CHO细胞培养生产抗体药物的工艺优化与放大研究工程

发布时间：2020-05-13 13:48

【摘要】：抗体作为临床应用最广泛的治疗性蛋白药物,主要是通过CHO(Chinese Hamster Ovary)细胞培养来表达生产。与前一代的生物技术产品如细胞因子类药物相比,抗体类生物药的主要特点是临床用药剂量大,因此需要大规模工业化生产来满足市场需求,而CHO细胞培养的工艺优化和规模放大具有较大挑战性。提高细胞培养工艺表达量,扩大细胞培养生产规模,保证表达抗体质量稳定成为目前国内抗体产业界在抗体类蛋白药物规模生产过程中亟待解决的问题。本文围绕着以上问题,系统研究了CHO细胞的流加培养小试工艺优化,中试和产业化规模工艺放大,并探索性开发了基于切向流换液(ATF)技术的浓缩灌流工艺,以进一步提升我国抗体类药物规模产能。首先考察了培养基中金属离子的浓度对抗体质量的影响,培养基中将铜离子浓度从1000 nM降低到500 nM时,抗体产物MAb A的生产细胞可以维持1.2×107 vc/mL密度的生长,抗体产量保持不变,电荷异构体中碱性异构体的比例明显降低。说明铜离子作为多种酶的辅因子,除了维持细胞生长代谢,还会对C-端脯氨酸酰胺化产生影响。在搅拌式反应器培养抗体MAb A生产细胞时,将溶氧从60%降低至20%,细胞生长及抗体产量没有明显变化,抗体N-糖基化中G0F 比例明显升高,G1F 比例明显降低,说明溶氧水平对半乳糖糖基化有明显影响。另一方面延长培养时间观察到抗体酸性异构体比例明显上升,主要原因是培养液环境中自由基和氧化还原作用对抗体理化性质的稳定性存在一定影响。随后基于机械搅拌鼓泡式反应器内气-液传质理论,开发了一套动物细胞反应器传质模型。此模型结合了反应器传质属性和细胞培养代谢参数对细胞在大规模反应器培养过程中的氧气需求和二氧化碳累积水平做出了预测。在此模型的指导下,MAb A细胞培养工艺从2L实验室规模一次性放大到了1500L产业化规模,最终细胞生长、抗体产量和抗体质量在小试规模和商业化生产规模之间保持了一致。针对传统CHO细胞流加培养条件下由于细胞代谢废物积累造成抗体产量难以进一步大幅提高的问题,我们开发了基于切向流过滤换液ATF系统的CHO细胞浓缩灌流培养工艺。在浓缩灌流培养工艺的优化过程中,培养液中游离氨基酸浓度的检测起了很重要的作用,为灌流培养基配方的优化及灌流速率的调整提供了依据。最终通过浓缩灌流培养工艺,MAb A细胞生长密度提高了7.5倍,抗体产量提高了7.7倍。
【图文】：

制药总销售额（不包括疫苗）的近６６％。逡逑２０１８年十大最畅销的生物制药包括八种抗体（六种单克隆抗体和两种逡逑基于Ｆｃ的融合蛋白）（图１．２）。用于治疗类风湿性关节炎和相关疾病的逡逑ＴＮＦ－ａ抑制剂，第一个单克隆抗体阿达木单克隆抗体（商品名Ｈｕｍｉｒａ）在逡逑此榜单中名列第一，，创造了邋１９９．３６亿美元的收入。逡逑４逡逑

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｔｏｐ邋１０邋ｇｌｏｂａｌ邋ｓａｌｅｓ邋ｏｆ邋ｂｉｏｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ逡逑１．１．３国内抗体规模生产逡逑随着国家在生命科学和生物医药领域的大力投入，我国在生物新药创制的上逡逑游领域己经逐渐和国际接轨并形成了自己的技术特色。在抗体和融合蛋白领域，逡逑国内很多实验室己经积累了一批具有自主知识产权的创新药和改进药。但是如何逡逑将实验室中的创新转换成产品的问题还有待解决，特别是抗体药物的规模生产和逡逑质量控制技术目前已成为严重制约我国抗体产业发展的技术瓶颈。高表达细胞系逡逑的建立和高效培养基及培养工艺的开发、高效纯化工艺和制剂配方的开发、质检逡逑系统的建立和分析方法的开发等一系列核心技术是抗体药物产业化中亟需解决逡逑的关键技术，只有提高抗体产量和质量并进行大规模的生产，才能将更多的在研逡逑抗体项目从实验室推向临床并早日获得市场准入，为广大患者造福。逡逑单克隆抗体药物由于其特异性强、临床研究的成功率高于小分子药物的优势逡逑
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.6

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本文编号：2662053