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全自動大規(guī)模三維細胞及組織培養(yǎng)系統(tǒng)
全自動大規(guī)模三維細胞及組織培養(yǎng)系統(tǒng)

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  德國Zellwerk公司的ZRP反應器為細胞治療領域開創(chuàng)了全新的視野:ZRP反應器適用于干細胞,、NK細胞以及T細胞的培養(yǎng),,以及用于大規(guī)模三維培養(yǎng)貼壁細胞來進行糖蛋白、抗體和多肽藥物的生產,。由于ZRP反應器使用了特殊的模塊化培養(yǎng)組件以及專業(yè)的控制系統(tǒng),,所以氧氣的提供、消耗產物的去除,、精確的過程控制,、流體剪切力的控制和貼壁細胞培養(yǎng)規(guī)模化放大等問題都得到了圓滿的解決,。目前Zellwerk公司的ZRP反應器在2016年獲得了歐洲張臨床級別干細胞/NK細胞體外擴增應用的牌照,,產品也獲得GMP認證。目前歐洲已經有幾十家醫(yī)療機構開始應用ZRP 培養(yǎng)系統(tǒng)進行間充質干細胞(MSC細胞)及NK細胞GMP級別大規(guī)模擴增,,在藥品的CRO領域的知名度也越來越高,。

  ZRP 平板灌流式反應器主要原理:

  ZRP生物反應器易于組裝和使用,。目前ZRP生物反應器有兩種不同的培養(yǎng)模式。種是平板灌流式反應器,,適用于干細胞和NK細胞的培養(yǎng)(如下圖),。

  由于干/祖細胞和NK細胞對剪切力相當敏感,可能會受到懸浮攪拌培養(yǎng)系統(tǒng)中流體剪切力的損傷,,而且攪動可能會影響包括細胞因子受體在內的表面標志的表達,,在一定程度上會影響干/祖細胞和NK細胞的增殖與分化。同時攪拌會使細胞處于相對分散的狀態(tài),,不利于細胞之間的相互作用,。所以低剪切力、低局部濃度梯度以及適度的細胞間通訊是干/祖細胞和NK細胞體外擴增所需要的,。ZRP生物反應器底部內表面設有多個肋條,,用于截留細胞,使細胞聚集在一定的空間范圍內,,加強了細胞間的通訊,,并可以克服動態(tài)攪拌式反應器細胞分散及難以相互作用的缺點。該生物反應器中的培養(yǎng)液采用循環(huán)培養(yǎng)方式,,通過控制系統(tǒng)可精準控制培養(yǎng)體系的酸堿度和氧含量,,以此來改善傳質限制,維持主體培養(yǎng)基相對均一性,,同時克服靜態(tài)培養(yǎng)存在局部濃度梯度的缺點,。細胞在培養(yǎng)過程中沒有攪動,消除了動態(tài)攪拌式反應器中剪切力可能對造血干/祖細胞和NK細胞造成的機械損傷,。培養(yǎng)過程可以實行無菌取樣操作,,用于細胞計數(shù)和觀察細胞生長形態(tài)等。

  ZRP 平板灌流式培養(yǎng)器主要應用領域:

  快速大量擴增干細胞和T細胞

  快速大量擴增免疫系統(tǒng)細胞如NK細胞

  擴增并獲得可用于治療的高活性免疫細胞

  ZRP平板灌流式反應器的優(yōu)勢:

  ? ZRP平板灌流式反應器底面的肋條起到截流細胞的作用,,從而使細胞較好地聚集在一個有限的空間范圍內,,加強了細胞間的通訊,更好地發(fā)揮細胞間的相互作用,,克服了動態(tài)攪拌式生物反應器的缺點,。

  ? ZRP平板灌流式反應器能有效地截留細胞,且細胞在生物反應器中的分布較均一,,并沒有堆積在液體流動方向上的肋條的一側,,而是積累在兩條肋條間的凹槽中,這主要是因為細胞是通過靜態(tài)接種的方式接種于平板灌流式反應器中,,經過一定時間的靜置后,,細胞在重力作用下沉入生物反應器兩肋條之間的凹槽中,且循環(huán)培養(yǎng)基流速較低,,細胞在整個培養(yǎng)過程中能較均一地分布于生物反應器中,。

  ? ZRP平板灌流式反應器具備無菌且溫度可控的培養(yǎng)工作室,,細胞樣品的制備、接種,、介質容器的更換,,管件的更換,傳感器的更換,,細胞收集等都可在無菌且嚴密可控的環(huán)境下進行,。

  ? ZRP平板灌流式反應器具備高精準控制單元,系統(tǒng)過程參數(shù)通過集成式的觸摸屏獲得,。所有相關的培養(yǎng)數(shù)據可被有效記錄,,并經遵循 GMP 標準的標準執(zhí)行軟件在個人電腦上進行評估。

ZRP平板灌流式培養(yǎng)器(培養(yǎng)容積500ml)

ZRP 旋轉載體灌流式反應器主要原理:

  第二種是旋轉載體灌流式反應器,,適用于貼壁細胞的大規(guī)模培養(yǎng),,主要用于生產蛋白和細胞因子。該反應器應用Sponceram圓盤(一種特殊的多孔陶瓷)作為載體,,具有高的比表面積,,可以提供上萬平方米的培養(yǎng)面積,可以大地提高貼壁細胞的細胞密度和細胞產物的產量,。同時反應器有一個磁耦合旋轉軸,,溫和的載體旋轉運動避免了外來剪切力對自細胞的影響,從而促進細胞及組織的粘附和快速增殖,。該生物反應器中的培養(yǎng)液采用循環(huán)培養(yǎng)方式,,通過控制系統(tǒng)可精準控制培養(yǎng)體系的酸堿度和氧含量,以此來改善傳質限制,,維持主體培養(yǎng)基相對均一性,,同時克服靜態(tài)培養(yǎng)存在局部濃度梯度的缺點。在收集細胞的過程中,,采用特殊的旋轉程序結合分離溶液,使得貼壁細胞的收集獲得非常方便,。

  ZRP 旋轉載體灌流式培養(yǎng)器主要應用領域:

  進行三維貼壁細胞高密度培養(yǎng)

  快速大量擴增貼壁細胞如貼壁型間充質干細胞

  快速大量擴增長期分泌型貼壁細胞

  高效生產重組蛋白,、糖蛋白和多肽等

ZRP旋轉載體灌流式反應器的優(yōu)勢:

  ? 應用Sponceram圓盤(一種特殊的多孔陶瓷)作為載體,具有高的比表面積,,可以提供上萬平方米的培養(yǎng)面積,,可以大地提高貼壁細胞的細胞密度和細胞產物的產量

  ? 溫和的載體旋轉運動避免了外來剪切力對自細胞的影響,從而促進細胞及組織的粘附和快速增殖,,特別適用于軟骨細胞,、成骨細胞和各種祖細胞的貼壁培養(yǎng)。

  ? ZRP平板灌流式反應器具備無菌且溫度可控的培養(yǎng)工作室,,細胞樣品的制備,、接種,、介質容器的更換,管件的更換,,傳感器的更換,,細胞收集等都可在無菌且嚴密可控的環(huán)境下進行。

  ? ZRP平板灌流式反應器具備高精準控制單元,,系統(tǒng)過程參數(shù)通過集成式的觸摸屏獲得,。所有相關的培養(yǎng)數(shù)據可被有效記錄,并經遵循 GMP 標準的標準執(zhí)行軟件在個人電腦上進行評估,。

應用ZELLWERK系統(tǒng)進行外周血單核細胞(PBMCs)大規(guī)模培養(yǎng)后相關抗體檢測顯示培養(yǎng)的高效性(拜耳醫(yī)藥保健公司)

應用ZELLWERK系統(tǒng)進行NK細胞大規(guī)模培養(yǎng)后,,純度為98%-100%,活性大于80% ,,高于目前市場上其他任何細胞培養(yǎng)反應器

  (德國柏林夏洛蒂醫(yī)科大學腫瘤與癌癥研究所,,Charité Universit?tsmedizin Berlin.)

  應用文獻:

  ? Anne Reichardt, Bianca Polchow,, Mehdi Shakibaei,, et al. Large Scale Expansion of Human Umbilical Cord Cells in a Rotating Bed System Bioreactor for Cardiovascular Tissue Engineering Applications. The Open Biomedical Engineering Journal, 2013,, 7,, 1874

  ? Michael Aigner, Stefanie Standar,, Stephanie Moi,, et al. Generation of Tumor-Antigen Specific T-Cells Under Highly Controlled Environmental Conditions by Utilization of a Novel, cGMP Compliant Cell Culture Reactor. AACR ANNUAL MEETING POSTER.

  ? B. Friedrichs1,, C. Bruns1,, Tietze-Bürger, et al. Expansion of CD3 negative CD56 positive NK Cells for repeated clinical application in a GMP Compliant Process Using a Novel Bioreactor System. Charite-Universit?tsmedizin Berlin MEETING POSTER.

  ? Stefanie R?ker,, Solvig Diederichs ,, Viktor Korzhikov, et al. Development of Biofunctional Scaffolds for Bone Tissue Engineering. TERMIS,, 2007. LONDON,,UK

  主要客戶:

  德國默克醫(yī)藥公司

  拜耳醫(yī)藥保健公司

  德國貝朗醫(yī)療有限公司

  德國先靈公司

  德國蘇威醫(yī)藥公司

  參考文獻

  Kirstin Suck,Larissa Behr,,Marcel Fischer,, et al. Cultivation of MC3T3-E1 cells on a newly developed material (Sponceram1) using a rotating bed system bioreactor. Journal of Biomedical Materials Research Part A.:2007:268-275

  Kirstin Suck, Stefanie Roeker,, Solvig Diederichs,, and Fabienne Anton. A Rotating Bed System Bioreactor Enables Cultivation of Primary Osteoblasts on Well-Characterized Sponceram Regarding Structural and Flow Properties. Biotechnol. Prog. 2010,26(3):671-677

  Anne Reichardt, et al. Large Scale Expansion of Human Umbilical Cord Cells in a Rotating Bed System Bioreactor for Cardiovascular Tissue Engineering Applications.The Open Biomedical Engineering Journal,, 2013,, 7, 50-61

  Anne Neumann,, et al. Characterization and Application of a Disposable Rotating Bed Bioreactor for Mesenchymal Stem Cell Expansion. Bioengineering 2014,, 1, 231-245; doi:10.3390/bioengineering1040231

  B.Friedrichs,, et al. Expansion of CD3 negative CD56 positive NK cells for repeated clinical application in a GMP complicant process using a novel bioreactor system. Charite-University Berlin,,2016 POSTER

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