生物(wù)反應器在生物(wù)制藥中的(de)應用(yòng)及前景

　生物(wù)反應器在生物(wù)制藥中的(de)應用(yòng)及前景
利用(yòng)生物(wù)反應器懸浮培養細胞生産抗體抗原等産物(wù)是生物(wù)制品的(de)核心技術，結合篩選馴化(huà)的(de)高(gāo)表達細胞株和(hé)精細化(huà)工藝控制培養過程，從而提高(gāo)生産效率、産品質量和(hé)降低成本，但目前國内生物(wù)反應器在大(dà)規模應用(yòng)上仍處于起步階段，随著(zhe)現代生物(wù)技術發展，利用(yòng)生物(wù)反應器進行生物(wù)制品生産是行業發展的(de)必然趨勢。
1 生物(wù)反應器在生物(wù)制藥中的(de)應用(yòng)及現狀
1962年，Capstick等對(duì)BHK21細胞馴化(huà)實現懸浮培養，并應用(yòng)于獸用(yòng)疫苗生産。1967年，VanWezel開發了(le)微載體并實現了(le)生物(wù)反應器中培養貼壁細胞。生物(wù)反應器中懸浮培養和(hé)載體培養标志著(zhe)細胞大(dà)規模培養的(de)開始。20世紀80年代後，CHO細胞實現懸浮培養，治療性抗體生産技術的(de)發展極大(dà)的(de)推動著(zhe)生物(wù)反應器在生物(wù)制藥行業的(de)應用(yòng)，到20世紀末已進入萬升規模。21世紀初，随著(zhe)流加培養、灌流培養、基因工程等技術的(de)發展，作爲大(dà)規模培養主要設備的(de)生物(wù)反應器規模也(yě)趨向大(dà)型化(huà)和(hé)自動化(huà)。當前生物(wù)制藥的(de)主流技術是在大(dà)型機械攪拌式反應器中，用(yòng)無血清培養基和(hé)灌流工藝懸浮培養細胞進行生産。 生物(wù)反應器大(dà)規模培養在生物(wù)制藥領域快(kuài)速發展，全球銷售額最高(gāo)的(de)6大(dà)類生物(wù)技術藥中，5類是經哺乳動物(wù)細胞表達生産的(de)。現代基因工程技術及生物(wù)反應器工藝的(de)發展，促進細胞培養制藥的(de)快(kuài)速發展。國際知名廠家紛紛進行細胞改造篩選，發展自己的(de)細胞培養平台。反觀國内，人(rén)用(yòng)和(hé)獸用(yòng)疫苗企業超過120家，應用(yòng)生物(wù)反應器進行生産的(de)大(dà)多(duō)還(hái)是小規模的(de)試驗階段，與國外萬升級規模相比還(hái)較大(dà)的(de)差距。
2 生物(wù)反應器懸浮培養關鍵技術
生物(wù)反應器懸浮培養主要包括高(gāo)表達細胞株的(de)改造、個(gè)性化(huà)培養基的(de)定制、生産工藝的(de)改進、生物(wù)反應器及配套設施的(de)優化(huà)等四個(gè)方面。
2.1 細胞的(de)馴化(huà)
爲了(le)提高(gāo)生物(wù)制品的(de)産率和(hé)安全有效性，篩選高(gāo)表達量的(de)宿主細胞意義重大(dà)。
爲實現馴化(huà)穩定，通(tōng)常有高(gāo)密度細胞培養向低密度細胞培養，由高(gāo)濃度血清培養逐漸向降低血清濃度培養。因細胞損傷後很難修複，所以馴化(huà)活力應保持在90%以上。細胞的(de)增殖能力直接影(yǐng)響産能，馴化(huà)時(shí)應保持對(duì)其增殖能力測定。馴化(huà)時(shí)還(hái)應該對(duì)其表達分(fēn)泌能力進行測定，避免馴化(huà)後的(de)細胞表達特性發生變化(huà)。在篩選馴化(huà)過程中應及時(shí)選擇細胞狀态好的(de)細胞進行凍存保種。
2.2 培養基的(de)個(gè)性化(huà)定制
大(dà)規模培養技術中，維持高(gāo)密度甚至無血清生長(cháng)，細胞培養基的(de)營養含量對(duì)細胞增殖和(hé)維持至關重要，不同細胞需要提高(gāo)目标生物(wù)制品的(de)穩定性、表達量均需要個(gè)性化(huà)培養基的(de)支持，個(gè)性化(huà)培養基在國外生物(wù)制品生産已被普遍采用(yòng)。
2.3 懸浮培養
懸浮培養過程是生産工藝的(de)開發和(hé)過程的(de)優化(huà)。
2.3.1 細胞懸浮培養方式

懸浮培養	優點	缺點
懸浮培養	直接增殖 自由生長(cháng) 環境均一 取樣簡單 操作簡單 放大(dà)方便 污染率低 成本低	大(dà)部分(fēn)細胞不能懸浮培養，需要大(dà)量工作去做(zuò)改造馴化(huà)
微載體培養	環境均一 取樣簡單 可(kě)以直接觀察細胞狀态	消化(huà)放大(dà)困難 操作複雜(zá) 成本高(gāo)
固定床培養	剪切力小 紙片載量大(dà)	消化(huà)放大(dà)困難 操作複雜(zá) 不可(kě)以直接觀察

2.3.2 生物(wù)反應器培養工藝選擇

培養方式	優點	缺點
批次培養	能直接反映細胞在反應器中的(de)生長(cháng)、代謝變化(huà)，操作簡單	代謝産物(wù)多(duō)，抑制細胞生長(cháng)，細胞密度低
流加培養	操作簡單、産率高(gāo)、容易放大(dà)、應用(yòng)廣泛	需要流加設計
灌流培養	培養體積小，回收體積大(dà)，産品在罐内停留時(shí)間短，可(kě)及時(shí)回收低溫保存利于産品活性	操作繁雜(zá)、培養基利用(yòng)率低、過濾器容易堵塞

 
2.3.3生物(wù)反應器培養過程參數選擇
選擇合适的(de)工藝後，過程控制成爲關鍵。爲了(le)保持最優環境中培養細胞，需要利用(yòng)在線監控功能控制各種運行參數。
動物(wù)細胞對(duì)溫度敏感，需要采用(yòng)合适的(de)加熱(rè)或冷(lěng)卻方式控制培養溫度在35-37℃，避免細胞受到損傷。
動物(wù)細胞适宜的(de)PH生長(cháng)範圍一般在6.8-7.3之間，低于6.8或高(gāo)于7.3都可(kě)能對(duì)細胞生長(cháng)産生不利影(yǐng)響。
溶氧控制同樣重要，其範圍通(tōng)常爲20-60%的(de)空氣飽和(hé)度，應該注意通(tōng)氣量，避免氣泡的(de)破裂對(duì)細胞造成損傷，同時(shí)通(tōng)氣量會影(yǐng)響PH值，需要綜合考慮。
培養過程中還(hái)要注意滲透壓，大(dà)多(duō)數動物(wù)細胞适宜的(de)滲透壓範圍是280-320mosm/kg H₂O左右，加堿控制PH值時(shí)要注意監測。
此外，還(hái)要進行流加方式、灌流速率及代謝産物(wù)的(de)控制等，在整個(gè)工藝優化(huà)過程中，各個(gè)參數不是單一運行，且相互影(yǐng)響，需要進行全面控制。