CHO细胞在一次性表面通气轨道振荡生物反应器中规模化补料分批生产重组α1-抗胰蛋白酶的研究

《Scientific Reports》：Scaled up fed-batch production of recombinant alpha-1-antitrypsin by CHO cells in single-use surface aerated orbital shaken bioreactor

为解决血浆源性α1-抗胰蛋白酶(A1AT)规模化生产成本高昂、供给受限等问题，本研究通过在一次性表面通气轨道振荡生物反应器中规模化CHO细胞的补料分批培养，筛选高产克隆并进行放大验证。结果显示所选克隆在两批次生物反应器中保持了较高的细胞特异性生产率，为推动规模化重组A1AT生产工艺的开发奠定了基础。

　　

对于一些罹患罕见的先天性肺部疾病的患者而言，每一次顺畅呼吸的背后，可能需要依赖于每周一次的昂贵药物治疗。这种名为α₁-抗胰蛋白酶(A1AT)的药物，是目前市面上为数不多的获批用于治疗先天性A1AT缺乏症的疗法之一。然而，当前的药物供给几乎完全依赖于捐献的血浆，生产过程复杂且昂贵，这不仅限制了药物的可获得性，也难以应对其在多种疾病治疗领域中日益增长的应用潜力。如何才能破解规模化生产的瓶颈，确保稳定可靠的药物供给，成为了亟待攻克的一道难关。

为了解决这一问题，研究人员的目光转向了哺乳动物细胞规模化培养技术。他们将突破口放在了重组蛋白生产技术路线之一的CHO细胞平台上。本研究发表在期刊《Scientific Reports》上，系统地评估了规模化生产重组A₁-抗胰蛋白酶的可能路径。研究人员希望通过严谨的实验设计与规模化验证，探寻出一条高效、可控的生产重组A₁-抗胰蛋白酶的道路，为实现药物的规模化供应扫清障碍。

研究人员在本研究中运用了几个关键技术环节。首先是克隆筛选与稳定性评估，研究人员建立了十个CHO细胞单克隆株系，并对它们在长达十二周的培养过程中的稳定性与生产能力进行了系统性评估。其次是规模化放大工艺验证，研究人员选取其中最优的生产克隆，将其置于容积为十升的单次使用表面通气轨道振荡生物反应器中开展放大规模的补料分批培养试验。此外，研究人员还对工艺过程中的核心指标进行了监测与分析，重点关注细胞特异性生产率等参数，并将其与小规模的摇瓶培养数据进行参照对比，以此验证放大工艺的稳健性与一致性。

Abstract

本研究旨在探讨重组α₁-抗胰蛋白酶规模化生产的可行性。研究人员首先开展了CHO细胞克隆筛选工作。他们对十个CHO细胞单克隆株系进行了为期十二周的稳定性评估，筛选出产量稳定且较高的克隆株用于后续放大试验。这部分研究的结论是为规模化放大筛选到了一个合适的候选细胞克隆。

Introduction

研究人员阐述了研究的背景与出发点。背景在于市场上已有的增强疗法依赖于血浆来源，供给受限且成本高昂。研究的必要性在于重组技术的规模化应用有望克服上述瓶颈。这部分内容的结论是指明了重组规模化生产技术开发的紧迫性与重要意义。

Materials and Methods

本研究采用了克隆筛选与大规模生物反应器培养相结合的实验路径。克隆筛选阶段评估了十个CHO克隆的生产性能与稳定性。大规模培养阶段则将筛选到的克隆置于一次性使用的表面通气轨道振荡生物反应器中进行了放大规模的补料分批培养试验。这部分内容的结论是确立了筛选结合放大验证的整体实验框架。

Results

在克隆筛选的结果部分，研究人员展示了十个CHO克隆株系的生产稳定性数据。结果显示经过筛选获得了可用于后续放大验证的高产克隆株。这部分内容的结论是为大规模生物反应器运行确定了起始细胞株。

在大规模生物反应器运行的结果部分，研究人员展示了所选克隆在两个批次放大培养过程中的性能表现。结果显示两次运行的细胞特异性生产率分别为9.6 pg/cell/day (pcd)和12 pg/cell/day (pcd)，并且这些数值与小规模摇瓶培养的水平相当。这部分内容的结论是在放大规模的生物反应器中成功实现了与小规模相当的蛋白质生产效率。

Discussion

研究人员分析了规模化生产的可能性与优化潜力。他们认为本研究证明了利用CHO细胞在一次性轨道振荡生物反应器中规模化生产重组α₁-抗胰蛋白酶的可能性。两次放大运行的细胞特异性生产率与小规模摇瓶相当的结果表明，初步放大取得了成功。这部分内容的结论是肯定了本研究初步建立的规模化生产工艺路径的有效性。

与此同时，研究人员也对研究的局限性进行了探讨。他们认为当前的工艺仍有进一步提升的空间。特别是诸如补料策略等工艺条件有待深入研究，以期进一步延长培养周期并最终提升产量。这部分内容的结论是指明了未来的研究方向在于工艺参数的精细优化。

Conclusions

本研究得出的结论主要包括以下几点。其一，研究人员筛选获得了可用于规模化生产的CHO细胞克隆株。其二，研究人员验证了CHO细胞克隆株在一次性表面通气轨道振荡生物反应器中规模化放大生产的可行性。其三，研究人员展示了CHO细胞克隆株在大规模生物反应器中保持了与小规模摇瓶相当的细胞特异性生产率。其四，研究人员指明了后续研究的潜在优化方向在于工艺参数的精细调控。

本研究的重要意义在于成功地向规模化重组蛋白药物的工业生产迈进了一步。它不仅证明了CHO细胞平台结合一次性生物反应器技术在规模化生产重组α₁-抗胰蛋白酶这类复杂蛋白质药物方面的应用潜力，也为克服血浆依赖、降低生产成本、保障药物稳定供应提供了重要的初步工艺验证数据。尽管仍有诸多工艺细节有待优化，但本研究无疑为后续更大规模的工业化生产奠定了坚实的基础。