无菌生产条件下，最理想的细胞培养技术

制药业 2021-11-21

新型XXL型磁力搅拌器能够提高细胞培育的效率——实现大规模的药物活性成分的生产及高标准要求的新产品开发。生物技术公司可以利用这种新型搅拌器更加高效地、大规模地生产生物药品；玻璃反应器中的搅拌装置能够优化生物制药工艺过程。

整个生物制药行业都在不断地发展，随之而来的是对大型技术设备的需求——能够安全可靠地、高效地和大批量地生产基于细胞培养技术的生物制药设备。因此，搅拌式反应器在生物技术产品生产中起到了非常关键的作用。设备生产厂家们也看到了用于细胞培养的大型反应器的市场需求。“我们研发生产的XXL型磁力搅拌器是生物制药企业手中的一种关键工具，满足了生物制药行业大规模生产生物制剂的需求。”Zeta生物制药公司的产品研发主管Birgit Pittermann女士说。这种反应器的最大容积可达30 000 L，超过了迄今为止所有型号的同类产品。

Pittermann女士解释说：在无菌生产的条件下，磁力搅拌是最理想的细胞培养技术。磁力搅拌器与滑动密封的搅拌器不同：磁力搅拌器的搅拌叶片被精心设计的外围设备与非无菌环境隔离开来，磁力耦合的驱动装置受到了非常严格的无菌密封；磁力耦合器无法进出隔离装置，因此污染风险接近于零。

大型搅拌器的复杂搅拌任务

虽然搅拌容积的增大能够生产出更多的药物活性成分；但也有它的缺点：容器中大量的营养液很难得到充分的混合搅拌，因此有搅拌质量较差的风险。搅拌质量差也就意味着氧和营养物质在营养液中的分布不够均匀，细胞培养过程中产生的废物排出不畅。另外，现在用于药品活性成分的微生物和细胞都被调理到了“超级新陈代谢”的水平，在它们的培养过程中需要更多的氧和营养物质。新型的XXL磁力搅拌器专门针对这类复杂的混合搅拌任务而设计，并且已经在Zeta公司的大量实验测试中得到了验证。

生物技术搅拌过程面临的最大挑战是从实验室规模扩展到工业化生产规模的过程。因为技术开发，与模拟、计算和验证，是两个完全不同层面上的工作。混合搅拌的时间，作用的剪应力和其他参数都随着搅拌容器和搅拌装置的尺寸变化而变化。尽管有大量的数字流量模拟实验给予大力的支持，但在大型生物反应器中仍然有许多流程工艺技术和材料技术的知识空白。就像Zeta公司的专家Pittermann女士解释的那样：“如果我们不清楚搅拌时的扩散速率，不知道它对搅拌过程的影响——而这两点对最终的产品生产是有影响的，也是Zeta公司目前正在努力攻关的技术领域。”

保证最佳的细胞供应

汉堡技术大学多相流研究所的博士工程师Michael Schlüter先生说：“搅拌反应器面临的巨大挑战仍然是混合搅拌质量的预测。均匀的酸碱度pH值、氧浓度和温度分布对最佳的细胞供应有非常重要的作用。”他解释说：“我们必须了解和能够控制这些因素之间的相互影响。”汉堡技术大学多相流研究所与Boehringer Ingelheim公司合作建造的，高达5 m的透明丙烯酸玻璃反应器致力于帮助科学家们揭开这些秘密。在容积15 m3的透明容器中，Zeta公司研发生产的强力磁性搅拌机能够揭示许多新的流程工艺知识；不同的颜色使液体的流动情况清晰可见，并且已经得到了一些令人吃惊的结论。“混合搅拌的效果比预期要好得多。”Schlüter先生说。

透明容器中的试验涉及到理解更多的科学知识，也涉及到质量源于设计的主题。“在工业化规模中准确地了解生产设备是一件非常重要的事情。通过透明反应器，我们的生产过程能更加透明化；能够帮助我们更好地理解混合搅拌的流程工艺过程；也能够直接把试验获得的专业技术知识应用于我们的流程工艺开发、设计之中。当然，我们的用户也能够从中受益。我们已经进行了CFD计算流体动力学模拟试验。因此我们知道不仅仅要进行小规模的模拟实验；大规模生产过程的计算、验证也是非常重要的。大规模生产情况下有着许许多多的相关性，例如需要估计混合搅拌的时间或估算输氧时间等。而在这方面我们几乎没有通过实验验证的数据。”Boehringer Ingelheim公司丙烯酸反应器和流动模拟项目经理Thomas Wucherpfennig博士解释道。

下一个项目

Zeta公司研发设计的15 000 L磁力搅拌器样机完成了一系列的全面测试。这种透明样机的工作性能和搅拌过程的稳定性都得到了很好的检测结果。运行平稳性和混合搅拌时间都是工业化规模大型设备的一个重要指标。“磁力搅拌器的结构非常紧凑，搅拌装置的更换也非常简单，运行平稳性也给人留下了深刻的印象。”Schlüter先生说。第一个合作项目完成了，但任务还没有结束——玻璃反应器的潜力还没有全部挖掘出来。Zeta公司的研发主管Pittermann女士正在致力于反应器传输过程中的曲线图测绘，而另一个有关体积溶氧系数KLa值的研发项目也已准备开始。

无菌生产条件下，最理想的细胞培养技术

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