Auswirkungen von dCO₂ auf Prozessparameter

Einfluss von hohem dCO₂ auf die lebensf?hige Zelldichte und den Produkttiter in CHO-Zellkultur

Die ?berwachung von Bioprozessparametern in Echtzeit ist wichtig, um reproduzierbare Zellkulturen zu gew?hrleisten und die Produktqualit?t zu optimieren. Die schnelle Erkennung ungünstiger Bedingungen in der Zellkultur erfordert zuverl?ssige Sensorsysteme. CHO-Zellen - die einen Antik?rper produzieren und sezernieren - wurden in Bioreaktoren kultiviert, und sowohl die lebensf?hige Zellendichte als auch der Produkttiter wurden gemessen. Der Gehalt an gel?stem Kohlendioxid im Kulturmedium wurde mit einem optosensorischen CO₂-Messsystem überwacht.

Zuverl?ssige Sensoren für die Inline-Messung von Prozessparametern auszuw?hlen, kann helfen, ungünstige Kulturbedingungen zu erkennen und zu kontrollieren. Kleine ?nderungen in z. B. Sauerstoffzufuhr, pH-Wert oder CO₂ im Kulturmedium k?nnen zu unerwarteten Ver?nderungen des Zellmetabolismus und der Lebensf?higkeit führen, und den Produktionsertrag minimieren. Im folgenden Test wurden die lebensf?hige Zelldichte, der Produkttiter und dCO₂ in CHO-Zellkultur überwacht. Der faseroptische CO₂-Transmitter pCO₂ mini der PreSens Precision Sensing GmbH, Regensburg, wurde mit Hilfe von chemisch-optischen Sensoren zur ?berwachung von dCO₂ in  Bioreaktoren eingesetzt. Mit diesem System konnte gezeigt werden, dass ein hoher dCO₂-Gehalt im Kulturmedium eine Wachstumsverz?gerung verursachen kann.

CHO-Kultivierung

Die CHO-Zellen, die in diesen Experimenten verwendet wurden, produzierten und sezernierten eine intern humanisierte Variante des monoklonalen Anti-Phosphotyrosin-Antik?rper-4G10?-Klons (Merck Millipore). Die Zellen wurden in Applikon? ez-Control (Applikon Biotechnology Ltd., Dover, NJ) Bioreaktoren mit 3 l und einem Arbeitsvolumen von 2 l kultiviert. Als Medium für die Bioreaktoren verwendeten wir Gibco? OptiCHO? medium (Life Technologies Inc., Carlsbad, CA). Die lebensf?hige Zelldichte (VCD) wurde offline durch ein Trypanblau-Ausschlussassay an einem Vi-Cell? Cell Viability Analyzer (Beckman Coulter, Inc., Brea, CA) gemessen. Zeitlich zugeordnete Proben wurden unmittelbar nach der Extraktion aus den Bioreaktoren, im Durchschnitt 2 bis 3 mal t?glich, analysiert. Der Produkttiter wurde mit einem halbautomatischen Gelelektrophorese-Instrument P200 ScreenTape? System (Lab 901 Limited, Loanhead, UK) bestimmt. Die Proben für den Bioreaktor Lauf I und II wurden unter nicht-reduzierenden Bedingungen unter Verwendung von Reagenzien und Empfehlungen von Lab901 vorbereitet. Vorkalibrierte CO₂ Sensor Spots (PreSens) wurden mit Kwik-Sil Silikon (WPI Inc., Sarasota, FL) auf das Ende eines 12 mm-Polycarbonatstabs aufgeklebt, der in ein 12 mm-Standard-Applikon-Kompressionsfitting passte. Das pCO₂ mini (Abb. 1) wurde verwendet, um Ver?nderungen des dCO2 in den Medien w?hrend des gesamten Bioreaktorlaufs mit Abtastintervallen von 30 Sekunden zu überwachen.

Auswirkung des dCO₂ auf die Zellkultur

In den folgenden Testl?ufen zeigten Bioreaktorl?ufe I und II, aufgrund von Kalibrierungsproblemen mit der elektrochemischen pH-Sonde im Bioreaktor II, w?hrend der ersten 48 Stunden einen wesentlichen Unterschied im gel?sten Kohlendioxidgehalt. Die Steuerung für den Bioreaktor II kompensierte die fehlerhaften pH-Werte durch Erh?hung des gel?sten Kohlendioxidgehaltes. Gegen Ende des ersten Tages hatte sich der Unterschied in dCO₂-Prozent zwischen Bioreaktor II und I verdreifacht. Der hohe dCO₂-Wert hatte sowohl auf die lebensf?hige Zelldichte (VCD) als auch den Produkttiter negativen Einfluss. Obwohl beide Bioreaktoren mit ?hnlichen anf?nglichen Zelldichten besiedelt worden waren, wurde eine wesentliche Wachstumsverz?gerung für Bioreaktor II im Vergleich zu Bioreaktor I sowohl für VCD (Abb. 2) als auch Produkttiter (Abb. 3) beobachtet.

Zusammenfassung

Die ?berwachung von dCO₂ kann nützlich sein, um die Ursache für unerwartete Trends in der Zelllebensf?higkeit und dem Produkttiter w?hrend eines Bioreaktorlaufs zu ermitteln. Es wurde gezeigt, dass protokollierte dCO₂-Daten hilfreich sind, um die Leistung nachfolgender Bioreaktorl?ufe zu verbessern, indem Prozessparameter angepasst und zuverl?ssige Inline-Prozesssensoren ausgew?hlt werden.