Comparación del rendimiento del cultivo celular CHO-S y la producción de anticuerpo monoclonal en el biorreactor de un solo uso Allegro™ STR 200 y en un biorreactor de un solo uso convencional

Pall: Odette Becheau, Emmanuelle Cameau, John Welsh, Kyle Jones, Joe Capone y Marie-Laure Collignon

ZHAW: Sören Werner , Cedric Schirmer, Nina Steffen, Jan Müller, Regine Eibl y Dieter Eibl

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, los beneficios de las tecnologías SU (de un solo uso) para el procesamiento en el sector upstream son mucho más prevalentes y muy utilizados dentro de la industria biofarmacéutica. Pall ha desarrollado la familia de biorreactores de agitación de un solo uso Allegro™ STR, que en este momento está disponible en 4 tamaños: STR 50, STR 200, STR 1000 y STR 2000 (Figura 1). El impulsor mecánico de fondo directo permite una amplia gama de entradas de potencia, desde 0,002 W/kg hasta 0,3 W/kg, mientras que el rociador ubicado debajo de las tres aspas estilo oreja de elefante a 45 grados tiene como resultado altas tasas de transferencia de oxígeno (kLa hasta 40 h^-1) y un tiempo de mezclado breve (mínimo de t_M~10 s).

Estudios anteriores resaltaron que los parámetros críticos que deben mantenerse constantes de una escala a la otra son la entrada de potencia volumétrica (P/V) para la agitación y la velocidad de gas superficial (vs) para la aireación. Esto permite aumentar correctamente la escala de un proceso con un valor de kLA constante, conservando un tiempo de mezclado y un entorno de estrés por cizallamiento equivalentes dentro del biorreactor.

MATERIALES Y MÉTODOS

Línea celular, medio y suplementos

• Línea celular de ovario de hámster chino (CHO)-S clon 38, produciendo un anticuerpo de IgG humano
• Medio ActiPro♦ (GE Healthcare) complementado con:
  • 4 mM de UltraGlutamine♦ 1 (Lonza)
  • Mezcla de complemento 1x Gibco♦ HT (Thermo Fisher Scientific)
  • Puromicina (1,25 g/L, 10 mg/mL)
• Materia prima con refuerzo celular HyClone♦ 7a y 7b (GE Healthcare) a partir del día 3
• Solución de glucosa (45 %, 450 g/L) para la materia prima si la glucosa se encontraba por debajo de los 4 g/L
• Emulsión antiespuma C (Sigma Aldrich)

biorreactores

• Pipetas de agitación Erlenmeyer de 125 y 500 mL (Corning) para la producción de inoculado
• Bolsa de biorreactor de onda Flexsafe♦ RM (Sartorius) para la producción de inoculado
• Sistema de biorreactor de un solo uso Allegro STR 200 con placa calefaccionada (Pall)
• Biorreactor convencional de un solo uso

Los parámetros operativos de cultivo para el biorreactor de un solo uso Allegro STR 200 y para el biorreactor de un solo uso convencional se muestran en la Tabla 1

Análisis

• Sensor de oxígeno polarográfico InPro♦ 6800 (Mettler-Toledo) para biorreactor de un solo uso Allegro STR 200
• Sensor de pH (EasyFerm Hamilton) para biorreactor de un solo uso Allegro STR 200
• Sensor de pH y oxígeno de un solo uso incorporado en un biorreactor convencional de un solo uso
• BioProfile♦ 100 Plus ID 2 (Nova Biomedical)
• Bioanalizador Cedex HiRes y Cedex (Roche)
• Sistema de cromatografía líquida de alto rendimiento Prominence (Shimadzu)
• Sistemas de UPLC Xevo♦ G2 LC-MS y Acquity H-Class Bio (Waters)

RESULTADOS

• Manejo simplificado de un sistema de biorreactor novedoso
• La producción de inoculado con pipeta de agitación y bolsa de onda mixta es un método adecuado
• La densidad celular pico promedio en el biorreactor de un solo uso Allegro STR 200 al final de la fase de crecimiento fue de 2,15 a 10⁷ células/mL^-1 (Figura 2a)
• La metabolización celular en términos de consumo de glucosa y formación de lactatos es muy comparable (Figura 2b)
• Título de anticuerpo monoclonal (mAb) promedio de 2,18 g·L^-1 el día de la cosecha del material cultivado (día 10) (Figura 2c)
• La composición de glucanos principal muestra una huella similar para ambos biorreactores para las especies G0F, G1F y G2F (Figura 2d)
• Agregados en ambos sistemas y cantidad de especies de peso molecular (LMW) (Figura 2e)

CONCLUSIÓN

• El biorreactor de agitación de un solo uso Allegro STR 200 de Pall demostró un excelente rendimiento para cultivar correctamente este CHO
• El impulsor de oreja de elefante de gran tamaño demuestra un mezclado eficiente y una transferencia de oxígeno efectiva. No se detectaron limitaciones durante los cultivos
• El perfilado de la calidad y cantidad de anticuerpos monoclonales demuestran que el perfil de cizallamiento del impulsor no afecta al anticuerpo
• Asimismo, mediante el uso de un único impulsor, pueden aplicarse procesos de alimentación con alto grado de volumen de trabajo posible

Referencias

1. Schirmer, Müller J., Steffen N., Werner S., Eibl R. y Eibl D., “How to produce mAbs in a cube-shaped stirred single-use bioreactor at 200 L scale”. R. Pörtner, editor. Animal Cell Biotechnology. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols), cuarta edición. New York, Springer Science+Business Media, LLC (se publicará próximamente)
2. “Characterization and engineering performance of the Allegro STR 1000 stirred single-use tank bioreactor”, Nota de aplicación de Pall 3136 USD
3. “Cultivation of chinese hamster ovary (CHO) cells in Allegro STR 1000 stirred single-use tank bioreactor system”, Nota de aplicación de Pall 3135 USD