悬浮培养技术在生物制药中的应用和展望

悬浮培养技术在生物制药中的应用和展望

张韧1秦玉明2陈文庆1刘华杰1 王建超1 高飞1

北京清大天一科技有限公司

【摘要】细胞悬浮培养是利用生物反应器大规模培养动物细胞生产生物制品的核心技术，结合筛选驯化的高表达细胞株和个性化细胞培养基，控制细胞培养过程，实现提高生产效率及产品质量、降低生产成本的目的，是当前国际上生物制品生产的主流模式。但该技术目前在国内尚未得到广泛应用，生物制品生产仍主要采用病毒产率低、生产成本高、劳动强度大的转瓶细胞培养方式。随着现代生物技术发展，利用细胞悬浮培养技术进行生物制品生产是生物制药行业发展的必然趋势。本文就国内外细胞悬浮培养产业化发展现状及其关键技术进行介绍和讨论。

【关键词】悬浮培养；微载体培养；个性化细胞培养基；生物反应器

Applications and Prospects of Suspension culture in the Bio-pharmaceutical ZHANG ren1, Qinyuming2, CHEN wen-qing1, LIU hua-jie1, WANG jian-chao1, GAO fei1

Beijing skywing technology co.,Ltd

【abstract 】Cell suspension culture is a key process technology in biological production by large-scale animal cell culture in the bioreactor, which includes the screening of a high-expressing cell line and personalized cell culture media for the sake of increasing production efficiency and product quality. Cell suspension culture technology becomes the mainstream mode in global biological production process today. However, it has not implemented widely in our biological industry, which make use of roller bottle cell culture with the higher costs and labor and the lower virus yielding. With the development of modern biotechnology, the application of cell suspension culture in biological production process is becoming a trend in the biopharmaceutical industry. Current situation , future development and key technology elements of suspension cell culture were reviewed in the article.

【key word】Cell suspension culture；Microcarrier culture; Personalized cell culture media; Bioreactor

1北京清大天一科技有限公司

2中国兽医药品监察所

张韧，1962年出生，男，汉族，北京人，学士，工程师，经理人，zrenty@

目前，国内生物疫苗生产企业生产细胞培养的抗原时，普遍采用传统的转瓶细胞培养工艺，该方法存在细胞密度低、病毒产率低、生产成本高、劳动强度大等缺点。诞生于上个世纪六十年代的悬浮培养技术可以进行大规模细胞培养，能够获得大量的病毒产物和高质量的疫苗产品，在国外疫苗生产中普遍应用。悬浮培养技术是在生物反应器中，人工条件下高密度大规模培养动物细胞用于生物制品生产的技术，根据

细胞是否贴壁，分为悬浮细胞培养和贴壁细胞微载体悬浮培养。悬浮培养技术最大优势是通过更为精确有效的工艺控制手段，在获得最大产量的同时能稳步提高产品的质量。下面就悬浮培养产业化的关键技术及相关问题进行介绍和探讨。

1 悬浮培养技术在生物制药中的应用历史和现状

1962年，Capstick等对BHK21细胞驯化实现悬浮培养[1]，并用于兽用疫苗生产[2]。1967年，Van Wezel 开发了微载体[3]并实现在生物反应器中大规模培养贴壁细胞。悬浮培养与微载体培养标志着细胞大规模培养技术的开始，细胞生产病毒疫苗也成为细胞大规模培养技术生产生物制品的第一次浪潮。20世纪八十年代后，CHO细胞实现悬浮培养，治疗性抗体生产技术的发展极大地推动着生物反应器在生物制药行业中的应用，到20世纪末已进入万升级规模[4]。2000年以后，随着流加培养、灌注培养、个性化细胞培养基等技术的发展，作为大规模培养主要设备的生物反应器规模也趋向大型化和简单化。现在，全球10000L及以上体积的反应器达一百多台，最大已达25000L，且几乎都是可以放大的机械搅拌式反应器，主要为Genetech、Amgen、Boehringer Ingelheim 和Lonza等公司所拥有[5]。当前生物制药的主流技术是在大型机械搅拌式反应器中，用无血清培养基和流加培养工艺悬浮培养细胞进行生产[6]。

动物细胞大规模培养生产生物制品的应用领域在快速发展。2007年全球销售额最高的6大类生物技术药物中，有5类是经哺乳动物细胞表达生产的[7]。现代基因工程技术及个性化培养基技术的发展，促进细胞培养制药的快速进展，例如开发出MDCK细胞在反应器中悬浮培养生产流感疫苗以代替传统的鸡胚生产，10L密度为106个/ml的细胞产能相当于10000只鸡胚的产量[8]。国际知名厂家纷纷进行细胞改造筛选，发展自己的细胞培养平台进行流感疫苗的生产，包括Baxter公司的Vero细胞平台、Crucell公司和赛诺菲巴斯德的PER-C6细胞平台，诺华公司的MDCK细胞平台等[9]。

反观国内，人用和兽用疫苗生产企业超过110家，应用反应器悬浮培养技术生产疫苗的仅4家，其中生产人用疫苗的企业有辽宁成大等3家，规模是数十台14L-30L进口反应器；兽用疫苗企业中金宇保灵采用清大天一自主开发的CLAVORUS® 650L和1200L反应器生产口蹄疫疫苗[10]。在治疗性抗体生产方面，有2家企业采用进口1000L-3000L生物反应器生产，但与国外万升级规模相比还具有较大的差距。

我国“七五”至“八五”攻关期间立项研发动物细胞生物反应器，但由于细胞培养技术要求高、壁垒大，研发单位在未掌握核心技术的情况下，凭模仿很难实现产业化，国产细胞生物反应器在2008年以前几乎是空白，此外，由于细胞株等上游配套技术落后、缺乏个性化细胞培养基支持以及缺乏生化工程研究等原因，大细胞规模培养技术一直难以突破技术瓶颈[11] 。《中国生物技术产业发展报告（2005）》指出：自主综合支撑技术是大规模悬浮培养技术在我国实现产业化最难以跨越的技术“门槛”。