使用微载体生物反应器规模化扩增 Vero 细胞的方法

      绝大多数贴壁 Vero 细胞扩增培养都是使用微载体技术在搅拌式细胞生物反应器中进行的。在这里，细胞附着在微载体上，微载体被设计成在搅拌培养中保持悬浮。
微载体的种类很多，主要分为固体和大孔两种，表面性质不同。几项研究比较了不同类型的微载体用于 Vero 细胞的繁殖. 目前多数使用Cytodex 1 微载体 . Cytodex 1 微载体是基于葡聚糖的固体微载体，显示带电表面，平均直径为 180 μm左右。 近年来，国内生产的DISKS片状载体孔径只有15μm，单层厚度约0.44mm,可以维持较好的营养物质交换环境，并且减少细胞代谢有害物质的积累，较适宜哺乳动物贴壁细胞的生长。
        微载体培养可以在不锈钢微载体培养生物反应器中进行。使用生物反应器的优势之在于其工艺参数可以放大到更大尺寸的生物反应器。生产阶段通过使用更大体积的发酵罐连续培养可以降低运营成本。此外，生物反应器用于动物细胞培养的用途已经建立，具有许多不同的配置，适用于大规模操作。
此外，细胞生物反应器提供了应用广泛的过程分析技术和过程控制策略的选择。一个关键点是，以恒定速率控制混合可使培养物保持均匀。细胞、营养物和溶解气体分布均匀，较大程度地减少了组件的局部限制，并且可以准确、实时地测量整个过程参数（例如温度、pH 值、溶解氧）。除了对培养物进行在线监测外，生物反应器甚至还可以在不干扰培养物的情况下对小体积样品进行离线分析（例如细胞计数、代谢物浓度、葡萄糖乳酸测定等）。
在大规模细胞扩增的情况下，搅拌桨的剪切力、搅拌速率都会对细胞得生长产生影响。一般来说，搅拌速率需要足够高以保持微载体悬浮在培养物中并确保均匀混合以及充分的气体转移. 同时，搅拌也应保持在低限速，因为过高的搅拌速率会因剪切应力而显着损害细胞生长。
贴壁过程中的细胞密度受表面积的限制，而表面积由微载体的总数决定。已经研究了不同浓度的 Cytodex 1 微载体的使用，浓度范围为 1.5 至 10 g/L。一方面，较高的微载体浓度始终会导致较高的细胞密度，但另一方面会出现氧气和营养限制等技术挑战. 例如，在批处理模式下， 在微载体浓度为 2、3 和 6 g/L 时，Cytodex 1 的细胞密度分别达到 2.1 × 10 ⁶、2.6 × 10 ⁶和 3.6 × 10 ⁶ 个细胞/mL 。
相比之下，灌注培养模式具有更高的细胞密度。在灌注过程中，因不断向培养物中加入新鲜培养基，并以相同的速度去除用过的培养基，这样可以长时间维持足够的底物水平以减少和抑制副产物的形成。 据报道，使用灌注培养法在微载体浓度为 2、3 和 10 g/L 时，Cytodex 1 的细胞密度分别为 2.1 × 10 ⁶、4.7 × 10 ⁶和 7.8 × 10 ⁶细胞/mL。通过再循环模式下，细胞密度甚至可以达到 5.5 × 10 ⁶和 10.1 × 10 ⁶ 。


为细胞提供适量的营养是一项复杂的任务，尤其是在高细胞密度的情况下。为降低污染风险，Vero 细胞扩增培养一般使用无血清的培养基。 另外，Vero 细胞培养物中的主要代谢物是葡萄糖、谷氨酰胺、谷氨酸、乳酸和氨。这些代谢产物在细胞扩增培养过程的中后期会严重影响到细胞生长。分析培养基的成分消耗和代谢产物乳酸的浓度，有助于及时根据细胞生长状态调整培养环境参数，评估不同规模、不同培养模式、不同培养策略或不同生物反应器系统之间的差异。例如：德国Biosen C-Line 乳酸分析仪可以在线实时分析培养物的乳酸浓度。
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