动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺选择

动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺选择

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米力陈志南

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(第四军医大学细胞工程中心国家863西安细胞工程基地西安710032

摘要目前全世界蛋白治疗药物的迅速增长和市场需求已远远超过了现有生产能力。动物细胞

规模化生产重组蛋白和抗体的工艺选择可考虑使用当前较成熟的工业化支持技术平台,以缩短产品工艺研发的时间,加快工业化进程。当前被FDA 批准的生物技术产品以及公开发表的生产工艺占有主流优势的是搅拌式生物反应器悬浮培养,工艺设计是流加或灌流培养。其大规模细胞培养生产所面临的挑战是获得最大生产力的同时注重维持产品的质量;去除所有培养环境中外源因子的污染,更为精确有效的工艺控制手段,规模化培养中氧气的限定与溶解C O 2浓度累积的控制等。关键词动物细胞大规模培养生产蛋白收稿日期:2003204210

3国家重大科技专项(2002AA2Z 3441

33通讯作者,电子信箱:chcerc2@

动物细胞大规模培养已成为生物制药领域最重要的关键技术之一,并以其研究的深入和进展推动生物技术产业的迅速发展。专家预言:蛋白治疗药物如糖蛋白,抗体和多肽药物仅仅只是开始进入市场,预计在下一个10年或20年会有一个更为快速的发展。蛋白治疗药物的迅速增长和市场需求

已远远超过目前全世界的生产能力[1]

。

由于动物细胞表达产品需求的紧迫性和生产工艺的复杂性,大大促进了该技术的深入研究与发展。80年代初首先兴起了生物反应器研究,许多形式的生物反应器被用于哺乳动物细胞培养工艺的研究,如中置搅拌系统,固定单层培养和中空纤维系统等。近10年的研究在解决动物细胞大规模培养的关键屏障技术,如限制性氧气的提供,消耗产物的积累,成熟精确的过程控制,剪切力的敏感性,和贴壁细胞培养规模化放大等问题都取得可喜

的进展[2]

。目前动物细胞工业化生产中主要致力于提高单位细胞的生产力,确保产品质量和过程工艺设计的一致性,减少工业化生产中的污染与自动

化控制等[3]

。以转基因动物和转基因植物为载体的重组蛋白生产在生物制药领域仍具有重要的地位,特别对于每年100kg 的超大规模需求量生产。

目前被美国FDA 批准的生物技术产品和已公开发表的生产工艺,都是较为成熟的工艺,并不代表当前动物细胞研究发展的趋势。因此动物细胞大规模培养生产蛋白或抗体的工艺选择,应综合考虑产品特点、工艺难度与工艺研发时间,以加速其产品产业化的进程。

以下就目前动物细胞大规模培养成熟工艺与当前研究的问题、对策作一简述。

1目前美国FDA 批准的产品与生产工艺

1996年1月至2002年12月美国获得成功批

准的不同的治疗剂和诊断剂产品共31种,其中用哺乳动物细胞培养生产的就有21种(美国FDA 网页http :ΠΠw w w.fda.g ov 。蛋白治疗药物有单克隆抗体治疗乳腺癌的Herceptin ,免疫球蛋白肿瘤坏死因子(T NF 受体融合蛋白治疗类风湿性关节炎的Enbrel 和灭活的甲肝疫苗Vaqta 等。动物细胞培养技术已经成为一个受到普遍信任的产业化生产技术,并逐步形成商业化操作水平。按技术应用专利的分类,我

们将这些产品分为重组治疗药物、疫苗、组织培养产品和诊断试剂并连同他们的生产形式列于表1。

总结表1的数据,在21种产品中有11种产品是用3种主要的细胞系CH O 、SP2Π0、NS O 生产的重组蛋白治疗药物。首先重组治疗药物,主要是重组蛋白或抗体,对产品应用最有代表性的需要是生产

第23卷第7期

中国生物工程杂志

CHI NA BI OTECH NO LOGY

2003年7月

表1 B LA哺乳动物细胞培养系统来源产品详细数据a(1996~2000 BLA产品名厂商批准日期产品形式细胞系方法培养液

重组蛋白

T enecteplaseΠT NK ase

急性心肌梗死

G enentech6Π2Π00重组糖蛋白CHO无报道无报道

抗血友病因子G enetics Institute3Π6Π00重组糖蛋白CHO连续灌流无血清T rastuzumabΠHerceptin

转移性乳腺癌

G enentech9Π25Π98嵌合抗体CHO搅拌生物反应器,悬浮无血清In

fliximabΠRem icade

Crohn’s disease

C entocor8Π24Π98嵌合抗体NS0搅拌,悬浮灌流培养无血清

PalivizumabΠSynagis

预防呼吸道病毒

M edImmune6Π19Π98嵌合抗体NS0搅拌,悬浮流加培养无血清

BasiliximabΠS imulect 预防急性器官排斥

N ovartis

Pharmaceuticals

5Π12Π98嵌合抗体鼠骨髓瘤搅拌,悬浮灌流培养无血清

DaclizumabΠZ enapax

预防急性器官排斥

H offman2LaR oche12Π10Π97嵌合抗体SP2Π0无报道无报道

Rit uximabΠRituxan

淋巴瘤IDEC PharmaceuticalΠ

G enentech

11Π26Π97嵌合抗体CHO搅拌,悬浮培养含庆大酶素

C oagulation factorⅨ

重组凝集因子

G enetics Institute2Π11Π97重组糖蛋白CHO搅拌,悬浮,反复批式培养无血清Interferon21aΠAv onex

治疗复杂性硬化

Biogen5Π17Π96重组糖蛋白CHO搅拌,悬浮培养无报道

疫苗

轮状病毒W yeth Laboratories8Π31Π98肝过滤病毒疫苗FRh L22N ot revealed 含胎牛血清狂犬病毒Chiron Behring10Π20Π97灭活狂犬病毒无报道无报道无报道

甲肝疫苗M erck&C o3Π29Π96灭活病毒

人二倍体

纤维母细胞

Adherent,NCF to C ostar Cubes

连续流加培养

含血清

组织培养产品

自体同源培养

chondrocytesΠCarticel

软骨缺陷修复

G enzyme T issue Repair8Π22Π97自体同源细胞软骨细胞组织培养饼含血清

诊断试剂产品

人T淋巴细胞病毒用于酶联E LIS A Abbott Laboratories8Π15Π97抗体

慢性感染人