血液灌流器

随着生物工程技术的不断发展，细胞培养技术在生物医药领域的应用日益广泛，细胞灌流培养作为一种先进的细胞培养技术，能够有效提高细胞培养的产量和质量。而蠕动泵则是灌流培养工艺中的关键设备之一，其在细胞灌流培养中的应用日益受到关注，本期文章将带大家简单了解蠕动泵在细胞灌流培养工艺中的应用。细胞培养工艺在生物工程领域，动物细胞培养已成为一项至关重要的技术。通过这种工艺，我们能够从细胞中提取并生产出各种生物制品，如疫苗、抗体、细胞因子等。细胞培养工艺因其可控性和高效率，成为了生物医药产业的关键环节，目前常用的哺乳动物细胞培养工艺有：批次培养、补料批次培养和灌流培养，其中灌流培养通过不断移出副产物，同时补充营养物质，因此可提供对细胞稳定且有利的生长环境。与批次培养和补料批次培养相比，灌流培养可以在高细胞密度环境下长时间维持稳定培养环境，同时降低产物在培养基里的停留时间，这有利于提高产品质量。 目前常用哺乳动物细胞培养工艺示意图（图片来源：中国生物工程学报，2020）基于哺乳动物细胞灌流培养技术在产物产量、质量及成本等方面表现出来的显著优势，越来越多获批上市的生物药物使用灌流培养工艺进行生产对灌流培养工艺的开发和优化进而成为当前哺乳动物细胞培养工艺研究的热点。 细胞培养工艺优势相比于为期14天的传统流家培养，反应器灌流培养除了pH、DO、温度、搅拌等控制模块外，还包 含了连续的培养基流入(media)模块、通过细胞截留设备 实现的细胞液收获模块(harvest)，以及控制罐内恒定细胞密度的细胞液流出 (bleeding)模块 。灌流培养通过不断移出副产物，同时补充营养物质，因此可提供对细胞稳定且有利的生长环境。与批次培养和补料批次培养相比，灌流培养可以在高细胞密度环境下长时间维持稳定培养环境，同时降低产物 在培养基里的停留时间，这有利于提高产品质量。研究发现 ，灌流培养可实现培养基组 分中的动态变化对蛋白质糖基化的影响最小，这一研究结果表明灌流培养有利于提高产品质量。细胞灌流培养工艺分析灌流培养中通常采用的膜过滤是基于中空纤维膜的切向流过滤，这种过滤方式的循环料液不停地流过膜柱，液体形成的“冲刷作用”冲洗整个膜表面，降低了膜孔堵塞及膜污染的风险，实现了长时间稳定的膜过滤，满足了灌流工艺中细胞长时间稳定培养的需求。 中空纤维膜开放式的流道结构（图片来源：生物产业技术, 2009）目前，用于灌流培养的细胞截留系统主要有两种，切向流过滤TFF（Tangential Flow Filtration）和交替切向流过滤ATF（Alternating Tangential Flow），对于TFF，细胞液通过蠕动泵作用形成一个连续的环形流动方向，进入纤维膜后，废液会通过膜排出体系之外，细胞会随着环路重新回到培养体系之内。PreFluid蠕动泵在灌流培养中的应用PreFluid蠕动泵以其独特的工作原理和优越的性能，在中空纤维膜柱切向流过滤中展现出了明显的优势： ● 过滤纯化中精确性高：可以精确地控制样品流动的速度和量，从而保证过滤纯化的精确度；此外PreFluid蠕动泵还具有较高的可重复性，不受外界环境的影响，可以更好地保证过滤纯化工作。 ● 具备较高的灵活性和可调性：可以根据实际需求来调整泵头的挤压力度，从而实现不同样品的分离需求。而且，由于PreFluid蠕动泵的工作原理决定了其可以适应多种不同的流体，能够处理不同性质的样品。 ● 具有体积小、结构简单、操作方便的特点：工作人员能够轻松地进行过滤操作，并且不需要经过复杂的操作流程来实现。在细胞灌流培养工艺中，营养物质被不断泵入到生物反应器中，同时，细胞代谢的副产物通过外部截留装置被移除，保证细胞一直处于最佳的生长环境中，从而获得极高的细胞密度。

概述哺乳动物细胞培养对于生物技术行业的蛋白质生产具有重要意义[1]。制药行业中约70%的重组蛋白是使用中国仓鼠卵巢细胞（CHO）生产的。在灌流培养中，营养物质持续供应并去除副产物[2]。与批培养和流加补料技术相比，灌流为细胞提供了有利的环境和较短的产品停留时间。这对于不稳定产品的质量尤为重要。灌流模式的另一个优点是它允许使用较小的生物反应器并减少在位清洗操作[3]。灌流需要一种装置将细胞保留在培养基中。灌流中使用的大多数哺乳动物细胞保留系统都基于细胞尺寸差异，例如使用滤器。然而，由于滤器不可避免的污染，传统的过滤膜无法实现真正的稳态灌流培养。此外，频繁更换过滤器会增加成本和污染风险[4]。声学分离器是一种替代的细胞截留系统，利用超声波驻波场中产生的力将细胞与清液分离。细胞被困在驻波的压力平面中，并收集为松散的聚集体。这些细胞聚集体通过重力沉降返回生物反应器[4]。 在本研究中，使用了一种针对高密度细胞培养物灌流的Applikon Biosep 10 L声学细胞分离器的高级版本。生物反应器中，细胞密度在11~144*106 cells/mL之间的CHO细胞评估其性能。材料和方法01细胞声学截留装置 – BioSep BioSep 系统由声学腔室和控制器组成。 控制器功能是自动产生声学腔室内的声场。 来自生物反应器的细胞悬液被泵输入到安装在生物反应器头板上的声学腔室中。 驻波迫使悬浮细胞进入平面，在那里它们形成松散的聚集体（图 1）。 清液向上通过声场而收获，而浓缩的细胞则返回到生物反应器。 随着细胞浓度和灌流速率的增加，声学腔室的功率输入被调整到更高水平，以保持高分离效率[5]。 运行时间对应于细胞与清液分离的时间段。在运行时间结束时，声场暂时关闭，收获暂停，同时腔室中的细胞返回生物反应器。 在这项研究中，功率水平和运行时间发生了变化，以获得最佳设置，使高密度CHO 细胞培养超过 125* 106 cells/mL。02实验装置 为了评估在一系列高细胞浓度下的分离性能，将CHO 细胞在摇瓶中培养，浓缩、然后悬浮在使用my-Control 操作系统的Applikon 250 mL MiniBio 生物反应器中。 BioSep 10 L的功率水平为2~7W。 实验设置如图2所示。2丨A） 实验装置包括：进料罐、废液罐、收获泵、进料泵、声学室、MiniBio 250 mL、my-ControlB）典型的实验装置[5]3 | 分析方法&bull BioSep 的分离效率根据公式 1 计算:SE (%) = 1 - HX / BX *100 [1] 其中HX对应于收获管路的活细胞浓度，BX对应于生物反应器中的活细胞浓度[4]。为确保稳定和可重复的声学条件，在从收获管路和生物反应器取样之前，超声波功率输入、收获速率和运行/反冲洗定时器设置至少恒定 30 分钟。根据所选运行周期的持续时间，在时间点采集收获样本，以获得一致且可比较的数据(表1）。结果和讨论1| 循环流速 在高细胞密度的灌流培养过程中，需要高循环速率，这会导致声学室内的湍流增加。 这种湍流诱导会影响声学诱导的细胞聚集[6]。 在目前的研究中观察到新的BioSep版本允许声学诱导的细胞聚集体不受干扰地沉降，最大流入速率高达7 mL/min（~10 L/天），允许保留超过100*106cells/mL的生物反应器浓度。2| 分离性能 从收获管路和生物反应器中采集的70对样品中测定分离效率。 CHO细胞总浓度范围为11~144*106 cells/mL。 研究了1~15L/天的不同净收获率、2~7 W的功率水平和2至10分钟的运行时间（未显示值），结果总结在图3中。 从图3中可以看出，当CHO细胞总浓度为100*106cells/mL时，可以实现高达3L/天的净收获率，同时保持98%的典型活细胞分离效率。超过4L/天的净收获率会影响最高密度下的效率，但分离仍保留了90%以上的细胞。 在总浓度为125*106 cells/mL时，以2L/天的净收获率运行，细胞分离效率达到98%。 在细胞浓度增加或收获率高的情况下，使用高功率水平和更短的运行周期是必要的[5]。 优化功率（w）和运行时间（min）的配对，以实现高密度细胞。这些值的组合使得最高的分离效率是：2 w - 10 min 3 W - 5 min 5 W - 3 min 7 W - 2 min。这些结果是意料之中的，因为更高的功率水平允许在高浓度或高流量条件下增加细胞的保留，而更短的运行时间避免了细胞聚集体在声室中过度积聚，然后才有机会沉降回到生物反应器。Figure 3 分离效率以黑色方块表示，作为记录的流入管线的净收获率和CHO细胞总浓度的函数。功率水平矩阵表示在该特定净收获率下应用的最大HF功率。黄色虚线表示循环速率20L/天和10L/天之间的边界。实验结论目前的研究证明了Biosep作为CHO细胞浓度高达125*106cells/mL的细胞保留系统，增强了细胞的沉降效率。在该细胞浓度下，以2 L/天的净收获率下运行，分离效率高达98%。参考文献[1]S. M. Woodside, B. D. Bowen, and J. M. Piret, “Mammalian cell retention devices for stirred perfusion bioreactors,” Cytotechnology, vol. 28, pp. 163–175, 1998.[2]T. Kwon, N. Madziva, J. D. Oliveira, S. K. Chandramohan, L. Yin, H. Prentice, J. Han, ‘Long-term steady state perfusion culture of mammalian cells using a robust microfluidic cell retention device”. 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, 2015.[3]M. F. Clincke, C. lleryd, Y. Zhang, E. Lindskog, K. Walsh, and V. Chotteau, “Very high density of CHO cells in perfusion by ATF or TFF in WAVE bioreactor. Part I: Effect of the cell density on the process,” Biotechnol. Prog., 2013.[4]V. M. Gorenflo, J. B. Ritter, D. S. Aeschliman, H. Drouin, B. D. Bowen, and J. M. Piret, “Characterization and optimization of acoustic filter performance by experimental design methodology,” Biotechnol. Bioeng., 2005.[5]Biosep manual 10 and 50 L per day, Applikon Biotechnology.[6]I. Z. Shirgaonkar, S. Lanthier & A. Kamen, Acoustic cell filter: A proven cell retention technology for perfusion of animal cell cultures. Biotechnology Advances, 22(6), 433–444, 2004.

北京合邦兴业科学仪器有限公司&JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH（JOANNEUM RESEARCH）奥地利格拉兹大学生物医学技术研究所（格拉兹研究所）达成战略合作，北京合邦科仪成为其在大中华区的授权总代理。JOANNEUM RESEARCH（格拉兹研究所）总部位于奥地利，OFM（微灌流）为其全球独特创新产品。JOANNEUM RESEARCH与全球包括FDA在内的多家制药企业及机构，就OFM产品进行临床前和临床合作。近期通过与美国食品和药物管理局（FDA）的合作，JOANNEUM RESEARCH公司成功建立了一种新方法来确定外用制剂在皮肤中的生物等效性。该项目得到了美国卫生与公众服务部 （HHS） 食品和药物管理局 （FDA） 的支持，作为由 FDA/HHS 资助的总额为 1,500,000 美元的财政援助奖励的一部分U01FD007669。内容是作者的内容，并不一定代表FDA/HHS或美国政府的官方观点，也不一定代表其认可。https://www.fda.gov/drugs/regulatory-science-action/impact-story-developing-new-ways-evaluate-bioequivalence-topical-drugs 稳定的流速，确保数据准确性OFM 采样时，探头灌注液与周围间质液之间的样品保持稳定浓度平衡但不带来其他影响。这种独特的特性使得其可以对靶组织间质液中的内源性和外源性物质进行定量，而不会有改变研究样品的风险。无膜交换取样技术，大小分子/亲水亲脂成分无限制OFM（开流微灌注）采样技术在神经科学、皮肤病学、肿瘤学和生物标志物研究中发挥着重要作用。无膜 OFM 探针提供了从大脑和外周组织获取间质液的全新微创方式，OFM也可以从皮下和脂肪组织进行采样，尤其在亲脂性或大分子量样品的获取上有突出优势。为临床前和临床药物测试提供了新的视角。持续监测，严谨的数据保障OFM作为一种突破性采样技术，可以连续监测皮肤组织中药物的药代动力学和药效学，监测时间长达48小时，为药品开发提供了关键信息。该技术的有效性通过早期临床试点研究得到验证，为制药公司提供了预测主要临床研究结果的重要依据。合邦科仪和 JOANNEUM RESEARCH 的合作将为中国市场带来领先的 OFM 采样技术，为临床前和临床研究提供创新的解决方案，加速新药上市进程，为患者带来更及时的治疗选择。美国食品和药物管理局（FDA）最近发布了一段视频，展示了真皮开流微灌注（dOFM）在仿制药开发中的潜力。FDA对大多数外用仿制药的批准需要进行临床终点研究，以将治疗效果与原始产品进行比较。JOANNEUM RESEARCH HEALTH 开发了一种新的方法和策略 （dOFM），无需临床终点研究即可申请仿制药的批准。现在，FDA发布了一个简短的 视频 ，说明了使用dOFM来评估外用药物的生物等效性。视频地址：