微型生物反应器研究进展

在现代生物技术的发展过程中,微型生物反应器在菌种高通量筛选和小型培养实验中起着关键作用。简单分析了3类微型生物反应器的特点,对微型生物反应器的监控技术和流加培养技术的最新研究成果和发展进行了综述,介绍了几种新型微型生物反应器系统。荧光和散射光学测量被应用于监控pH值、溶氧张力(DOT)、产品形成和单位生物量;新型流加培养技术可以缩小筛选实验和工业化生产的工艺条件之间的差距。

合成生物学表型测试生物反应器及其装备化研究进展

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,以提供大量数据用于后续的学习和迭代升级。测试阶段的通量主要依赖于细胞自身或其培养测试所使用的生物反应器及其装备,是整个DBTL流程的限速步骤。本文系统综述了合成生物学表型测试所开发的面向不同通量的生物反应器及装备,从单细胞检测和筛选及不同尺度生物反应器包括皮纳升级生物反应器、微升级生物反应器、毫升级生物反应器和升级生物反应器等,系统地介绍了各自的特点和应用场景。同时,指出了现有生物反应器及其装备的应用潜力、面临的挑战与发展趋势,为合成生物学表型测试技术研究提供重要参考。

高通量微型生物反应器在生物制药行业中的应用

随着生物制药行业的快速发展,近年来高通量微型生物反应器系统得到较为广泛的应用。高通量微型生物反应器系统具有体积小、高通量、可放大性等优点,同时具有在线分析检测和过程反馈控制功能。目前,高通量微型生物反应器主要用于细胞株筛选、工艺优化及工艺表征等方面。其高通量结合实验设计开展实验研究,可大大缩短产品研发周期,提高工艺稳健性及产品质量可控性,加快研发项目进入临床及商业化的步伐。本文主要介绍了目前常见的几种高通量微型生物反应器系统,并以Ambr系统为例,介绍了高通量微型生物反应器系统在生物制药行业中的应用。

生物反应器及其研究技术进展

阐述了生物反应器设计、放大的新理念及关键技术发展,并在此基础上综述了应用于生物技术产品生产的生物反应器的主要发展趋势,包括以代谢流分析为核心的生物反应器系统、基于计算流体力学模拟技术的传统发酵罐改良、微型生物反应器、动物细胞反应器和酶反应器。

应用于生物发酵在线监测的聚合物pH传感膜

微型生物反应器的成功操作依赖于对培养液pH值的监测和控制，聚合物pH荧光探针可以制成传感膜安装在微型反应器上，具有高通量筛选、非入侵性、容易集成等特征。甲基丙烯酸羟乙酯和N-（2-甲基丙烯酰乙酯基）-4-（N-甲基哌嗪基）-1，8-萘酰亚胺（NI）共聚形成的聚合物，具有良好亲水性、成膜性和生物相容性，并在pH：6-8之间具有良好的响应性能和稳定性。为了进一步提高膜的响应速率，将含有金刚烷的单体引入聚合物中，结果显示随着侧链金刚烷基团的含量增加，共聚物膜的pH响应时间变长；而将强亲水性的聚乙二醇引入共聚合物中，发现共聚物膜的pH响应速率得到了提高。将此pH传感膜应用于酵母发酵液中进行测试，具有良好的pH值在线监测性能。

微小型生物反应器及其在生物医药领域的应用展望

微小型生物反应器体积微小但在线分析检测和过程控制功能媲美台式装备。其核心支撑技术包括一次性材料及微加工技术、非接触式光学传感器、自动化以及实验设计(DOE)、数据分析软件与过程控制的整合。由于体积微小、湍流程度和单位能耗较低,微小型反应器内的混合、传质、剪切特性与工业规模设备有一定的区别。现阶段微小型生物反应器主要用于菌株和细胞系筛选和工艺优化,在实现高通量工艺的同时确保了数据的丰度,对缩短研发周期和加速产品上市,尤其是在应对突发性传染性疾病方面有着重要的意义。未来,精准医疗概念的落实也依赖功能柔性化的微小型生物反应器系统。

高通量灌流培养模型在生物工艺开发中的应用研究

近年来,连续型细胞培养由于其高单位体积产量、稳定的产品质量属性以及潜在的成本节约效应正成为生物大分子制药生产的工艺焦点。相比传统的流加培养模式,灌流培养因培养的连续性、操作的复杂性,致使其反应器规模培养需消耗大量培养基,产生更高人力成本,不能满足当今加速化高效化的工艺开发需求。为获得稳健的灌流培养工艺并控制较低成本,高通量灌流培养模型被用于批量化的小规模灌流培养,进行灌流培养前期的克隆筛选、培养基筛选及工艺参数优化等工作,为后期大规模培养提供实用性数据支持,同时也被用于预测大规模培养的细胞表型和产品质量属性。重点介绍了当前高通量系统包括摇瓶/摇管系统、多平行自动化系统以及微流控体系用作灌流培养的特征、具体应用及比较,同时论述当前高通量灌流培养系统在生物工艺领域发展所面临的机遇及挑战,并展望其应用前景。