Een gedetailleerd protocol voor de gelijktijdige werking van 48 parallelle celculturen onder uiteenlopende omstandigheden in een systeem van microbioreactor wordt gepresenteerd. Proces van de cultuur van de cel, oogst en latere antilichaam titer analyse worden beschreven.
Geautomatiseerde microscale bioreactoren (15 mL) kunnen hierbij een nuttig instrument voor cel cultuur ingenieurs. Ze vergemakkelijken de gelijktijdige uitvoering van een breed scala aan experimentele omstandigheden terwijl het minimaliseren van de potentiële variabiliteit van het proces. Toepassingen van deze benadering zijn onder andere: kloon screening, temperatuur en pH verschuivingen, media en supplement optimalisatie. Bovendien zijn de kleine reactor volumes dat bevorderlijk is voor grote Design of Experiments, die een brede waaier van voorwaarden te onderzoeken. Hierdoor upstream processen aanzienlijk worden geoptimaliseerd voor schaal-up waar experimenten is meer reikwijdte beperkt door tijd en economische beperkingen. Geautomatiseerde microscale bioreactor systems bieden verschillende voordelen ten opzichte van traditionele kleinschalige cel cultuur eenheden, zoals schok kolven of spinner kolven. Echter tijdens de pilot schaal moet proces ontwikkeling aanzienlijk worden gezorgd om ervoor te zorgen dat deze voordelen worden gerealiseerd. Wanneer uitvoert met zorg, het systeem kunt inschakelen hoog niveau automatisering, DOE’s met een hoger aantal variabelen uitgevoerd kan worden geprogrammeerd en bemonsteringstijdstip kan verminderen wanneer geïntegreerd met een voedende analyzer of cel teller. Integratie van de deskundige afkomstige heuristiek gepresenteerd hier, met de huidige geautomatiseerde microscale bioreactor experimenten kunt minimaliseren gemeenschappelijke valkuilen die zinvolle resultaten belemmeren. In het uiterste, kan overtreding de beginselen uit hier leiden tot schade van de apparatuur die dure reparaties vereist. Bovendien hebben de systemen microbioreactor kleine cultuur volumes karakterisering van cel kweekomstandigheden bemoeilijken. Het aantal en het bedrag van genomen monsters in-proces in de batch modus cultuur is beperkt als operationele volumes kunnen niet lager zijn dan 10 mL. Deze methode zal bespreken de voordelen en nadelen van microscale bioreactor systemen.
Monoclonal antilichamen (mAbs) werden voor het eerst geproduceerd in muis hybridoma cellen in 19751. Sindsdien, heeft een toename van de ontwikkeling van de productie van recombinante eiwitten plaatsgevonden te humaniseren mAbs verhoging in vivo veiligheid en werkzaamheid2,3,4. Allermeest naar de productieprocessen van recombinante eiwitten in Chinese Hamster Ovary (CHO) cellen voor het gemak waarmee ze aangepast voor serum vrije media, hun vermogen worden kunnen om proteïnen met gelijkaardige posttranslationele modificaties aan die van een aangeboren menselijke dienst eiwitten en hun betrouwbaarheid zoals5,6van de cellen van de gastheer.
Vraag groeit product te leveren sneller en voor grotere patiënt populaties met constante kwaliteit. Naast de economische voordelen toeneemt het repertoire van ziekten behandeld door mAbs, waarin nu auto-immune ziekten, na transplantatie complicaties, artritis en kanker7. Gemiddelde opbrengst voor moderne commerciële mAb productielijnen zijn meestal in het bereik van 5-6 g/L en blijven stijgen van5. Dit is ten dele bereikt door CHO cel engineering en verbeterde productielijn screening met behulp van hoge-doorvoer bioreactoren8. Echter zijn de meeste stijgingen van de productie van eiwitten toegeschreven voor het verwerken van verbeteringen, met inbegrip van vorderingen in media optimalisatie, cel kweekomstandigheden, en verbeterde strategieën7,9,10te voeden. Voedingsprofielen suppletie is essentieel niet alleen voor de juiste celgroei maar ook voor efficiënte productie van hoge kwaliteit proteïne. Bovendien vereisen de cellen de stoichiometrische toevoeging van specifieke nutriënten, vereisen extra begrip voor het voederen van strategie optimalisatie6,11. Traditionele optimalisatie methoden omvatten individuele media component titratie en media mengen met mengsel ontwerpen. Deze methoden zijn echter tijdrovend, arbeid-intensieve, en risico’s die samenhangen met menselijke fout12,13te betrekken.
Optimalisatie Mediastudies vertrouwde eerder op schudden kolven en 1-2 L bioreactoren die onbetaalbaar in termen van grondstoffen en menselijk kapitaal wellicht. Microplates zijn ook gebruikt, maar deze methoden bieden beperkte schaalbaarheid. Bovendien kunnen nog hiervoor meerdere tijdrovende loopt dat introduceren-charges-variabiliteit die de Kredietkwaliteitsbeoordeling variabiliteit veroorzaakt door media samenstelling en voeding strategie14,15,16 verduistert. Dus de noodzaak voor hoge-doorvoer en zeer consistente parallelle bioreactor systemen naar voren gekomen17,18,19,20.
Met de aanzienlijke kosten die zijn gekoppeld aan de werking van traditionele bank-schaal bioreactoren (0.5-5 L), microbioreactors een kostenbesparende alternatief bieden voor de beoordeling van de productie van biologisch afgeleide geneesmiddelen. 21 bench-schaal geroerd-tank bioreactoren zijn betrouwbaar en dichte gegevens via sensorische matrices verstrekken. Controle feedbacksystemen toestaan voor gemakkelijk toezicht op werking. Echter, de montage, kalibratie, schoonmaak, kosten van arbeid, substraat kosten en sterilisatie eisen maken Bank-schaal geroerd-tank bioreactoren duur en arbeidsintensief te bedienen. Shake kolven en microtiterplaat platen verwijderen een aantal van de kosten en problemen in verband met de grotere schaal bioreactoren arbeid, maar deze alternatieven bieden zwakke controle over de verwerking van voorwaarden en produceren van lage dichtheid gegevens, vaak alleen eindpunt metingen. 22
U kunt ook microbioreactors gebruiken een klein volume van het werken om een schaal-downbenadering cellijn en upstream procesontwikkeling. De omvang van microbioreactor experimenten kan leiden tot aanzienlijke afname lopende kosten door lager gebruik van macht, substraat, arbeid, ruimte en hulpprogramma’s. 23 Microbioreactors zijn zoals shake kolven in dat ze gemakkelijk zijn te hanteren als gevolg van hun grootte, maar zij de voordelen van traditionele bank-schaal bioreactoren via hun online feedback controle van pH, temperatuur behouden, zuurstof, en zuur/base opgeloste consumptie, alsmede hun realtimegegevens productie van kwaliteitsparameters waaronder uit gassamenstelling. Microbioreactor schaal zorgt voor high-throughput screening vermogen, die nuttig voor de selectie en proces ontwikkeling kloon zijn kan. 24
De geavanceerde Microscale Bioreactor heeft aangetoond dat een effectief instrument voor de karakterisering van het proces van CHO cel cultuur en ontwikkeling18. Hierin een geautomatiseerd ambr15 systeem, bestaande uit 48 microbioreactors parallel, die hebben aangetoond dat vergelijkbaar zijn met klassieke geroerd tank reactoren in schaal studies,25 werd gebruikt op een wijze analoog aan voorafgaande werk dat de media geoptimaliseerd samenstelling voor een cellijn van CHO-DG44 produceren een model chimeer IgG16. De gevolgen van verschillende media voorwaarden voor groei en titer werden vergeleken en geanalyseerd. In deze paper is een algemene richtlijn uit te voeren van het microbioreactor systeem en de analyse van monsters van de ruwe media gepresenteerd.
Het geautomatiseerde micro bioreactor systeem goed functioneert en efficiënt impliceert de tijdige uitvoering van meerdere geautomatiseerde stappen. Een van de belangrijkste onderdelen van de exploitatie van het systeem is de programmering van de software. Als er een fout optreedt tijdens het schrijven van het programma, zal er ernstige fouten in het experiment dat leiden onverwachte wijzigingen in het proces tot kan, voederen van strategie, bemonsteringsstrategie of kwaliteit van het eindproduct die de bevindingen van de studie vervalt mogelijk. Een ander belangrijk aspect van het runnen van het systeem is te plaatsen en draai de plaat klem correct om te zorgen voor een goede controle van de. De meest voorkomende aanwijzing dat de plaat klem ongelijk heeft aangescherpt is onverwachte variaties in metingen voor vaartuigen 1, 6, 7 en 12 (hoek reactor schepen). Over het geheel genomen geeft instabiliteit een versoepeling van de pakkingen in de zuigleiding van gas in de klem platen. Dit scenario kan belemmeren de instelpunt bereiken. Een andere gemeenschappelijke valkuil te vermijden wanneer een experiment starten de cellen laat zitten te lang tijdens de inoculatie stap, waardoor ze te regelen. Minder tijd bij de cellen zitten, schaadt de minder kans er is dat geleidelijk lager entmateriaal cel graven chronologisch worden toegevoegd aan de reactor vaartuigen die aanzienlijke vooroordeel dat onbewust ertoe kunnen bewegen studieresultaten. Het is beter om te enten in meerdere fasen, d.w.z. Inoculeer elke cultuur station na elkaar met pauze stappen tussenin zodat de cellen zitten niet in de inoculatie plaat langer dan 15 minuten.
Betreffende dagelijks gebruik, behoud van de steriliteit is van vitaal belang. Hoewel het systeem in een biologische veiligheidskast, is steriliteit niet gegarandeerd als gevolg van frequente verkeer in en uit de motorkap. Daarom moet alles wat er in de kap met 70% IPA worden gespoten. Ten tweede, het is essentieel om ervoor te zorgen dat minimale schuimvorming tijdens de cultuur optreedt; media kunnen verstoppen vergassing en uitlaat lijnen, wat leidt tot schade van de klem plaat en zelfs kernonderdelen hieronder. Preventieve anti-schuim toevoeging stappen zijn essentieel in elk micro bioreactor programma ontwerp. In het geval van een “schuim uit” het zou zinvol zijn te volgen van de fabrikanten protocol reiniging en kan voorkomen dat permanente schade van klem platen. Als alternatief kan gebruik van vaartuigen van niet-sparged zinvol zijn voor lagere cel dichtheid of wanneer uitgevoerd in de batchmodus, omdat hogere oppervlakte volumeverhouding in staat efficiënt zuurstof zelfs met het ontbreken van een sparger stelt. Vaartuigen van niet-sparged kunnen niet echter nuttig voor hoge dichtheid of perfusie celculturen zoals de hoofd ruimte niet volstaat om gelijke tred houden met de toenemende consumptie van zuurstof culturen.
Er zijn tal van voordelen geboden door het microbioreactor systeem, omdat hierdoor meerdere gecontroleerde culturen in parallel op kleine schaal met meer controle dan schudden kolven moeten worden uitgevoerd. 17 daarom, het systeem vergemakkelijkt de uitvoering van studies, DoEs, hoge doorvoer kloon studies en studies van de transfectie screening. Geautomatiseerde vloeibare behandeling vermindert ook analist-naar-analist variabiliteit terwijl het tegelijkertijd het minimaliseren van vervelende en tijdrovende arbeid voor geschoold personeel. Hoewel er verschillende voordelen aan het systeem zijn, zijn er verscheidene belangrijke nadelen die u moeten overwegen. Ten eerste, het volume van een cultuur van 15 mL aanzienlijk beperkt in-process bemonsterings- en materiaal van de laatste oogst- en meerdere alternatieve kleinschalige bioreactoren (tot 500 mL) recent beschikbaar zijn gekomen. Een recente vooruitgang op het systeem is de integratie van de geautomatiseerde microscale bioreactor met de BioProfile FLEX 2 analyzer uit Nova biomedische, die de in proces-sampling probleem matigt doordat monstervolume p.a. cel dichtheid en voedingsstoffen . Voordelen kunnen zijn snelle setup en vrijwel geen schoonmaak leidt tot exploitatiebesparingen, maar de kosten van de beschikbare eenheden te worden overwogen voor de lange termijn projecten, als het kan duurder zijn om te kopen van de eenheden dan de herbruikbare conventionele systemen.
De methode die in dit Groenboek besproken is vooral geschikt voor de cultuur van de cel van batch-modus, maar afhankelijk van de behoeften van de gebruiker kan worden gewijzigd. Elk station cultuur heeft onafhankelijke controle van de temperatuur, terwijl Ken en pH kunnen worden gevarieerd op het niveau van individuele reactor vaartuigen. Sartorius biedt ook DoE planningssoftware speciaal ontworpen voor het toestaan van experimenten te worden aangepast voor de micro bioreactor systeem. Grote schaal DoE studies met de nieuwe DoE-software geleverd door de fabrikant kunnen helpen in de media en aanvulling van optimalisatie. Hoewel hier niet gebruikt, kunt het systeem van de microbioreactor ook fed-batch studies. Het systeem is nog niet geoptimaliseerd voor perfusie celculturen. Echter zijn er beperkte onderzoeken en proeven om na te bootsen perfusie cel cultuur operatie in het huidige systeem van de micro bioreactor. 26 deze methode kan worden aangepast voor het nabootsen van hoge dichtheid perfusie culturen door cel regelen. Door het variëren van de hoogte waaraan het pipet wordt ingevoegd in de reactor en door het optimaliseren van beslechting tijd, kunnen de media worden weggenomen en aangevuld naar spiegel overvloed modus van cultuur. Er zijn nieuwe producten in deze ontwikkeling gebied dat beter dan het systeem hier gepresenteerd werkt als perfusie modus van cultuur is gewenst.
Kortom, deze studie toont het gebruik van geautomatiseerde micro-bioreactoren en bijbehorende analytische voor CHO cel cultuur operaties te produceren en te karakteriseren van een model IgG1 Monoclonal antilichaam. Het benadrukt de rol van de kleine schaal micro-bioreactoren in Bioprocestechnologie productie en hun impact op de ontwikkeling van cel cultuur en media screening. Hoewel er vele voordelen aan het gebruik van een systeem van geautomatiseerde kleinschalige, om het volledig realiseren hun voordelen verwerken begrip en analytische karakterisering is absoluut noodzakelijk. Deze studie biedt de gebruiker met een richtsnoer voor het gebruik van een systeem van geautomatiseerde microscale reactor, die kan worden ontwikkeld en verbeterd per individuele onderzoeksbehoeften.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs bedank Scott Lute voor de analytische ondersteuning die zij verstrekt. Gedeeltelijke interne financiering en steun voor dit werk werd verzorgd door de CDER kritieke pad programma (CA #1-13). Dit project werd gedeeltelijk ondersteund door een benoeming tot de stage/deelname onderzoeksprogramma op de Office van de producten van de biotechnologie, de Amerikaanse Food and Drug Administration, beheerd door het Oak Ridge Instituut voor wetenschap en onderwijs door middel van een Interagency overeenkomst tussen het Amerikaanse ministerie van energie en FDA.
CHO DG44 Cell Line | Invitrogen | A1100001 | |
ambr 15 automated microbioreactor system | Sartorius | 001-2804 | automated micro bioreactor |
ambr 15 Cell Culture 24 Disposable Bioreactors – Sparged | Sartorius | 001-2B80 | |
1 mL disposable pipette tips, sterilized | Sartorius | A-0040 | |
5 mL disposable pipette tips, sterilized | Sartorius | A-0039 | |
24 Well deep well plates | Sartorius | A-0038 | |
1 Well plates | Sartorius | A-0068 | |
Vi-Cell XR cell counter | Beckman Coulter | 731050 | automated cell counter |
EX-CELL Antifoam (gamma irradiated) | Sigma-Aldrich | 59920C-1B | |
CD OptiCHO AGT Medium | Thermo Fisher Scientific | A1122205 | |
200 mM L-glutamine | Corning | 25-005-CV | |
100X Penicillin/Streptomycin | Corning | 30-001-CI | |
125 mL F-Bottom Shake Flasks (Sterile, Vented) | Fisher Scientific | PBV12-5 | |
125 mL glass Spinner Flasks | Corning Life Sciences Glass | 4500-125 | |
250 mL PP Conical Centrifuge Tubes (Sterile) | Nalgene (Thermo Scientific) | 376814 | |
TC20 Automated Cell Counter | BioRad Laboratories, Inc. | 1450103 | |
Trypan Blue | Sigma-Aldrich | T8154 | |
10x PBS | Corning | 46-013-CM | |
BioProfile FLEX Analyzer | Nova Biomedical | 49418 | Nutrient Analyzer |
Octet Red 96 | Pall FortéBio | 99-0042 | Protein A Biosensor |
Protein A Dip and Read Biosensors | Pall FortéBio | 18-5010 | |
Polypropylene 96-well Microplate, F-bottom, Chimney-style, Black | Greiner Bio-One | 655209 |