XCell ATF®技术在全球生物工艺行业的应用
XCell ATF®技术在全球生物工艺行业的应用
本文总结了XCell ATF®技术在全球生物工艺行业的应用。
在商业化和临床工艺中的技术应用
XCell ATF® 技术已应用于20多个商业化生物分子的生产工艺，并在全球超过25家公司中实现了平台化。该技术在数百个早期和中-后期临床阶段实现了不同的工艺应用，包括：N-1灌流工艺、中 - 长期灌流培养、高产量收获以及培养基置换等工艺。其中66%的工艺应用于单克隆抗体，9%的工艺应用于重组蛋白（包括融合蛋白和血液蛋白），8%的工艺应用于病毒样颗粒/病毒，17%的工艺应用于其它目标分子，可以看出该技术可以应用于不同种类的生物分子的生产工艺，并且该技术可以实现多种工艺应用方式：
58%的应用属于中 - 长期灌流培养工艺
23%的应用属于N-1灌流工艺
19%为其它应用，包括浓缩补料分批（CFB）、澄清/收获和培养基置换
在CDMO企业中的应用
XCell ATF®技术正被来自北美、欧洲、亚洲（包括中国、韩国、印度和日本）以及澳大利亚等的全球CDMO企业所采用。
运行规模
XCell ATF® 技术的一些最大装置应用包括：
在血液因子生产工艺中，利用4 x ATF10系统，在5,000 L规模进行灌流培养
在病毒工艺中，利用1 x ATF10系统，在3,000 L规模进行N-1种子扩增，用于18,000 L生产反应器的接种
在单克隆抗体生产工艺中，利用1 x ATF10系统，在3,000 L规模进行N-1种子扩增，用于15,000 L生产反应器的接种
在某蛋白质生产工艺中，利用 2 x ATF10系统，在3,000 L规模进行N-1种子扩增，用于N阶段18,000 L生产反应器的接种
客户公开报道的 XCell ATF® 应用
AGC Biologics：在其网站上公开声明，利用ATF技术进行哺乳动物细胞的灌流cGMP生产。其产能包括100 - 750 L生物反应器规模的灌流工艺，灌流能力达300-1000 L/day。
Alvotech：Allan Matte于2020年发表的“Approaches to the Purification, Analysis and Characterization of Antibody-based Therapeutics”一文中提到“Alvotech的生产平台基于1,000 L规模的灌流生物反应器，运行时间长达45天…细胞截留通过ATF技术实现。”
Alvotech：在2021年2月3日举行的网络研讨会上，Kerstin Lange博士（工艺技术与创新团队负责人）和Andrew Falconbridge（工艺技术与创新团队副总裁）作了主题为“连续捕获和连续收获 - 使用ATF技术以灌流工艺收获产物的新主意”的报告。（相关阅读：连续捕获和连续收获 - 使用ATF以灌流工艺收获产物的新主意）
Amgen：2019年在马萨诸塞州布鲁斯特举行的Integrated Continuous Biomanufacturing IV会议上，Sean Cole在主题为“新颖的周期性交替切向流过滤收获方式实现了单位生产能力的提升”报告中，介绍了利用ATF灌流技术进行超滤，在前15天让产物在生物反应器内进行积累，随后利用ATF技术进行微滤收获的新型操作方式。
Amgen：在2019年于丹麦哥本哈根的ESACT会议演讲中，Natalia Gomez进行了主题为“高密度灌流：提升生产效率和产品质量”的报告。讨论了在双特异性抗体生产中利用ATF技术进行为期35-40天灌流培养的优势。实现了活细胞密度和产量的15倍提升。（相关阅读：1. 应用连续灌流原理，提高双特异性分子产物质量和产量；2. 应用细胞灌流培养，降低双特异性产物聚集，单体产量提高4-5倍）
Amgen：Allan Matte于2020年发表的“Approaches to the Purification, Analysis and Characterization of Antibody-based Therapeutics”一文中提到“更强大的灌流工艺驱动了Amgen实现工艺强化。Amgen表示，一个2,000L的灌流生物反应器，以每天2.5 g/L的产率在15天内实现了50 kg的产能。这相当于一个15,000 L的补料分批培养生物反应器的产能。”
Bayer：在2019年于奥地利维也纳举行的BPI-欧洲会议中，Steffen Kreye进行了主题为“优化灌流工艺，以实现工艺强化，提升生产能力”的报告。介绍了不同强化工艺（灌流、CFB、N-1灌流工艺、高产量收获工艺）的优势。强调了ATF技术在这些工艺中的应用。
Biogen：Yang等人于2014年在《Biotechnology Progress》上发表了一篇关于ATF灌流式种子培养以及对生产能力影响的文章：“Perfusion Seed Cultures Improve Biopharmaceutical Fed-Batch Production Capacity and Product Quality”。ATF技术的应用能够在保证产品质量的前提下，将产能提升30%。通过客户驱动的研究进一步说明了灌流培养工艺应用的优势。
Bluebird Bio：在2019年于丹麦哥本哈根举行的ESACT会议中，Leslie Chan进行了主题为“开发多产且可放大的慢病毒载体生产工艺”的报告。Bluebird Bio在慢病毒工艺中利用ATF技术进行培养基置换，并成功放大到2,000 L的规模。
Bristol-Myers Squibb：在2018年于波士顿举行的BPI-东部会议中，在Morrey Atkinson的主题报告和Sanchayita Ghose的关于集成和连续工艺报告中，都提到了其新的一次性使用工厂二期建设采用了基于ATF 6的N-1灌流系统。灌流工艺的应用使他们的产能从每年40批次增加到了80批次。该内容也曾于2017年在ESACT上展示。
Bristol-Myers Squibb：在2020年发表于《Bioresources and Bioprocessing》文章“Development of an intensified fed-batch production platform with doubled titers using N-1 perfusion seed for cell culture manufacturing”以及发表于《MABS》的文章“Biomanufacturing evolution from conventional to intensified processes for productivity improvement: a case study”均介绍了从传统工艺向基于N-1灌流的强化工艺的转变，该公司带来的巨大收益。（相关阅读：1. 使用N-1种子罐灌流，开发强化补料分批生产平台，获得翻倍滴度；2. 从传统工艺到强化工艺：产量提升8倍，成本降低10倍）
Cytovance：在2019年与美国加州伯林盖姆举行的Repligen技术研讨会上，Christa Short进行了主题为“应用Repligen XCell ATF® 技术进行AAV2病毒载体的高密度灌流培养”的报告。介绍了在转染前利用ATF技术提高细胞密度。相较于低细胞密度培养工艺，采用ATF技术的高细胞密度培养工艺实现了单位体积产量20倍的提升。在此基础上经过转染工艺的优化，实现了总衣壳滴度2.5倍的进一步提升。
Enzene Biosciences：在于2018年举行的生物制药亚洲网络研讨会上，Samir Varma在主题为“全连续生物类似药生产框架：一个案例研究”的报告中，讨论了他们公司基于ATF技术的全整合式连续生物工艺。他们正在建设的一座cGMP工厂，其将采用这一工艺策略。该工艺能够使资本支出降低5倍，运营成本降低50%。并且与标准的补料分批培养工艺相比，能够提升10倍的产能。
Expres2ion Biotechnologies：在2013年于法国里尔举行的ESACT会议中，Jongh、WianA等人进行了主题为“基于果蝇S2昆虫细胞的胎盘疟疾疫苗生产工艺开发”的报告，展示了灌流工艺的产量相比补料分批培养工艺提升4-10倍的结果。利用灌流工艺能够使他们的果蝇S2细胞密度达到350e6 cells/mL。
Genentech：Seth Gargi等人于2012年《Biotechnology and Bioengineering》上发表了一篇题目为“Development of a New Bioprocess Scheme Using Frozen Seed Train Intermediates to Initiate CHO Cell Culture Manufacturing Campaigns”的文章。文中讨论了在细胞库构建中利用ATF技术实现高细胞密度种子建库，大体积种子培养中间体加速启动生产制造的操作方式。
Gilead： 在2018年的波士顿BPI论坛上， Peter Zhang等人展示的主题为“从补料批培养到连续生产：基于灌流技术的抗体生产工艺开发”的海报中，介绍了他们正在的开发一种新的、基于灌流技术的生产工艺。并且特别指出其采用了ATF作为细胞截留装置。
Celonic：在2020年发表的文章“PERFUSION：A biologic production system tailor - made for difficult-to-express molecular”中表示，其已成功将基于XCell ATF®的灌流技术用于难表达的生物分子。
KTH & AstraZeneca：在2019年丹麦哥本哈根ESACT论坛上，Schwarz Hubert等人展示的主题为“人/动物细胞在小规模生物反应器中的高密度培养”的海报中，对比了采用不同细胞截留装置（ATF、TFF、FISP探针）条件下的细胞生长和筛分效率。其中ATF和TFF能够使细胞密度达到80-100e6 cells/mL，并且活性能够维持在90%以上。而在工艺结束时，采用ATF作为细胞截留装置的工艺条件，其筛分效率为91%，采用TFF的筛分效率仅为12%。
KTH & AstraZeneca：在2020年发表于《iScience》的题为“Low Shear stress increases recombinant protein production and high shear stress increases apoptosis in humna cells”的文章中，指出，在以HEK293细胞生产治疗糖蛋白的灌流工艺中，ATF的剪切力比TFF低0.637倍，温和的剪切条件可形成积极的作用，如提高重组促红细胞生成素的生产，增加与转录和蛋白质磷酸化相关的基因表达。（相关阅读：灌流中，ATF平均剪切低于TFF：低剪切提高重组蛋白生产，高剪切增加细胞凋亡）
AstraZeneca：在2020年发表于《Scientific Reports》的题为“Perfusion reduces bispecific antibody aggregation via mitigating mitochondrial dysfuntion-induced glutahione oxidation and ER streaa in CHO cells”的文章中，表示实验证实，灌流型生物反应器可缓解线粒体功能障碍和内质网应激，从而产生良好的细胞内氧化还原环境，从而改善双特异性抗体生产中的聚体问题。其中，灌流实验使用XCell ATF®作为细胞截留装置。
Merck（MSD）：Xu Sen等人于2017年在《Bioprocess and Biosystems Engineering》上发表的一篇题目为“Impact of Pluronic® F68 on hollow fiber filter-based perfusion culture performance”的文章中，讨论了在利用ATF技术进行高细胞密度培养工艺中，通过增加Pluronic® F68的含量来降低细胞受到鼓泡的损伤。在ATF灌流工艺中，当通气量达到0.1vvm时，将Pluronic® F68的含量从2 g/L提高至5 g/L，足以维持高细胞密度和活性。高细胞活性也防止了ATF滤膜对蛋白渗透能力的下降。
Merck KGaA：在2019年奥地利维也纳BPI欧洲会议上，Stefania Caso在主题为“强化的补料批培养平台提升生产效率”的报告中，讨论了利用ATF技术进行N-1灌流工艺，实现了细胞质量两倍的提升以及表达量2-3倍的提升。（相关阅读：大规模细胞培养工艺的强化：N-1灌流）
Novartis：在2019年于马萨诸塞州布鲁斯特举行的Integrated Continuous Biomanufacturing IV演讲中，David Garcia在主题为“高细胞密度灌流培养：从实验室规模到商业规模灌流工艺的稳健性和可放大性”的报告中，介绍了Novartis过去三年利用ATF技术开发了3个灌流工艺并成功放大到1,000 L规模。跟商业化补料批培养工艺相比，灌流工艺使单位体积产量提高了6-10倍。
Novo Nordisk：在2015年于加州伯克利举行的Integrated Continuous Biomanufacturing II演讲中，Jarno Robin进行了主题为“案例研究：一个稳定的大规模ATF灌流工艺优化”的报告。
Patheon (A Thermo Fisher Scientific company)：在2015年于加州亨廷顿海滩BDP周演讲中，Shaun Eckerle在主题为“上游一次性使用技术支持连续流工艺的实现”的报告中，讨论了利用ATF技术生产高度不稳定的蛋白。他们成功将生产规模从200-500 L降至50 L，同时将工艺周期从60小时缩减到45小时。
Rentschler：在2013年BPI论坛上，Dangel Christin等人在主题为“基于ATF灌流技术的生产平台在生物制药中的良好把控：稳健控制和操作的概念”的报告中，讨论了一个稳健的灌流生产平台中所需的内容。一个主要部分即是拥有稳健、可放大的灌流设备。在交替式切向流和反冲效果的作用下，ATF技术使他们的稳健长期运行实现了从1 L到1,000 L工作体积的线性放大。
Samsung Biologics：在2019年《BioProcess International》上的 “CDMO公司三星生物在其韩国180,000L工厂采用ATF技术进行N-1灌流操作”一文中提到，三星在3,000 L规模使用ATF技术进行N-1灌流种子扩增，以供应其15,000 L规模反应器进行生产。ATF技术帮助他们实现了种子细胞密度10倍的提升，并且活性维持在98%以上。进而在生产反应器上进行高细胞密度接种，更早到达细胞密度峰值，生产周期缩减，产量提升了30%。（相关阅读：前沿 | Samsung BioLogics在商品化应用中使用大规模N-1灌流）
Sanofi：在2018年波士顿BPI东部主题演讲中，Jason Walther展示了利用ATF技术进行高密度灌流培养，实现了生产效率100倍的提升，同时将反应器规模从10,000L降低到100 L，从而能够向一次性使用技术进行切换。通过切换至连续的ATF灌流系统，他们将过滤膜面积从100 m2降低至1 m2。澄清操作被取消并被“纳入”到反应器操作单元。（相关阅读：1. 与补料分批“头对头”比较显示，灌流细胞培养可降低工艺和产物异质性；2. 前沿 | 强化灌流工艺成功放大至临床和商品化规模 ）
Takeda (formerly Shire Pharmaceutical)：在2018年于佛罗里达坦帕市举行的Cell Culture Engineering XVI 演讲中，Rahul Chelihani进行了主题为“在高细胞密度灌流反应器工艺中控制复杂重组蛋白的产品质量属性”的报告。这家先前名为Shire的公司展示了他们为复杂的高糖基化蛋白分子开发的灌流平台，并成功放大到临床和商业化生产规模。他们特别提到采用ATF作为细胞截留装置。
Takeda：在2019年麻省波士顿BPI-东部演讲中，Abdul Kehail在主题为“利用CHO细胞对XCell ATF® 6一次性系统和不锈钢系统进行平行灌流评估”的报告中，探讨了不锈钢ATF设备和一次性ATF设备的性能，并证实两种系统的性能相当性。
Teva Pharmaceuticals：在2019年麻省布鲁斯特Integrated Continuous Biomanufacturing IV演讲中，Mao-Shih Liang等人进行了主题为“补料批培养工艺中抗体半乳糖基化调控适用于灌流工艺”的报告。介绍了将治疗性单抗的14天补料分批培养工艺改进成基于ATF技术的30天灌流工艺的过程。工艺改进实现了活细胞密度6倍的提升以及产率3.5倍的提升，并保证了产品质量属性的一致性。
Transcenta：创胜生物首席技术官Chris Hwang提到“通过ATF技术以及自动化的/连续的强化药物生产工艺的应用，我们能够在18个月内完成一条产线的建设，并以低于$50M的设备投入实现大于1公吨的药物生产能力…不仅如此，我们还可以在12个月以内完成所需产能的扩增…这就是未来。”
WuXi：WUXIUP（超高生产力连续流工艺）平台展示出生产能力10倍的提升。该工艺平台利用ATF技术，在250-1,000L规模条件下进行临床GMP生产，在1,000-2,000 L规模条件下进行商业化GMP生产。WuXi Biologics通过对ATF技术的投入，只利用5%的反应器规模，实现了总产能的50%提升。（十年时间实现从0到220,000 L产能，2018年5月23日，BioProcess International）（相关阅读：针对生物药生产的强化生物工艺的开发和实施）。
XCell Lab - 更快解决工艺强化“魔方”
The R Factor - 跳出固有思维
XCell ATF® 简介
Repligen Corporation
41 Seyon Street, Building 1, Suite 100, Waltham, MA, 02453, USA
phone: 781. 250. 0111
Fax: 781. 250. 0115
Web: www.repligen.com
瑞普利金（上海）生物科技有限公司
中国（上海）自由贸易试验区张江路1238弄恒越国际大厦1号2层G座
电话：021 - 6881 0228
网站：cn.repligen.com
The trademarks mentioned herein are the property of Repligen Corporation and/or itsaffiliate(s) or their respective owners.