迈博瑞一次性生物反应器耗材（Cellgard细胞截留板）新品上线
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1.一次性生物反应袋发展进程
2.一次性灌流生物反应袋的基本要求 3.一次性灌流生物反应袋应用及挑战
4.解决方案：迈博瑞Cellgard细胞截留板 |
一次性生物反应袋发展进程
1、一次性生物反应袋
1998年，Wave Biotech公司推出了Wave Bioreactor®摇摆式生物反应器系统，该系统采用一次性生物反应袋Cellbag®作为细胞及微生物培养容器。经过市场多年的使用验证，一次性摇摆式生物反应器系统及其所配套的耗材，已经在全球范围内得到广泛的接受与认可。随着生命科学及生物制药行业的快速发展，行业主体对细胞培养的要求越来越高，更高的细胞培养密度、更短的培养周期、更低的培养成本、更高的培养成功率等。因此，一次性生物反应器耗材制备技术、生物培养工艺等学科也在不断发展，更新迭代。
图1：®示意图（图片来自GE）
2、带过滤器的一次性生物反应袋
2001年，Dr. Vijay Singh发明了带过滤器的一次性生物反应袋产品，见图2（专利号US6544788），该产品能够将目标物质，如细胞、微生物等，通过所述的“过滤器”截留在反应袋内部，同时将废培养基液体通过“过滤器”排出反应器外，并且实现新鲜培养基加入，从而实现了在Wave Bioreactor®及一次性反应袋产品中连续化灌注培养细胞及微生物，为微生物培养工艺、生物制药上游细胞扩增工艺提供了有力的工具。
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图2：带过滤器的一次性生物反应袋示意图（图片来源：US6544788）
3、一次性灌流生物反应袋
该技术发展到今天，最为行业所熟知的产品，即为Cytiva公司在售的XuriTM系列一次性灌流生物反应袋产品，见图3。随着专利US6544788的到期，全球一次性耗材生产商也陆陆续续开始了一次性灌流生物反应袋产品的开发和商业化工作。
图3：XuriTM系列一次性灌流生物反应袋产品（图片来自Cytiva）
二、一次性灌流生物反应袋的基本要求
一次性灌流生物反应袋的基本要求，是在产品使用者的生物培养工艺条件下，保证所培养的微生物或细胞，达到预期的增殖密度，且在该过程中，起到截留作用的“过滤器”不堵塞，即液体能够在较低的压力下通过所述过滤装置，同时，“过滤器”能够有效截留被培养物质，即过滤装置下游几乎无微生物或细胞穿透。因此，由上述可见，“过滤器”的截留性能是决定一次性灌流生物反应袋能否满足使用要求的关键核心部件。
三、一次性灌流生物反应袋应用及挑战
1、一次性灌流生物反应袋主要应用
- 一次性灌流生物反应袋的一个重要应用点，位于生物制药工艺环节中的细胞扩增工艺段。
- 在细胞扩增阶段，使用者期望能够通过灌流培养的工艺，实现对于CHO等工程细胞的高密度细胞培养。
高密度CHO细胞灌流培养的益处为：
- 一方面，可以提高细胞扩增效率，甚至有可能减少1-2个细胞扩增工艺步骤，节省时间、原材料、金钱、人力成本，减少染菌风险，提高成功率
- 另一方面，在一些利用工程细胞表达目标蛋白、收获病毒载体、获得mRNA疫苗的小规模研产活动中，高细胞培养密度能够带来更高的目标物滴度，并提高效率
下图4比较了一个用常规方法将细胞扩大到500L生产用生物反应器（n）中的例子，使用高密度细胞库方法减少了中间两个转瓶培养的步骤，可以直接接种到2L的波浪生物反应器中。使用波浪生物反应器（2L和20L）代替转瓶（125ml到10L）大大减少了需要在超净台中操作的次数。这种替换使整个过程在一个封闭系统中进行，提高了操作成功率。
图4：常规与改进的细胞培养工艺过程比较（图片来源：Bioprocess Int）
2、一次性灌流生物反应袋在高细胞密度中面临的挑战
高细胞密度对于灌流生物反应袋的挑战是巨大的，尤其当细胞密度上升后，对于过滤部件的压力尤为明显。
- 高细胞浓度时，过滤部件需要能够维持灌流工艺的进行，此即要求过滤部件面对高浓度料液挑战时不被堵塞；
- 再者，被培养物，如细胞、微生物等由于本身结构柔软，在较低压力驱动下极容易穿透过滤介质。
- 另外一个容易被忽视的地方，在于灌流生物反应袋中的过滤部件在整个培养过程中是随着Wave Bioreactor®不断“随波逐流”的，长时间的培养需求对过滤部件的机械可靠性能提出了更高的要求。
综上，一款合格的适用于Wave Bioreactor®的截留过滤部件需要满足高载量、长寿命、高截留效率、高机械可靠性等要求。迈博瑞基于常年在过滤、分离及纯化行业的积累，提出了利用深层过滤机制来应对灌流生物反应袋过滤部件提出的挑战，并成功开发出Cellgard细胞截留板。
解决方案：迈博瑞迈博瑞Cellgard细胞截留板
迈博瑞开发的Cellgard细胞截留板是利用超高分子量聚乙烯粉末烧结工艺制成的一种深层过滤介质，见图5，有17×17cm和50×30cm两种尺寸，厚度为3mm，见图6。针对生物制药行业对于工程细胞（如CHO DG44细胞，CHO K1细胞，HEK 293细胞等）扩增培养的具体需求，Cellgard板材的孔径被设计为7μm，同时，Cellgard高达300N/mm的穿刺强度，大大提高了截留部件的机械可靠性。这样的设计，能够良好的满足灌流生物反应袋对截留过滤部件提出的挑战。在MS与客户的灌流细胞培养评测实验中，Cellgard细胞截留板均完美的实现了不同条件下的细胞培养并达到测试预期。