Ob die Tierzellkulturtechnologie im großen Maßstab 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 Glasbioreaktoren, Edelstahlbioreaktoren und Einwegbioreaktoren unterteilt werden.
(1) Glasbioreaktoren
Derzeit sind die meisten Reaktoren, die für die Prozessentwicklungsforschung im In- und Ausland verwendet werden, hauptsächlich Glastankreaktoren. Glasbioreaktoren zeichnen sich durch flexible Konfiguration, leistungsstarke Funktionen, einfache Bedienung sowie einfache Aufrüstung und Erweiterung aus. Es ist die beste Wahl für Forschungs- und Entwicklungsprojekte für Tierzellkulturen und mikrobielle Fermentation und kann für Tierzellen, Escherichia coli, Hefen, Pilze, Insektenzellen und Pflanzenzellkulturen usw. verwendet werden.
(2) Bioreaktoren aus Edelstahl
Bis heute werden fast alle von der FDA zugelassenen Antikörper-Medikamente in Edelstahlreaktoren hergestellt. Bei Edelstahl-Bioreaktoren handelt es sich in der Regel um CIP-Module, SIP-Module, Speichermodule etc. Daher ist die Rohrleitungsanbindung sehr aufwendig und die Anforderungen an die Betreiber relativ hoch. Im Falle einer Kontamination muss das gesamte System überprüft und sterilisiert werden. Gleichzeitig sind Edelstahl-Bioreaktoren auch mit hohen Investitions- und Betriebskosten im Vorfeld konfrontiert.
(3) Einweg-Bioreaktoren
In den letzten Jahren haben Single-Use-Reaktoren mit ihren Vorteilen ohne Reinigung, ohne Sterilisation und flexiblem Betrieb schnell den Markt erobert. Die Enzympräparate von Shire werden in Einweg-Bioreaktoren hergestellt und wurden von der EMA für die Vermarktung zugelassen. Im Vergleich zu herkömmlichen Edelstahl-Bioreaktoren kann mit Einweg-Bioreaktoren eine hohe Ähnlichkeit hinsichtlich Zellwachstum, Antikörperausbeute und Antikörperqualität erreicht werden. Gleichzeitig können die Produktionskosten erheblich gesenkt und der Produktionszyklus verkürzt werden.
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 Einweg-Bioreaktoren hat einen enormen Einfluss auf traditionelle Edelstahlreaktoren. Weil Einweg-Bioreaktoren die betriebliche Flexibilität erheblich erhöhen und Kontaminationsrisiken reduzieren, während sie den Großteil des CIP-, SIP- und damit verbundenen Validierungsaufwands 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 den Mainstream-Bioreaktoren für die Antikörperproduktion zu werden.