文献No.357 基于TFF的灌流培养中采用大表面孔径的微滤膜提高筛分系数

目前，基于膜分离系统的灌流细胞培养工艺中多采用中空纤维膜截留细胞。一般而言，膜污染和蛋白筛分系数下降是该类工艺中的主要挑战。而且，为了更大程度地提高产品的收获效率，需要在培养过程中更换滤膜，这会额外增加染菌风险和人力成本。此外，为了保证高收率和产品纯度一致性，下游亲和层析上样时需要保证一定的装载量。但是，灌流培养过程中每天收获的蛋白的浓度不同，从而会增加下游连续流捕获的复杂性，使得生产中很难将上下游连续收获与捕获进行衔接。

本文献研究结果表明，在灌流细胞培养中，采用一种管径0.2 μm的表面孔径较大的中空纤维膜，可以有效缓解蛋白筛分系数下降的问题。在采用TFF系统的灌流培养中，采用此种膜首次避免了膜被亚微米级颗粒污染的问题。灌流培养中所采用的传统的细胞截留膜，如果颗粒太小则无法被横流的切向力冲走，所以直径在20-200 nm范围内的颗粒可能会沉积到膜表面。相比之下，表面孔径较大的灌流膜结构可促进培养液中生物大分子（如DNA分子）的跨膜运动，从而可以极大程度地提高产品的筛分系数。

采用上述微滤膜，本文献将上游灌流细胞培养和下游连续流捕获直接有效地衔接起来，成功实现了29天的连续培养和捕获过程。

Figure 1. Tangential flow filtration-based perfusion cell cultures with nominal retention ratings of 0.2 um in black (1,250 s-1 and 1 LMH, 2,000 s-1 and 1 LMH, 2000 s-1 and 2 LMH, crossflow shear rate and permeate flux, respectively) and 0.65 μm in gray (1500 s-1 and 1 LMH, 3000 s-1 and 2 LMH, crossflow shear rate and permeate flux, respectively): (a) viable cell density (VCD); (b) viability; (c) antibody sieving coefficient; (d) transmembrane pressure (TMP). Increasing TMP indicates higher resistance for permeate flow, it was deemed high above the volumetric throughput (VT) cutoff of 1.5 psi (dash line) [Color figure can be viewed at wileyonlinelibrary.com].

Figure 2. Scanning electron microscopy topographies of the Microza membranes: (a) 0.2 μm UMP and (b) 0.65 μm UJP with ×5,500 and ×20,000 magnifications, respectively.

灌流培养工艺中，因细胞截留膜堵塞而造成的蛋白截留问题是一项重大的挑战。CHO细胞培养过程中，需要保证无菌和无化学试剂残留，所以无法使用污水处理中的曝气清洗、化学试剂清洗等常见的中空纤维膜的清洗方法。因此，挑选可兼顾上下游需求的细胞截留膜尤为重要。一般认为，只有传统的大管径膜能够改善蛋白筛分系数，而本文献所述的案例则颠覆了这种思路。

研究结果表明，可以通过优化膜材质的方法提高上游蛋白的收获效率。采用0.2 μm管径的大表面孔径膜能很好的衔接上游灌流培养连续收获和下游连续捕获，从而大大缩短生产周期，提高厂房利用率。

文献出处

DOI: 10.1002/bit.27504 

单位: Process Research and Development, Merck &Co., Inc.

引用: Pinto, NDS, Brower, M. Wide‐surface pore microfiltration membrane drastically improves sieving decay in TFF‐based perfusion cell culture and streamline chromatography integration for continuous bioprocessing. Biotechnology and Bioengineering. 2020; 117: 3336-3344.