2021年7月8日

选择哪一种细胞培养方式:贴壁培养还是悬浮培养?

By Byron Rees, Cytiva 研发高级经理

这两种生产方式都可以为基因治疗生产提供特定优势。但每种基因治疗产品有许多不同的考量,因此,我们建议先进行风险分析。您可以通过本文了解需要考量的因素。


新基因治疗的开发通常从贴壁细胞系生产开始,而选择这种方式是有好的理由的。此阶段其实只需要一个培养箱就可以了。由于早期开发所需的数量非常少,因此细胞维持和生产相对简单。所以不难理解为何贴壁细胞生产会受到学术与研究机构的青睐。但在确立可行性并进入下一个开发阶段之后,由于生产分析或临床前材料所用的细胞数量更大,就有必要考虑是继续采用贴壁细胞培养,还是改用悬浮培养平台。

开发新基因治疗上市速度是关键,通常认为贴壁培养的速度最快。既然实验室规模的工艺可以提供所需的收率与数量,为什么要采用让需要治疗药物的患者获得药物更晚的办法呢?由于贴壁培养技术成熟,更加坚定了采用这种方式的决心。由于获得许可的基因治疗既有使用贴壁培养生物反应器生产的,也有使用悬浮培养生物反应器生产的,因此从监管角度看,两者都是可以接受的。而且工艺开发在某些方面可以利用细胞贴壁培养的优势。例如,使用贴壁方法可以更容易完全改变生物反应器中的培养基,从而提供优化生长和生产阶段的机会。此外,采用灌流方式也更加容易,可用于生产不太稳定的产品(如慢病毒)的工艺。

然而,这种方式虽然可能可以加快上市速度,但贴壁制造可能并非所有流程中的最佳选择。虽然目前市面上的贴壁培养生物反应器可以为细胞生长提供高达 500 m² 的表面积,但如果要生产患者人均剂量较高的基因治疗的滴度时,或适应症的目标人群非常多时,这种方式可能仍然难以满足要求。显然工艺放大是一个解决办法,可以吸收掉临床生产中增加设备和空间带来的成本。另一个办法是考虑采用悬浮生产方式。

悬浮工艺的优势在于比贴壁工艺更易操作。贴壁工艺在进行日常维护、工艺放大和计数时需要将细胞与生长表面分离。取消该步骤可以大大地简化工艺。如果细胞不再依赖于表面进行生长,工艺放大将更容易,并且可以采用更多支持生产的技术。如果您的疗法可以在搅拌型罐式生物反应器中生产,那么您将有更多的产能选择,因为这项技术已在许多桥接生产服务组织 (CDMO) 中广泛采用。虽然体积高达 2000 升的工艺的一次性系统比较常见,但会带来其他潜在的问题,例如进行大规模转染。随着培养体积增加,转染混合体积也会增加。在每次生产过程中,质粒 DNA 和转染试剂必须混合均匀后方可加入到生物反应器中。一旦不均匀有可能导致形成的复合物发生变化,进而影响转染效率和收率。

改用悬浮方式可能会对收率产生影响,对此需要在开发过程中进行评估。大多数腺相关病毒 (AAV) 工艺都使用 HEK293 细胞,现在有事先驯化为可以悬浮培养的 HEK293 细胞。可以使用质粒进行快速测试,以评估实验室规模的收率。如果注意到收率下降,则可能需要考虑对贴壁细胞系进行驯化,从而提高生产力。但这种方法不能保证完全奏效,而且驯化可能需要数月的时间,导致进一步增加开发时间和成本。无论是采用化学成分完全明确还是促进细胞生长的培养基,采用不同细胞系或对现有细胞系进行驯化都会为更换生产培养基提供良好机会。

重要的是考虑所选生产方式带来的大范围工艺影响。从贴壁生产改为悬浮生产时,进入下游工艺的进料材料成分会有所不同。例如,如果需要进行细胞裂解,则不同生产方式的裂解策略可能会有所不同。此外,澄清步骤的上样也可能不同。使用填充床式生物反应器生产的分泌疗法进料相对洁净,大部分细胞会留在生物反应器中。与悬浮工艺相比,这种方式可以减少深度过滤的面积,而悬浮工艺需要调整规格以去除更多的细胞碎片。

这些问题会影响每种生产方式的单剂成本。虽然不同生产工艺的耗材成本存在明显差异,例如通常填充床式一次性生物反应器比一次性搅拌罐式生物容器袋的成本高,但可以设法减少其他工艺操作的成本。每次生产运行的收率和质量是需要考虑的重要因素,再就是为了满足患者群体的需求而需要的生产运行次数。

总而言之,每一种生产方式都可以为基因治疗生产提供特定的优势。但由于每种基因治疗产品都有许多不同的考量因素,我们建议根据本文中讨论的一些因素进行风险分析。如果您没有得到想要的结果,通过进行此分析可以帮助定义开发计划和应急方案。

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