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实验室研发阶段细胞培养**解决方案！
scale-X 生物反应器是一种新型固定床系统，可用于贴壁和悬浮细胞系的培养。设备单元占地小，而具有相当大的表面积，从而可获得极高细胞密度。本研究比较了在scale-X hydro生物反应器和标准微载体培养体系中进行的贴壁Vero细胞培养。两种系统可获得相似的单位面积细胞浓度。随后，展开螺旋卷式固定床显示，细胞在轴向和径向上具有均匀的分布。这表明在生物反应器内部具有均匀的液体流动和细胞附着。观察到的均质的细胞生长是一个重要的规模放大因素，以按可重复的方式，实现可用表面积**限度的利用。
scale-X生物反应器简介
大多数病毒疫苗的生产工艺基于贴壁细胞平台。典型的培养系统，如滚瓶、多层细胞培养皿和微载体生物反应器，在规模放大时，都有一定的限制。为了克服潜在的规模放大限制，简化生产，固定床生物反应器是一个**价值的替代选择。创新的scale-X生物反应器是一种可规模放大的固定床系统，可从研发（2.4 m2生长表面积）放大到中试（10和30m2生长表面积）和生产规模（200和600m2生长表面积；图1）。scale-X**技术使用了一种结构化的螺旋卷式非编织聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）固定床，以减少局部过度压实和死区，同时实现可用内表面积及质量的**利用，获得批次间的高可重复性（图2）。
材料、方法 & 设备
固定床工艺：scale-X hydro生物反应器
细胞系和工艺条件
用于细胞密度和分布评估的方法
? 可从固定床提取12根整合的取样条（每根1面积2.15 cm2）在1 mL细胞裂解缓冲液中充分混合3 min。消化的细胞核用结晶紫染色并进行计算。
? 当达到目标细胞密度后，取出固定床，小心地铺开，剪下确定的1 cm2面积（图3）。条带上的细胞用试剂A100（ChemoMetec）裂解，并使用血细胞计数器对细胞核进行计数。
早期研发阶段的工艺选择对疫苗的开发至关重要，一次性生物反应器的投入应从小规模细胞培养开始，Scale-X™hydro 是一款结构紧凑、功能齐全、自动化控制的小规模固定床生物反应器，有效降低了疫苗开发成本，一次性载体、管路，方便了工艺开发操作，保证了细胞培养的稳定性！
对照工艺：在搅拌罐生物反应器（STR）中进行Cytodex® 1微载体培养
细胞系和工艺条件
用于细胞密度和分布评估的方法
? 从生物反应器取5 mL样品体积。进行三次的洗脱后，用0.1 M柠檬酸、0.1%结晶紫和0.1% Triton X-100溶液裂解细胞。
? 37℃孵育1小时后，用血细胞计数器对染色的细胞核进行计数。该方法详细描述，参见Trabelsi et al.文章（Khaled Trabelsi， 2004）。
工艺参数（用于两种培养）
? 添加4 mM谷氨酰胺的无血清培养基（VP-SFM， Gibco™）
? 补加葡萄糖和谷氨酰胺原液，以分别防止两种底物低于8 mM和2 mM
? 使用CO2和 0.5 NaHCO3（微载体）或0.5 NaOH（scale-X）将pH值控制为7.2
? 温度设定点为37℃
? 溶氧设定点为50%（顶部空间通气）
VERO细胞生长
比较不同生物反应器系统内的**Vero细胞密度（Kiesslich，2020）（图4）：
scale-X hydro 生物反应器（2.4 m2）:2.7 x 105 cells/cm2
STR Cytodex® 1（0.75 m2）：2.4 x 105 cells/cm2
不同的细胞接种密度导致了不同但相当的生长曲线图。scale-X生物反应器中的单位面积细胞密度（2.7x 105 cells/m2）略高于微载体培养（2.4 x 105 cells/m2）。两种系统的培养基使用量接近，为2.1 - 2.2 ×109 cells/L培养基。当考虑两个系统在同等产量下的反应器体积时，固定床生物反应器的设备占地显著降低（降低5倍）。
图4. 相比标准微载体培养，scale-X hydro生物反应器中的Vero细胞生长，由Kiesslich et al.（2020）提供。
Univercells进行了延长的Vero细胞生长研究（图5）。在scale-X hydro生物反应器中进行了多次实验（n=26），获得了可重复的细胞密度，平均为2.5×105 cells/cm2。规模放大至更大的scale-X carbo生物反应器（10m2和30m2），可获得相似的单位面积细胞密度。
图5. Vero 细胞曲线图：试验以Vero 细胞生长在不同scale-x 规格体积（内部数据）
在结构化、螺旋卷式固定床中的Vero细胞分布
在培养的不同阶段（2.7×105 cells/cm2和5.3×105 cells/cm2时，图6），对Vero细胞分布进行了研究。为此，从展开的固定床中提取了9个样本，并测定细胞密度。
在scale-X hydro生物反应器中，Vero细胞在固定床中轴向和径向均匀分布。研究进行了进一步的计算机流体动力学研究，结果显示，在结构化固定床中没有死区和非均匀性（数据未显示）。均匀的细胞生长使可用表面积得到充分利用。
图6. scale-X生物反应器的结构化固定床中的Vero细胞生长分布。
细胞沿径向（从中心半径）和轴向（固定床高度）均匀分布。（a.）由Kiesslich et al.（2020）友情提供，（b.）在Univercells实验室进行。
总结
在这两种工艺中，贴壁Vero细胞达到了相同的密度。当转移到更大的固定床scale-X生物反应器时，达到了类似的细胞生长趋势和**单位面积细胞密度。*后，对Vero细胞生长分布的研究显示，固定床内有均匀的细胞贴壁和生长。与微载体工艺相比，固定床的紧凑设计使设备占地面积降低5倍。
总体而言，结果表明，结构化的scale-X固定床生物反应器系统是传统“规模扩展”技术的合适替代方案，后者如多层培养皿和滚甁，也包括具有一定技术挑战性的培养系统，如微载体工艺。
目前的scale- X生物反应器可以转化至生产规模（600 m2），并整合到连续的NevoLine™生产平台中。NevoLine系统将强化的上游工艺与连续的下游工艺相结合，以降低资本投入和运营成本，实现低成本、大规模的生产能力。
参考文献
Khaled Trabelsi， S. R. (2004). Comparison ofvarious culture modes for the production of rabies virus by Vero cells grown onmicrocarriers in a 2-l bioreactor. Enzyme and Microbial Technology.
Kiesslich， S.V.-C.-F. (2020). Serum-free production of rVSV-ZEBOV in Vero cells:Microcarrier bioreactor versus scale-X™ hydro fixed-bed. Journal of Biotechnology.
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