实验型固定床生物反应器

scale-X 生物反应器是一种新型固定床系统，可用于贴壁和悬浮细胞系的培养。设备单元占地小，而具有相当大的表面积，从而可获得极高细胞密度。本研究比较了在scale-X hydro生物反应器和标准微载体培养体系中进行的贴壁Vero细胞培养。两种系统可获得相似的单位面积细胞浓度。随后，展开螺旋卷式固定床显示，细胞在轴向和径向上具有均匀的分布。这表明在生物反应器内部具有均匀的液体流动和细胞附着。观察到的均质的细胞生长是一个重要的规模放大因素，以按可重复的方式，实现可用表面积最大限度的利用。

scale-X生物反应器简介

大多数病毒疫苗的生产工艺基于贴壁细胞平台。典型的培养系统，如滚瓶、多层细胞培养皿和微载体生物反应器，在规模放大时，都有一定的限制。为了克服潜在的规模放大限制，简化生产，固定床生物反应器是一个极具价值的替代选择。创新的scale-X生物反应器是一种可规模放大的固定床系统，可从研发（2.4 m²生长表面积）放大到中试（10和30m²生长表面积）和生产规模（200和600m²生长表面积；图1）。scale-X专利技术使用了一种结构化的螺旋卷式非编织聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）固定床，以减少局部过度压实和死区，同时实现可用内表面积及质量的最佳利用，获得批次间的高可重复性（图2）。
材料、方法 & 设备
固定床工艺：scale-X hydro生物反应器

细胞系和工艺条件
 图3. scale-x固定床中用于细胞密度检测的取样点

早期研发阶段的工艺选择对疫苗的开发至关重要，一次性生物反应器的投入应从小规模细胞培养开始，Scale-X™hydro 是一款结构紧凑、功能齐全、自动化控制的小规模固定床生物反应器，有效降低了疫苗开发成本，一次性载体、管路，方便了工艺开发操作，保证了细胞培养的稳定性！

对照工艺：在搅拌罐生物反应器（STR）中进行Cytodex® 1微载体培养

细胞系和工艺条件
 

图4. 相比标准微载体培养，scale-X hydro生物反应器中的Vero细胞生长，由Kiesslich et al.（2020）提供。

Univercells进行了延长的Vero细胞生长研究（图5）。在scale-X hydro生物反应器中进行了多次实验（n=26），获得了可重复的细胞密度，平均为2.5×10⁵ cells/cm²。规模放大至更大的scale-X carbo生物反应器（10m²和30m²），可获得相似的单位面积细胞密度。

图5. Vero 细胞曲线图：试验以Vero 细胞生长在不同scale-x 规格体积（内部数据）

在结构化、螺旋卷式固定床中的Vero细胞分布

在培养的不同阶段（2.7×10⁵ cells/cm²和5.3×10⁵ cells/cm²时，图6），对Vero细胞分布进行了研究。为此，从展开的固定床中提取了9个样本，并测定细胞密度。

在scale-X hydro生物反应器中，Vero细胞在固定床中轴向和径向均匀分布。研究进行了进一步的计算机流体动力学研究，结果显示，在结构化固定床中没有死区和非均匀性（数据未显示）。均匀的细胞生长使可用表面积得到充分利用。

图6. scale-X生物反应器的结构化固定床中的Vero细胞生长分布。

细胞沿径向（从中心半径）和轴向（固定床高度）均匀分布。（a.）由Kiesslich et al.（2020）友情提供，（b.）在Univercells实验室进行。

总结

在这两种工艺中，贴壁Vero细胞达到了相同的密度。当转移到更大的固定床scale-X生物反应器时，达到了类似的细胞生长趋势和最高单位面积细胞密度。最后，对Vero细胞生长分布的研究显示，固定床内有均匀的细胞贴壁和生长。与微载体工艺相比，固定床的紧凑设计使设备占地面积降低5倍。

总体而言，结果表明，结构化的scale-X固定床生物反应器系统是传统“规模扩展”技术的合适替代方案，后者如多层培养皿和滚甁，也包括具有一定技术挑战性的培养系统，如微载体工艺。

目前的scale- X生物反应器可以转化至生产规模（600 m²），并整合到连续的NevoLine™生产平台中。NevoLine系统将强化的上游工艺与连续的下游工艺相结合，以降低资本投入和运营成本，实现低成本、大规模的生产能力。

参考文献

Khaled Trabelsi, S. R. (2004). Comparison ofvarious culture modes for the production of rabies virus by Vero cells grown onmicrocarriers in a 2-l bioreactor. Enzyme and Microbial Technology.

Kiesslich, S.V.-C.-F. (2020). Serum-free production of rVSV-ZEBOV in Vero cells:Microcarrier bioreactor versus scale-X™ hydro fixed-bed. Journal of Biotechnology.