Welche Arten von Bioreaktoren werden üblicherweise im Labor verwendet?
Ob die Tierzellkulturtechnologie in großem Umfang industrialisiert und kommerzialisiert werden kann, hängt davon ab, ob ein geeigneter Bioreaktor entworfen werden kann. Aufgrund des großen Unterschieds zwischen tierischen Zellen und mikrobiellen Zellen sind herkömmliche mikrobielle Reaktoren offensichtlich nicht für die Kultivierung tierischer Zellen im großen Maßstab geeignet. Zunächst muss sichergestellt werden, dass unter der Bedingung niedriger Scherkräfte und guter Durchmischung ausreichend Sauerstoff für das Zellwachstum und die Zellsynthese von Produkten bereitgestellt werden kann.
Welche Arten von Bioreaktoren werden also üblicherweise im Labor verwendet? Je nach Material des Reaktors können sie in Glastankreaktoren, Edelstahlreaktoren und Einwegreaktoren unterteilt werden.
(1) Glasbioreaktor
Derzeit sind die meisten Reaktoren, die für die Prozessentwicklung und Forschung im In- und Ausland eingesetzt werden, hauptsächlich Glaswannen. Der Glastank-Bioreaktor zeichnet sich durch flexible Konfiguration, leistungsstarke Funktionen, einfache Bedienung sowie einfache Aufrüstung und Erweiterung aus. Es ist ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt für tierische Zellkultur und mikrobielle Fermentation. Die beste Wahl für tierische Zellen, Escherichia coli, Hefe, Pilze, Insektenzellen und Pflanzenzellkulturen.
(2) Bioreaktor aus Edelstahl
Bis heute werden fast alle von der FDA zugelassenen Antikörper-Medikamente in Edelstahlreaktoren hergestellt. Aufgrund der geringen Ausbeute an frühen Antikörpern liegt der Produktionsmaßstab meist bei etwa 10 000 L. Bei Edelstahlreaktoren handelt es sich normalerweise um CIP-Module, SIP-Module, Speichermodule usw., sodass die Pipeline-Anbindung sehr kompliziert ist und viel Personal erfordert. Im Falle einer Kontamination muss das gesamte System überprüft und sterilisiert werden. Gleichzeitig sind Edelstahlreaktoren auch mit hohen Investitions- und Betriebskosten im Vorfeld konfrontiert.
(3) Einweg-Bioreaktor
In den letzten Jahren haben Einwegreaktoren mit ihren Vorteilen, dass keine Reinigung, keine Sterilisation und ein flexibler Betrieb erforderlich sind, schnell heimische und ausländische Märkte erobert. Enzympräparate von Shire unter dem Handelsnamen VPRIV® werden in Einwegreaktoren hergestellt und sind von der EMA zur Vermarktung zugelassen. Im Vergleich zum herkömmlichen Edelstahlreaktor kann der Einwegreaktor ein hohes Maß an Ähnlichkeit erreichen, unabhängig davon, ob es um Zellwachstum, Antikörperausbeute oder Antikörperqualität geht, und gleichzeitig die Produktionskosten erheblich senken und die Zeit verkürzen Produktionszyklus.
Mit der rasanten Entwicklung der Zelllinienkonstruktionstechnologie und der Mediumentwicklungstechnologie wurden die Zelldichte und die Antikörperausbeute stark verbessert, was große Herausforderungen für die Zellkultur im großen Maßstab darstellt.
Der rasche Aufstieg von Einwegreaktoren hat einen enormen Einfluss auf traditionelle Edelstahlreaktoren. Weil Einwegreaktoren die betriebliche Flexibilität erheblich erhöhen und Kontaminationsrisiken reduzieren, während sie gleichzeitig den Großteil der CIP-, SIP- und damit verbundenen Validierungsarbeiten reduzieren. Wenn die Probleme mit auslaugbaren Stoffen/Präzipitaten und im Produktionsmaßstab gut gelöst werden können, wird es möglich sein, Edelstahlreaktoren zu ersetzen und in Zukunft zu Mainstream-Reaktoren für die Antikörperproduktion zu werden. Hinzu kommt, dass die Hauptgrundlage des Reaktor-Scale-Ups immer noch auf dem empirischen Scale-Up-Prinzip basiert und es noch einige Kontroversen gibt, wie etwa die Eignung der Spitzengeschwindigkeit als Scale-Up-Prinzip. Diese Faktoren erhöhen zweifellos die Schwierigkeit und das Risiko der zukünftigen Industrialisierung von Antikörperarzneimitteln.
