在細胞基質疫苗應用領域，BHK細胞是常用的哺乳動物細胞系之一，其原始細胞株屬于貼壁依賴性生長類型，經馴化后可懸浮生長^[1]。懸浮細胞更容易實現工藝放大，另外無血清培養基可提高疫苗產品的穩定性和安全性并降低生產成本^[2]。本文主要通過 CloudReady^®云平臺生物反應器建立BHK細胞無血清全懸浮培養工藝，為疫苗的高效及低成本生產提供工藝研究基礎。

方法與結果

反應器：CloudReady^®（500 mL）云平臺生物反應器
工作體積：300 mL
細胞：BHK（Baby Hamster Syrian Kidney）細胞
接種密度：4.5×10⁵ cells/mL
溫度控制：由半導體Peltier模塊的加熱和制冷實現無水控溫。
DO控制：由氧氣的通氣速率級聯控制，空氣恒通0.008 vvm（2.4 mL/min）。
pH控制：由二氧化碳的通氣速率和堿液（0.5 M NaOH）的流加速率級聯控制。
進氣模式：底部通氣。

圖1 使用CloudReady^®進行BHK細胞無血清懸浮培養

本次實驗工藝參數設置如表1所示。

表1 反應器工藝參數

Day 0 ~ Day 5細胞密度及活率變化如圖2所示，最高活細胞密度（VCD）為1.56×10⁷ cells/mL，前期活率維持在98%以上。

圖2 細胞密度及活率變化曲線

在整個培養周期中，葡萄糖和乳酸濃度變化如圖3所示，谷氨酰胺和銨離子濃度及滲透壓變化如圖4所示。

圖3 葡萄糖和乳酸濃度變化曲線
圖4 谷氨酰胺和銨離子濃度及滲透壓變化曲線

隨著BHK細胞的生長增殖，代謝產生大量乳酸，為維持pH值的恒定流加了大量堿液，另外補料和細胞代謝過程也導致體系滲透壓偏高，Day 5檢測上清液滲透壓值為398 mOsm，這也是后期細胞活率降低的原因之一。

由Day 5取樣鏡檢圖像（圖5）可見，BHK細胞高密度水平下仍保持單細胞均勻懸浮狀態，未出現結團聚集等現象。

圖5 Day 5取樣鏡檢圖

結論

本次實驗結果顯示，使用CloudReady^®進行BHK細胞無血清懸浮培養，最高活細胞密度（VCD）可達1.56×10⁷ cells/mL，前期活率維持在98%以上且細胞在高密度水平下仍可保持均勻懸浮狀態。驗證了高通量微小型生物反應器在疫苗工藝開發與優化方面應用的優勢和適配性。

[1] Park S, Kim JY, Ryu KH, Kim AY, Kim J, Ko YJ, Lee EG. Production of a Foot-and-Mouth Disease Vaccine Antigen Using Suspension-Adapted BHK-21 Cells in a Bioreactor. Vaccines (Basel). 2021, 9(5): 505.

[2] Moreira J., Alves P., Feliciano A., Aunins J., Carrondo M. Serum-free and serum-containing media for growth of suspended BHK aggregates in stirred vessels. Enzyme and Microbial Technology. 1995, 17: 437–444.

關于CloudReady^®

CloudReady^®云平臺生物反應器具有高度的自動化和穩定性，可確保工藝可重復；支持4×N臺控制器無限制拓展，還可兼容Endura SUB^®一次性罐體。

適用于各種貼壁及懸浮哺乳動物細胞培養工藝的開發與優化，支持批次、補料、灌流等多種培養工藝。

圖6 CloudReady^®（500mL，一次性罐體,16聯）

反應器配套D2MS（Data & Device Management System 設備與數據管理系統），支持設備和數據管理、數據分析；用戶和項目管理；DoE實驗設計；APC(高級過程控制)；UDF(用戶定義函數）；遠程監看和控制等多種功能。

圖7 D2MS（Data & Device Management System ）設備與數據管理系統

自研反應器放大計算軟件（圖8）可基于不同放大準則一鍵計算工藝參數，助力生物制品的快速工藝放大。

圖8 迪必爾生物 反應器放大計算軟件

應用技術與工程研究中心（CARE） 張君軒  供稿