Detaylı bir protokol 48 paralel hücre kültürlerinde bir microbioreactor sisteminde çeşitli koşullar altında eşzamanlı işlem için sunulmaktadır. Hücre kültür süreci, hasat ve sonraki antikor titresi analiz anlatılmıştır.
Otomatik microscale Biyoreaktörler (15 mL) hücre kültür mühendisleri için yararlı bir araç olabilir. Onlar potansiyel işlem değişkenlik en aza indirirken çok çeşitli deneysel koşullar eşzamanlı yürütülmesi kolaylaştırmak. Bu yaklaşımın uygulamaları: clone tarama, sıcaklık ve pH vardiya, medya ve ek en iyi duruma getirme. Ayrıca, küçük reaktör birimleri büyük tasarım, çok çeşitli koşulları araştırmak deneyleri için elverişli. Böylece ters yönde süreçleri önemli ölçüde ölçek-up önce optimize nerede deneme daha kapsam zaman ve ekonomik kısıtlamaları nedeniyle sınırlıdır. Otomatik microscale biyoreaktör sistemleri sallamak şişeler veya spinner şişeler gibi hücre kültür birimleri geleneksel küçük ölçekli çeşitli avantajlar sunuyor. Ancak, sırasında pilot ölçek süreç geliştirme önemli bu avantajları gerçekleştirilmektedir sağlamak için özen göstermelidir. Bakım ile çalıştırdığınızda, sistem yüksek düzey Otomasyon etkinleştirebilirsiniz, DOE’nun değişkenleri daha yüksek bir sayı ile çalıştırmak için programlanmış ve örnekleme zamanı azaltabilirsiniz bir besin Analyzer’ı veya hücre sayaç ile entegre. Burada, geçerli otomatik microscale biyoreaktör deneyler ile sunulan uzman kaynaklı heuristics entegrasyonunu anlamlı sonuçlar engel ortak tuzaklar en aza indirebilirsiniz. Aşırı, aksi takdirde burada ortaya konulan ilkelerine uygun pahalı onarım gerektiren ekipman hasar neden olabilir. Ayrıca, microbioreactor sistemleri karakterizasyonu hücre kültür koşulların zorlaştıran küçük kültür birimleri var. Alınan örnekler işlem içi toplu iş modu kültür miktarı ve numarası işletim birimleri 10 mL dalamıyorum gibi sınırlıdır. Bu yöntemin avantajları ve dezavantajları microscale biyoreaktör sistemleri ele alınacak.
Monoklonal antikor (mAbs) ilk 19751fare Hibridoma hücrelerde üretildi. O zamandan beri Rekombinant protein üretim geliştirme bir artış artış vivo içinde güvenliği ve etkinliği2,3,4mAbs insancıllaştırmaya yerini almıştır. Rekombinant protein üretim süreçleri çoğu Çin Hamster Over (CHO) hücreleri ile hangi onlar serum boş ortam, doğuştan gelen bir insan için benzer translasyonel modifikasyonlar ile proteinleri üretmek için yeteneklerini için adapte edilebilir kolaylaştırmak için istihdam protein ve onların güvenilirlik ana hücreleri5,6.
Daha hızlı ve tutarlı kalitesi ile daha büyük hasta nüfus için ürün sunmak için artan talebi. Ekonomik faydaları yanı sıra, mAbs tarafından tedavi hastalıkları repertuar, artan şimdi otoimmün hastalıklar, transplantasyon sonrası komplikasyonlar, artrit ve kanser7içerir. Modern ticari mAb üretim hatları için Ortalama verimleri genellikle 5-6 g/L aralığında olan ve5yükselmeye devam ediyor. Kısmen, bu CHO hücre mühendislik ve yüksek üretilen iş Biyoreaktörler8kullanılarak geliştirilmiş üretim hattı tarama tamamlandıktan. Ancak, çoğu protein üretim artış medya optimizasyon, hücre kültür koşulları, gelişmeler de dahil olmak üzere ve stratejileri7,9,10besleme gelişmiş geliştirmeleri, işlemek için isnat. Besin takviyesi sadece uygun hücre büyüme yüksek kaliteli protein verimli üretim için de gereklidir. Ayrıca, hücreleri strateji en iyi duruma getirme6,11beslenmesi için ek anlayış gerektiren belirli besin stokiometrik eklenmesi gerektirir. Geleneksel en iyi duruma getirme yöntemleri tek tek ortam bileşeni titrasyon ve medya karışımı tasarımları ile karıştırma içerir. Ancak, bu yöntemler zaman alıcı, emek yoğun olarak kullanan ve insan hatası12,13ile ilgili riskler içerir.
Medya optimizasyon çalışmaları daha önce sallamak şişeler ve hammadde ve insan sermayesi açısından çok pahalı olabilir 1-2 L Biyoreaktörler dayanıyordu. Mikroplaka da kullanılmıştır ama bu yöntemleri sınırlı ölçeklenebilirlik sağlar. Ayrıca, bu hala neden medya kompozisyon ve beslenme stratejisi14,15,16CQA değişkenlik gizlemektedir toplu iş toplu iş değişkenlik tanıtmak birden çok zaman alıcı çalıştırma gerektirebilir. Böylece, gerek yüksek üretilen iş ve son derece tutarlı paralel biyoreaktör sistemleri ortaya çıktı için17,18,19,20.
Geleneksel tezgah ölçekli Biyoreaktörler çalışması ile ilgili önemli masraf ile (0,5-5 M), microbioreactors uyuşturucu türetilmiş üretimi biyolojik olarak değerlendirilmesi için bir maliyet azaltma alternatif sunuyoruz. 21 tezgah ölçekli karıştırılır-tank Biyoreaktörler güvenilir ve duyusal dizileri ile yoğun veri sağlar. Geribildirim kontrol sistemleri kolay işlem gözetimi için izin verir. Ancak, derleme, kalibrasyon, temizlik, işçilik maliyetleri, substrat maliyeti ve sterilizasyon gereksinimleri tezgah ölçekli karıştırılır-tank Biyoreaktörler pahalı ve emek yoğun çalışmasına olun. Shake şişeler ve microtiter plakaları maliyeti azaltın ve daha büyük ölçekli Biyoreaktörler ile ilgili sorunları emek ama bu alternatifleri işleme koşulları zayıf denetim sağlayan ve düşük yoğunluklu veri, genellikle sadece noktalardan ölçümleri üretmek. 22
Alternatif olarak, microbioreactors hücre kültürünü ve ters yönde süreç geliştirme için bir ölçek aşağı yaklaşım sağlamak için küçük bir çalışma birimi kullanmak. Microbioreactor deneyler ölçeğini daha düşük güç, substrat, işçilik, uzay ve yardımcı programları kullanımı ile maliyet hesaplamasını önemli ölçüde düşürebilir. 23 sallamak şişeler onlar onların büyüklüğü nedeniyle kolay, ama onlar geleneksel tezgah ölçekli Biyoreaktörler pH, sıcaklık, onların online geribildirim kontrol avantajları korumak o çözünmüş oksijen ve asit/baz gibi Microbioreactors vardır tüketimi hem de kalite parametrelerini gaz bileşimi gibi onların gerçek zamanlı veri çıkışını. Microbioreactor ölçek klon seçimi ve süreç gelişimi için yararlı olabilir yüksek üretilen iş tarama yeteneği sağlar. 24
Gelişmiş Microscale biyoreaktör CHO hücre kültür işlem karakterizasyonu ve geliştirme18için etkili bir araç olarak gösterilmiştir. Burada, bir otomatik ambr15 sistemi, klasik için karşılaştırılabilir olduğu gösterilmiştir 48 microbioreactors paralel, oluşan tank reaktörler ölçeğinde çalışmalar kadar karıştırılır,25 medya en iyi duruma getirilmiş ön çalışma için benzer bir şekilde kullanılmıştır kompozisyon bir modeli chimeric Igg16üreten bir CHO-DG44 hücre satırı için. Büyüme ve titresi değişen medya şartlar etkileri karşılaştırıldığında ve analiz. Bu yazıda microbioreactor sistemi ve analiz ham medya örnekleri çalıştırmak için genel bir kılavuz sunmuştur.
Otomatik mikro biyoreaktör sistemi düzgün çalışan ve verimli bir şekilde zamanında yürütülmesini birden çok otomatik adımları içerir. Sistem çalışan en önemli parçalarından biri yazılım programlama nedir. Program yazarken herhangi bir hata varsa orada-ecek var olmak ciddi hatalar denemede bu strateji, örnekleme strateji veya çalışma bulguları geçersiz kılabilir nihai ürün kalitesini besleme işleminin beklenmedik değişiklikler neden olabilir. Sistem çalışan bir başka önemli yönü yerleştirin ve kelepçe plaka doğru düzgün yapmak kontrolü sağlamak için sıkın etmektir. Kelepçe plaka düzensiz sıkılır en yaygın göstergesidir tekneler 1, 6, 7 ve 12 (köşe reaktör gemiler) için ölçümlerde oluşabilecek beklenmeyen değişiklikleri. Genel olarak istikrarsızlık contalar kelepçe tabak gaz giriş satırlarında, gevşeme gösterir. Bu senaryo ayar noktası ulaşan engelleyebilir. Bir deney başlangıç hücreleri izin veriyor önlemek için başka bir ortak hatadır aşı adım sırasında çok uzun süre onları çözmek neden, otur. Hücreleri oturma, harcama daha az zaman daha az şansı olduğunu giderek daha düşük inoculum hücre sayımları hangi önemli önyargı bu farkında olmadan tetikleyebilir reaktör gemiler kronolojik olarak eklenen çalışma sonuçları zarar verir. Birden çok aşamalı olarak aşılamak iyidir, yani aşılamak her kültür istasyonla birbiri ardına Duraklat adımları arasında hücreleri aşılama plaka 15 dakika daha uzun süre oturmuş değil bu yüzden.
Günlük kullanım, kısırlık Bakımı ile ilgili hayati önem taşımaktadır. Biyolojik Emanet kabine sistemi olmasına rağmen kısırlık başlık içinde ve dışında sık hareketi nedeniyle garanti edilmez. Sonuç olarak, mahallede her şeyi % 70 IPA ile püskürtülür gerekir. İkinci olarak, en az köpük kültür sırasında gerçekleşmesini sağlamak için önemlidir; Medya gazlama yapışmasına neden olabilir ve kelepçe plaka ve hatta çekirdek bileşenleri aşağıdaki zarar vermek için önde gelen satırları, egzoz. Koruyucu anti-köpük ek herhangi bir mikro biyoreaktör program tasarımında önemli adımlardır. Bir “köpük” durumunda bu protokolü temizlik üreticileri takip etmek faydalı olacağını ve kelepçe plakaların kalıcı hasar engel olabilir. Alternatif olarak, hacim oranı daha yüksek yüzeye düz bir sparger eksikliği ile verimli oksijen sağlar gibi toplu modunda çalışırken sigara sparged damarları kullanımı veya daha düşük cep yoğunlukları için yararlı olabilir. Baş alan oksijen tüketimi artan kültürler ile yetişmek yetersiz olarak ancak, Sigara sparged gemiler yüksek hücre yoğunluğu veya perfüzyon kültürleri için yararlı olabilir.
Şişeler sallamak daha fazla kontrol ile küçük bir ölçekte paralel olarak çalıştırılacak birden çok kontrollü kültürü kullanmasına olanak tanır microbioreactor sistem tarafından sağlanan çok sayıda avantajı vardır. 17 bu nedenle, tarama çalışmaları, mu, yüksek işlem hacmi klon çalışmaları ve transfection çalışmalar yürütme sistemi kolaylaştırır. Otomatik sıvı işleme da aynı anda sıkıcı ve zaman yoğun emek için eğitimli personel en aza indirerek analisti analisti değişkenliği azaltır. Sisteme çeşitli yararları olmakla birlikte, düşünülmesi gereken birkaç önemli dezavantajları vardır. İlk olarak, 15 mL kültür hacmi önemli ölçüde işlem dışı örnekleme ve son hasat malzeme ve birden fazla alternatif küçük ölçekli Biyoreaktörler sınırlar (ilâ 500 mL) son zamanlarda kullanılabilir hale gelmiştir. Bir son gelişme sisteme otomatik microscale biyoreaktör Nova biyomedikal, hücre yoğunluğu ve besin analiz için numune hacmi azaltarak içinde işlem örnekleme sorunu azaltır BioProfile FLEX 2 Çözümleyicisi ile bütünleşmesidir . Satınalma birimleri yeniden kullanılabilir geleneksel sistemleri daha costlier olabilir gibi tek kullanımlık birim maliyetini uzun vadeli projeler için düşünülmesi gereken ancak faydaları hızlı kurulum ve operasyonel tasarruf için hemen hemen hiçbir temizlik önde gelen dahil edebilirsiniz.
Bu yazıda ele yöntemi öncelikle toplu iş modu hücre kültürü için uygundur, ancak kullanıcı gereksinimlerine bağlı olarak değiştirilebilir. Her kültür İstasyonu, sıcaklık, bağımsız denetim sahipken ve pH bireysel reaktör gemiler düzeyinde çeşitlendirilebilir. Sartorius özellikle deneyler izin vermek için tasarlanmış yazılım planlama DoE olabilir uyarlanmış için mikro biyoreaktör sistemi sunuyor. Büyük ölçekli DoE çalışmalar yeni DoE yazılım üreticisi tarafından sağlanan kullanarak medya yardım ve en iyi duruma getirme ek. Burada kullanılmaz, ancak microbioreactor sistem beslenen-toplu çalışmalar da sağlar. Sistem henüz perfüzyon hücre kültürleri için optimize edilmiş değil. Ancak, sınırlı çalışmaları ve perfüzyon hücre kültür işlemi geçerli mikro biyoreaktör sistemini taklit etmek için denemeler olmuştur. 26 yüksek yoğunluklu perfüzyon kültürler yerleşme hücre tarafından taklit etmek için bu yöntemi değiştirilebilir. Hangi reaktöre damlalıklı eklenir yükseklik değişen ve halledilmesi zaman en iyi duruma getirme, medya kaldırıldı ve kültür ayna bolluk moduna doldurulan. Perfüzyon modu kültürünün isteniyorsa burada sunulan sistem daha iyi çalışabilir bu gelişmekte olan alanda yeni ürün bulunmaktadır.
Özet olarak, bu çalışmada üretmek ve bir modeli Igg1 monoklonal antikor karakterize CHO hücre kültür işlemleri için analitik ilgili ve otomatik mikro-Biyoreaktörler kullanımını gösterir. Bu rol küçük ölçekli mikro-Biyoreaktörler Biyoproses imalat ve hücre kültür gelişimi ve medya tarama üzerindeki etkilerini vurgulamaktadır. Bir otomatik küçük ölçekli sistem kullanarak pek çok avantajı olmakla birlikte, tam olarak gerçekleştirmek için kendi yararları anlama süreci ve analitik karakterizasyonu zorunludur. Bu çalışmada geliştirilen ve bireysel araştırma ihtiyaçlarını gelişmiş bir otomatik microscale reaktör sistemiyle için bir kılavuz ile kullanıcıya sunar.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar Scott Lute verilen analitik destek için teşekkür etmek istiyorum. Kısmi iç finansman ve destek bu iş için sağlanan CDER kritik yolu Program tarafından (CA #1-13). Bu projenin kısmen bir randevu için staj/araştırma katılım programı Office biyoteknoloji ürünleri, ABD Gıda ve İlaç İdaresi, bilim ve eğitim yoluyla Oak Ridge Enstitüsü tarafından yönetilen tarafından desteklenen bir ABD Enerji Bakanlığı ve FDA arasında kurumlararası anlaşma.
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 |