高产量收获：补料分批工艺强化的新方法
简介
补料分批细胞培养需要进行澄清步骤，以收获产物，而不改变产物质量。在进行进一步的下游工艺及上样至昂贵的捕获层析柱之前，尽可能去除细胞碎片和固体物质非常重要，以提高层析柱的寿命及产物纯度。离心和深层过滤是当前标准的澄清技术，但其通常需要进行开放式操作，且设备占地较大。此外，此类多阶段工艺往往费时费力，难以规模放大，且可能影响蛋白质收率。这里，我们介绍一种可放大的单步澄清方法，高产量收获（HPH），其是在补料分批培养中使用XCell ATF系统的新方法。与离心和深层过滤不同的是，HPH可实现整合式的澄清操作，同时维持细胞活性，并使蛋白质降解最小化。相比传统工艺，HPH已被证实可显著提高蛋白质生产。
在本案例研究中，在补料分批培养结束前4天，使用XCell ATF系统，以0.25、0.5和1.0 VVD的速度进行HPH。在此期间，灌流方法通过更新营养底物，去除毒性副产物，而可提高活细胞密度（VCD），并维持细胞活性＞90%。在培养的最后一天，使用相同的XCell ATF系统从生物反应器收获剩余的蛋白质。结果显示，蛋白质产量可翻倍，细胞悬液被澄清，而不增加原补料分批的工艺时间。整个工艺在整合式、封闭且无生物负载的环境中以单步形式进行，获得可直接用于下游纯化的澄清产物。
方法
传统工艺 vs. 高产量收获工艺
使用XCell ATF的新型高产量收获工艺
按典型的程序开始补料分批工艺（步骤A）。一旦达到细胞密度峰值（图例中为第10天），按设定的流速泵入新鲜培养基（步骤B）。随新鲜培养基的泵入，开始产物收获。在运行的最后1天，结束培养基补加，开始以10LMH的速度抽干反应器内的体积（步骤C，~4-8小时）。HPH工艺完成，时间与原补料分批生产时间一致。
结果
活细胞密度及活性
在使用HPH的补料分批培养的整个运行过程中，活性维持为＞90%，即意味着对细胞和目的产物更健康的环境。
相比传统补料分批培养，使用HPH方法可使活细胞密度提高3倍。
细胞特异性蛋白质产率
相比传统补料分批工艺，HPH工艺中的细胞特异性产率更高
更高的灌流速率（1vvd vs 0.5vvd）可获得更高的细胞特异性产率
总累积蛋白质
工艺选择
1. 利用更多的培养基，以获得更高的产量
2. 在获得相似的产量时，更早地结束批次运行，以提高批次运行数
收获的产物已经经过0.2μm过滤，可直接用于下游纯化，无需离心和深层过滤
产物质量
在第14天，纯化前，取宿主细胞蛋白检测样品。相比传统补料分批收获，HPH补料分批条件中的每mg IgG的HCP更低。
体积排阻数据显示，相比补料分批对照，所有HPH工艺的聚体百分比更低（0.5% vs 3.9%， 数据未显示）。
总结
HPH良好相应了行业发展趋势，即工艺强化、灵活工艺以及在更低要求的工作环境中以一次性使用形式进行作业。产量和工艺优势包括：
蛋白质产量可提高达2倍，而不需要增加运行时间；或可在更短的运行时间内，获得相同的滴度，提高设备年产量
更健康的培养=更低的工艺相关杂质
消除了离心和深层过滤设备和操作
收获的物料已经过0.2μm过滤，封闭式系统，单步工艺操作
收获液可直接进行后续纯化
原文：S.Kudugunti, J. Amatya, D.Diggins, et al., High Producstivity Harvest: A Novel Approach to Fed-batch Process Intensification. Poster @ BPI_West 2019.
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