一、前言
细胞培养过程的培养基筛选中，为了得到稳健的数据模型以进行关键成分的优化，高通量的缩小模型就显得十分重要。目前，市场上还没有商业化的，可用于高通量灌流系统(<100mL)的细胞截留装置。为了提高灌流中培养基的开发效率，我们评估了Erbi微型灌流反应器系统。凭借Erbi biosystem公司在微流体方面的专业研究，和我们在动物细胞灌流培养方面的专业研究，我们对该系统进行了重大改进。实现了两种细胞在50x106vc/mL的稳态灌流，分别是CHOZN®GS细胞系（产生融合蛋白）和CHOS细胞系（产生单抗）。
二、反应器概览
Ø 2mL的Erbi breez微型灌流生物反应器包含检测细胞密度（OD）、溶氧(DO)、酸碱度（PH）的光学传感器；
Ø 三个细胞培养腔室相互连通，腔室中层的硅胶膜可以透气，可挤压排空每个腔室中的液体；
Ø 一次向三个腔室通气，培养物被有效地混合传质，气体通过硅胶膜扩散到细胞培养液中；
Ø 反应腔室通过集成的泵和阀门进行控制流体流量；
实现连续流过程：新鲜培养基可连续添加到培养腔室中，同时通过细胞截留装置过滤细胞实现连续收获，细胞保留100%；三、方法
1. 实验将两种细胞系，分别为CHOZN®GS细胞系（产生融合蛋白）和CHOS细胞系（产生单抗），均使用EX-CELL® Advanced HD灌流培养基，培养在Erbi breez微型灌流反应器中。
2. 细胞液离心浓缩后，于5x106vc/mL进行接种，15%的管路稀释。Day0 开始灌流模式，灌注速率持续在2vvd (最小CSPR值为40pL/细胞/天)。细胞系的溶氧(DO)、酸碱度（PH）和目标细胞密度（VCD）分别为40%，6.9+/-0.05（CHOZN®GS），7.1+/-0.05（CHOS），50x106vc/mL。
3. 在相同的细胞系和培养基下，将Erbi breez数据与3L的Applikon®玻璃生物反应器（2L工作体积）进行比较。细胞接种密度2x106vc/mL，50%的管路稀释。Day2开始灌流模式，CSPR为40pL/cell/天(灌流速率范围0.18-2vvd)。溶氧(DO)、酸碱度（PH）和目标细胞密度（VCD）与Erbi breez反应器实验设置相同。
4. CSPR最小优化试验，使用EX-CELL® Advanced HD灌流培养基，CHOZN®GS细胞系，在3L Applikon®玻璃生物反应器和2ml Erbi微型灌流生物反应器中分别进行。当细胞培养物达到50x106vc/mL时，灌流速率更改为1vvd（20pL/cell/day），持续5天，此后更改为0.5vvd（10pL/cell/天）。
5. 使用Vi-Cell®XR（Beckman-Coulter, 加利福尼亚）测量细胞密度（Cell density）和活率（viability）。使用Nova®FLEX2 (Nova Biomedical，马萨诸塞州) 进行代谢物测定分析。用HPLC测定蛋白浓度。
四、试验结果
Result1 细胞密度及活率
l Erbi灌流生物反应器中的目标细胞密度通过一个光学控制回路保持，该控制回路通过测量活细胞密度来调节cell bleeding通路的阀门；相比之下，台式生物反应器的控制回路使用电容探针来测量活细胞密度并调控cell bleeding蠕动泵。
l 两种细胞系均达到了50x106vc/mL的稳定状态。
l 相比于台式生物反应器，Erbi breez微型灌流生物反应器具有更高的细胞活率。
Result2 收获液中的CSPR表现
l CHOZN®GS细胞收获特异性蛋白的产量，在两个反应器上显示出类似的趋势；
l 观察到CHOS细胞系特异性生产力在Erbi breez微型反应器偏低，推测每日离线pH校正的局限性可能导致差异；
l CSPR在第13天之后出现下降，这与Erbi breez微型反应器更高的蛋白质截留率相关（数据未显示）；
l CHOZN®GS细胞的最小CSPR试验中，Erbi breez微型反应器与台式生物反应器数据对比良好；
Result3 葡萄糖/乳酸
l 在2vvd下，Erbi breez微型反应器和台式生物反应器，两种细胞系的葡萄糖浓度均显示出具有可比性结果；
l 在0.5-2vvd下，CHOZN®GS细胞系乳酸浓度相当，但CHOS细胞系的乳酸之间存在差异；
l 在0.5vvd下，CHOZN®GS细胞系葡萄糖浓度存在显著差异，乳酸浓度在所有灌流速率中均具有可比性；
Result4氨/渗透压
l 在2vvd时，Erbi breez微型反应器和台式生物反应器，两种细胞系的氨浓度显示具有相当的平行结果；
l 在0.5vvd时，与台式生物反应器相比，CHOZN ®GS细胞系在Erbi breez微型反应器的氨浓度更低，CHOS细胞系在两个反应器上大约相当；
l Erbi breez微型反应器和台式生物反应器之间的渗透压存在差异，Erbi灌注微生物反应器显示出持续较高水平；
l Erbi breez微型反应器和台式生物反应器之间代谢物的差异不能完全解释渗透压的差异；
l 与台式生物反应器相比，Erbi breez微型反应器使用的总氨基酸浓度要高出20mM（数据未显示），这更好地解释了渗透压的差异；
五、结论
作为灌流工艺的一款缩小模型（scale-down），Erbibreez 具有非常好的发展潜力，包括内置细胞截留装置，实现真正的连续流工艺，自动cell bleeding，内置PH/DO电极控制，以及高通量的优势使它区别于市面上其他的被测评的缩小模型系统。Breez培养过程的数据参数与灌流工艺下的台式反应器相当，多次运行的结果具有可重复性。为了更好的满足连续灌流的精确模型需要，提出未来可以改善的两个关键点：增加工作体积和改进细胞截留装置。
