对装有锚定汲取管的 FlexGro®生物容器进行再循环流测试以用于灌注培养
简介
作为哺乳动物细胞传统分批和补料分批培养的替代方法，灌注工艺正被迅速采用。在一种类型的灌注系统中，生物反应器与发生废液交换的再循环通道相连。摇臂式生物反应器，也称为波浪式生物反应器，已经成为要求工作容积100L以下的种子培养应用和小规模蛋白质生产的热门选择。反应器的连续摇摆运动在一次性生物容器内产生波浪，可使细胞培养物通气，并避免有问题的高剪切条件。然而，在灌注模式下，空气会转移进入再循环通道，这是使用摇臂式生物反应器的常见问题之一。灌注过滤器通常采用切向流过滤(TFF)或交替切向流过滤(ATF)装置，而这些夹带的气泡则会影响灌注过滤器的有效性。该技术公告评估了一种通过新型锚定汲取管实现灌注培养的解决方案，这种汲取管可防止空气进入再循环通路。在不同的液体体积、摇动速率和摇动角度的工艺条件下，检测连接到再循环回路的50 L FlexGro®生物容器中是否存在空气夹带现象。实验数据提供了对液体体积、摇动速率和摇动角度之间关系的见解，有助于定义灌注系统工艺参数的经验证可接受范围(PAR)。
材料和方法
根据制造商说明书，将修改后以加入¼” x 7/16″ (ID x OD)锚定汲取管的Meissner 50 L FlexGro® 生物容器（件号B12R00505-006）安装到摇臂生物反应器（GEHC，Wave生物反应器20/50系统），填充染色水并充入空气，使压强达到约1 psi。将进口和出口软管相连接，形成一个透明硅胶管再循环流道。使用蠕动泵(Masterflex® I/P) 来保持8 L/min的恒定再循环流速。测试装置如图1所示。采用6-10°的摇动角度、15-35rpm的摇动速率和10-25 L的液体体积，测定是否有空气转移至再循环通道。测试参数如表1所示。对于接受测试的每一种操作组合，目视检查再循环通道中气泡的转移情况。
结果和讨论
图2显示了在空气转移之前，作为摇动角度和工作容积的函数而确定的最大摇动速率。使用8 L/min的再循环流速表示最差情况，并对空气通过管路时的转移进行放大。和假设结果一样，摇动角度、摇动速率和工作容积都会对空气进入管道产生影响。摇动角度和摇动速率的增加会加剧空气转移，而液体体积的减少也会加剧空气转移。为了防止空气转移，似乎必须满足两个条件。首先，锚定汲取管必须始终浸没在液位以下。其次，汲取管附近的液体不能含有气泡。体积、摇动角度和摇动速率这三个操作参数都是否满足第一个条件的前提。虽然锚定汲取管沿生物容器中心线放置，但是在某些条件下，即使在使用25 L的最高工作容积时，仍会出现空气夹带现象。当摇动速率增加到足够高时（超过30rpm，角度达到或超过8°），所产生的惯性力会导致大部分波浪移动到中心线之外，导致液位低于锚定汲取管入口。摇动速率是能否满足第二个条件的主要因素。在较高的摇动速率下，增加搅拌会导致出现湍流模式，使液体产生气泡。在实际细胞培养过程中，由于产生了泡沫，这种影响可能会进一步加剧。与较小的20L和 10L FlexGro® 生物容器相比，预计所使用的50L生物容器代表了最差情况，因为在容积较低的条件下，惯性力对产生湍流混合和搅拌的影响预计会有所降低。
总结
一个50 L FlexGro®生物容器，经过中心线汲取管修改以实现再循环回路，支持其在灌注应用中的使用，所采用的操作培养条件保持在PAR内以避免空气夹带。可能需要使用实际的细胞培养条件进行进一步的实验评估，以确定适合灌注培养的操作参数的正常操作范围(NOR)。因此，本技术公告中提供的结果仅作为采用 FlexGro® 生物容器进行灌注培养的初步指导。
如需了解更多信息或测试数据，请联系Meissner Filtration Products。
图1.安装在20/50 WAVE生物反应器系统并配有锚定汲取管的50 L FlexGro® 生物容器再循环流量测试装置 