床高度）均勻分布。（a.）由Kiesslich et al.（2020）友情提供，（b.）在Univercells實驗室進行。
總結
在這兩種工藝中，貼壁Vero細胞達到了相同的密度。當轉移到更大的固定床scale-X生物反應器時，達到了類似的細胞生長趨勢和**單位面積細胞密度。*后，對Vero細胞生長分布的研究顯示，固定床內有均勻的細胞貼壁和生長。與微載體工藝相比，固定床的緊湊設計使設備占地面積降低5倍。
總體而言，結果表明，結構化的scale-X固定床生物反應器系統是傳統“規模擴展”技術的合適替代方案，后者如多層培養皿和滾甁，也包括具有一定技術挑戰性的培養系統，如微載體工藝。
目前的scale- X生物反應器可以轉化至生產規模（600 m2），并整合到連續的NevoLine™生產平臺中。NevoLine系統將強化的上游工藝與連續的下游工藝相結合，以降低資本投入和運營成本，實現低成本、大規模的生產能力。
參考文獻
Khaled Trabelsi， S. R. (2004). Comparison ofvarious culture modes for the production of rabies virus by Vero cells grown onmicrocarriers in a 2-l bioreactor. Enzyme and Microbial Technology.
Kiesslich， S.V.-C.-F. (2020). Serum-free production of rVSV-ZEBOV in Vero cells:Microcarrier bioreactor versus scale-X™ hydro fixed-bed. Journal of Biotechnology.
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