生物反应器的放大(生物反应器的放大设计经历几个阶段)

海潮机械 2023-01-04 17:45 编辑:admin 257阅读

1. 生物反应器的放大设计经历几个阶段

目前上市的重组抗体中绝大多数(如:Enbrel、Herceptin、Rituxan、Synagis)是采用流加(Fed-batch)培养工艺生产,这主要由于与之配套的生物反应器(搅拌罐、气升罐等)制造成熟,可线形放大(最大至20,000L),操作简单等原因。但是,流加培养过程中会出现营养物质消耗、代谢废物积累,以及产品质量不稳定等问题。因此,流加培养工艺的优化主要集中在基础培养基、流加培养基以及流加策略上,其优化的原则是根据细胞的代谢特点设计补料培养基,用于补充易耗成分,降低副产物积累。

作为生物大分子的重组抗体,同时具备聚体、降解、糖基化修饰、氧化、脱酰基化、异构体、二硫键错配等多种变异形式。由“细胞工厂”异源表达的重组抗体,其绝大部分质量变异与生产细胞对重组蛋白的翻译后修饰作用直接相关。

2. 生物反应器的比拟放大

转基因植物抗体是通过基因工程技术将编码全抗体或抗体片段的基因导人植物,并在植物中表达或生产的具有免疫活性的抗体或其功能片断。

这是抗体基因工程的一项新技术,在许多生产领域内具有应用价值。人类既可以以植物为生物反应器异源表达和生产具有药用及商业价值的抗体;也可直接利用抗体在植物体中进行免疫调节,以研究植物生理代谢机制,或增加植物抵抗病虫害的能力。   在生物医药领域的应用   从经济效益和安全角度考虑,利用植物表达抗体较其他体系有着不可比拟的优越性,因此植物抗体倍受国际生物医药产业的青睐。植物抗体的医疗用途主要体现在以下几个方面:诊断、防治蛀牙、孢疹治疗、肿瘤治疗等。已有4种植物抗体展示出在人类疾病治疗上具有潜在应用价值。第一种是用烟草表达的引起龋齿的链球菌表面抗原的嵌合抗体免疫球蛋白IgG/A,在预防病菌定植上和杂交瘤生产的抗体作用一样,且没有发现人体产生抗鼠抗体,应用安全。这是唯一开始大规模生产的植物抗体,已经进入二期临床。第二种植物抗体是利用大豆表达的人的抗单纯疱疹病毒(HSV)抗体,在小鼠模型中能预防HSV-2的传播,和细胞培养生产的单克隆抗体作用基本一致。第三种是利用小麦和水稻表达的针对癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA)的抗体,可用于肿瘤治疗研究。第四种是通过病毒载体在烟草中瞬时表达得到的淋巴瘤治疗用独特型疫苗抗体。还有报道称转基因烟草产生的狂犬病抗体能够保护仓鼠免受致命剂量的丛林狼狂犬病病毒的侵袭,且在人工养殖细胞试验中能对多种狂犬病病毒起到抑制作用,这为狂犬病的治疗带来了新的希望。   此外,近几年,植物作为外源蛋白的天然生物反应器,生产可食性疫苗和植物抗体的研究,也成为新的热点并取得可喜进展。   在农业领域的应用   ①介导植物自身免疫:植物中表达的重组抗体除了直接用于临床外,也可用于植物体自身对环境胁迫的反应。如介导植物抗病毒、细菌、真菌及线虫等,是植物分子育种的又一途径。Tavladoraki等把编码对AMCV病毒有作用的单链抗体(scFv)的基因导人烟草细胞,获得的转基因植株抗AMCV侵染,表现为发病率降低,发病延缓。这一研究结果使人们看到了利用“胞内抗体免疫技术”防止病毒及害虫危害的曙光。而Van Engelen等和De Wilde等分别在烟草和拟南芥的胞间表达全长抗体的成功则给人们展示了利用抗体防止病原菌危害的可能性。   ②调节植物代谢:20世纪90年代以来,通过基因工程手段调控植物的研究逐渐兴起,并被预言为今后几年的一个重点发展领域。抗体分子可通过与被修饰的目标分子特异结合稳定或阻断其生物活性。若被修饰的分子是代谢中的关键酶,可改变植物的相关代谢途径,调控植物的生长发育,或使植物高水平积累某一有价值产物。目前,调控代谢的基因工程策略主要有两种,一是通过反义RNA技术抑制某一内源基因的表达;

二是通过导入异源基因促使某一产物的形成和累积。胞内抗体技术是继反义RNA技术之后的一种新型代谢调控技术,它利用重组DNA技术,在植物细胞内空间特异性表达有活性的抗体分子,从而特异性干扰或阻断某些生物大分子的合成、加工和分泌过程,进而导致细胞一系列生物过程的改变。

3. 生物反应器放大的原则

传统的方法开发一种新的化工工程,一般要经历实验室的微型实验--小型实验--多级中试--工业化生产几个步骤。

在这个多工序的过程中,设备尺寸的变化可能导致内部传热和传质行为的剧变。

所以,生产设备的放大不能直接乘以倍数,而要具体分析,这就是所谓放大效应~不过有看到报道一种微化工技术,说是:在微化工技术中,当研究成功需要工业生产时,只需将实验时的反应设备叠加连接(numbering-up)即可,不需要经过小试、中试的过程。

微化工技术的每一个反应单元都相当于一个**的反应器,能有效避免通常工业化过程中的放大效应,从而降低研发成本、实现科研成果的快速转化。

4. 生物反应器的放大设计经历几个阶段的变化

       将细胞培养管密封膜完全密封培养管。

       使用细胞培养管培养细胞,水的损失会影响细胞的生长,通过在透气和无菌密封膜上方,封闭一个或多个开口,可以使这种水损失降低到小,利于细胞培养。

  细胞培养管生物反应器,充分发挥悬浮细胞的大规模筛选和优化过程中的优势,可以用很小的培养量,评估对于放大生产而言重要的参数优化。

5. 生物反应器设计和操作的限制因素

 生物反应器

  生物反应器,是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。目前研究得最多的两种反应器是“升降机型反应器”和“土壤泥浆反应器”。升降机型反应器是通过水相的流动来提供适当的营养、碳源和氧气,从而达到降解土壤中污染物质的目的。与固相系统相比,生物反应器能够在更短的时间内将污染物进行有效降解。该生物反应器技术已经应用于有机污染土壤的生物修复中。

  

  生物反应器优点

  1、成本低

  2、设备简单

  3、效率高

  4、产品作用效果显著

  5、减少工业污染

  生物反应器对比反应器的优点

  1、生物反应器是用于生物反应过程的容器总称。包括酶反应器、固定细胞反应器、各种细胞培养器和发酵罐等。总之是利用生物细胞或者酶的活性来催化反应进行的特殊场所;

  2、用生物反应器优于化学合成反应器的优点是:高效,稳定,成本低,可反复使用。

  3、比如:用乳腺生物反应器主要优点有:产品质量稳定;成本低廉;研制开发周期短;无污染;经济效益显著。

  气升式生物反应器优缺点

  优点

  主要是具有比其他生物反应器更强的抗杂菌污染的能力,流动性也更为均匀,且反应器本身结构简单,不具反应液泄漏点和卫生死角操作费用也很低。

  缺点

  相对来说较少,主要是高密度培养时混合不够均匀。

6. 生物反应过程的放大

生物富集,是生物个体或处于同一营养级的许多生物种群,从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物,导致生物体内该物质的平衡浓度超过环境中浓度的现象,叫生物富集,又叫生物浓缩(bio-concentration)。

生物通过吸附、吸收和吞食作用,从周围环境中摄入污染物并滞留体内,当摄入量超过消除量,污染物在体内的浓度会高于水体浓度。包括生物浓缩和生物放大。