[發(fā)明專利]灌流模塊及灌流培養(yǎng)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010152065.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN113355242A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚玉寬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 尚玉寬
• 主分類號(hào): C12M3/02
• 分類號(hào): C12M3/02;C12M1/34;C12M1/12;C12M1/04
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 吳海燕

本發(fā)明提供一種灌流模塊及灌流培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括：生物反應(yīng)模塊，包括至少一個(gè)生物反應(yīng)器；灌流模塊，包括至少一個(gè)灌流室，每個(gè)灌流室與一供氣流流入或流出的調(diào)壓管相連，調(diào)壓管上設(shè)有使調(diào)壓管通斷且可改變氣流輸送方向的泵組件；當(dāng)所述灌流室為多個(gè)時(shí)，相鄰的兩個(gè)灌流室間通過(guò)所述調(diào)壓管連通；生物反應(yīng)器、灌流模塊和過(guò)濾模塊依次相連通，灌流模塊內(nèi)若具有兩個(gè)以上的灌流室則所有灌流室并列設(shè)置；生物反應(yīng)器中的細(xì)胞培養(yǎng)液流入灌流模塊內(nèi)的灌流室中，再由灌流室流出進(jìn)入所述過(guò)濾器內(nèi)過(guò)濾，過(guò)濾器中的滲透物經(jīng)所述滲透物出口流入收獲裝置。本發(fā)明解決了灌流培養(yǎng)系統(tǒng)的高剪切力的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種灌流培養(yǎng)設(shè)備，特別是涉及一種灌流模塊及灌流培養(yǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)前動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模發(fā)酵工藝中的主流方向是攪拌式懸浮連續(xù)發(fā)酵工藝，特別是抗體等重組蛋白的規(guī)模化生產(chǎn)。在工業(yè)化生產(chǎn)中，懸浮培養(yǎng)工藝參數(shù)的放大原理和過(guò)程控制比其他發(fā)酵系統(tǒng)更易理解和掌握，因此在規(guī)模化動(dòng)物細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)中多選擇此種工藝。懸浮發(fā)酵工藝(Suspension Culture)是指細(xì)胞自由懸浮于培養(yǎng)液內(nèi)生長(zhǎng)增殖的一種發(fā)酵方法。目前國(guó)際上該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展較快，已逐漸趨向成熟。

灌流培養(yǎng)工藝是一種常用的發(fā)酵工藝，多采用攪拌式細(xì)胞發(fā)酵系統(tǒng)，也可采用管式系統(tǒng)。在發(fā)酵過(guò)程中，不斷向發(fā)酵罐灌流培養(yǎng)液，同時(shí)以相同流量流出。灌流工藝的優(yōu)點(diǎn)是可在發(fā)酵過(guò)程中不斷去除細(xì)胞碎片和副產(chǎn)物，降低細(xì)胞死亡后釋放的各種酶類可能對(duì)產(chǎn)物的影響。同時(shí)，由于連續(xù)不斷的灌流新鮮培養(yǎng)液而提供一個(gè)較恒定的培養(yǎng)環(huán)境，因此可獲得較高的單位體積產(chǎn)率。由于灌流系統(tǒng)多采用細(xì)胞截留與回收系統(tǒng)，因而可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的高密度發(fā)酵。

目前，對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法選取，主要決定于細(xì)胞生長(zhǎng)的特性和目的蛋白的性質(zhì)。灌流培養(yǎng)的顯著優(yōu)勢(shì)在于蛋白可以隨著培養(yǎng)基及時(shí)地被分離出，蛋白在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間短，較少受到培養(yǎng)體系內(nèi)各種水解酶的降解作用，有利于蛋白質(zhì)量的提高。這一特點(diǎn)，對(duì)于化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白，例如酶、凝血因子等生產(chǎn)極為有利。而當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)和蛋白質(zhì)量不受培養(yǎng)方式限制時(shí)，例如對(duì)于化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的抗體等藥物生產(chǎn)而言，是選擇細(xì)胞灌流培養(yǎng)還是補(bǔ)料批次培養(yǎng)，需綜合衡量成本、效益、規(guī)模、風(fēng)險(xiǎn)、操作靈活性等因素。

當(dāng)前多樣化的生產(chǎn)環(huán)境中，生物技術(shù)公司越來(lái)越傾向于開發(fā)高度靈活和高效能的生產(chǎn)制造工藝。灌流培養(yǎng)作為實(shí)現(xiàn)提高穩(wěn)定性低的重組蛋白產(chǎn)量的有效手段已廣泛用于生物工程產(chǎn)業(yè)。灌流培養(yǎng)能夠憑借小型生物反應(yīng)器生產(chǎn)達(dá)到補(bǔ)料批次培養(yǎng)大規(guī)模生產(chǎn)所得的蛋白量，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)規(guī)模小型化，增加了操作的靈活度。

隨著懸浮細(xì)胞的大規(guī)模應(yīng)用，懸浮細(xì)胞灌流培養(yǎng)技術(shù)也日益發(fā)展。細(xì)胞截留是懸浮細(xì)胞灌注培養(yǎng)的工藝要素之一，如何有效地截留細(xì)胞而不會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損害成為工藝的重點(diǎn)和挑戰(zhàn)。目前的細(xì)胞截留設(shè)備主要基于過(guò)濾、沉降、離心原理設(shè)計(jì)，包括旋轉(zhuǎn)過(guò)濾器、渦流過(guò)濾器、傾斜沉降器、旋液分離器等。基于過(guò)濾原理設(shè)計(jì)的細(xì)胞截留設(shè)備，可以100％分離細(xì)胞，但濾膜容易被細(xì)胞碎片、消泡劑等堵塞，最終導(dǎo)致灌流培養(yǎng)終止。對(duì)細(xì)胞進(jìn)行離心分離，可能引起細(xì)胞損傷。沉降和離心均不能完全截留細(xì)胞，細(xì)胞分離效果還會(huì)受到灌流速率的影響。除此之外，能否簡(jiǎn)單而有效地進(jìn)行放大也成為大部分細(xì)胞截留設(shè)備應(yīng)用的限制條件。

基于中空纖維柱截留原理而設(shè)計(jì)的交替式切向流(Alternating TangentialFlow，ATF)系統(tǒng)具有有效緩解濾膜堵塞，剪切力低等優(yōu)點(diǎn)，是目前較優(yōu)良的細(xì)胞截留設(shè)備。中空纖維柱通過(guò)一根管道與反應(yīng)器相連，另一側(cè)由高壓空氣泵入與真空泵抽負(fù)壓的反復(fù)交替切換帶動(dòng)硅膠隔膜泵運(yùn)動(dòng)，使得動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液通過(guò)中空纖維柱進(jìn)出反應(yīng)器。這一過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低剪切力情況下充分地沖洗中空纖維柱，有效地降低了中空纖維柱濾餅堆積效應(yīng)產(chǎn)生的堵塞影響。利用ATF系統(tǒng)，可以在較高的灌流速率下達(dá)到較高的細(xì)胞密度和較高的蛋白產(chǎn)量，還可以通過(guò)培養(yǎng)體積與中空纖維柱膜面積比有效放大到大規(guī)模生產(chǎn)中。