生物类似药的生产主要是利用培养基和生物反应器来模拟细胞在体内的生长环境,在体外进行培养,促使工程细胞株产生所需要的目的产品。培养基的好坏直接决定了细胞或菌株的生长趋势以及产品的产量和质量。培养基的配制在整个生产工艺中占据着举足轻重的地位。
培养基可分为平衡盐溶液、天然培养基、合成培养基、无血清培养基以及个性化培养基等。目前,行业中所用培养基大多为化学限定培养基。
培养基成分主要包括氨基酸、维生素、碳水化合物、无机盐以及营养因子等其他辅助物质。这些营养物质一方面可以为细胞提供DNA和蛋白质、目标产品合成的原材料,另一方面也保证了酶辅基的正常功能运转,是细胞生长、代谢过程中必不可少的物质。
培养基的配制方法因培养基成分的差异而有所不同。常见的流程为在水或其他溶液中添加培养基粉末,搅拌至完全溶解后再添加下一成分,如此循环。配制过程中,应根据需要对pH值进行调整并定容。培养基配制的过程需要重点关注以下几点。
物料信息确认
培养基配制前,需要对其物料信息进行核对,确认物料的名称、货号、批号、有效期、性状等信息,确保物料无误、可用。
配制溶剂准备
培养基的常用配制溶剂为水,有时也会使用一些其他溶剂帮助其溶解。
水 培养基配制过程对水的要求较高。通常,培养基配制用水的电导率在25℃时不应超过25μS/cm,微生物污染不应超过103CFU/ml。培养基配制用水应定期进行监测,以防止微生物污染。一般实验室用水为三蒸水或超纯水,医药生产企业中通常使用注射用水。
配制时初始加入水的体积一般为配制终体积的70%~90%,其目的是最大限度地溶解培养基粉中的氨基酸、维生素、无机盐、金属离子等营养成分。
其他溶剂 有些培养基含有大量的难溶性氨基酸。配制这类培养基时,在加入粉末前后通常会对pH值进行调整,甚至直接用酸或碱溶液溶解培养基粉末,其目的是在强酸或强碱条件下促进氨基酸最大限度溶解。
一些脂肪酸(如硫辛酸、亚油酸等)不会直接溶于水或者仅少量溶于水,这种情况下可以使用酒精促进其溶解。
温度
培养基配制的温度一般需要控制在15~30℃之间。温度过低,会导致氨基酸、维生素等营养成分的溶解度降低,溶解不彻底。反之,温度过高则会导致维生素等物质的结构被破坏,如维生素E、维生素B6、维生素B2、叶酸、维生素C等。
不过,如果出现特殊培养基中存在大量难溶性成分或者配制浓度超出了物质本身溶解度的情况,可采用高温溶解的方法来解决问题(前提是高温对培养基无影响)。
搅拌混合
培养基溶解搅拌混合的过程中,往往会形成大量的漩涡,漩涡的形成和丰富的表面运动是成功混合难溶成分的关键。合理的轴向和径向流型应允许沉降粉末的快速分布,最大限度地减少容器底部的沉降。同时,漩涡可以将浮粉吸入涡流中,以便在整个容器体积内有效润湿和分布。
漩涡过小,会导致物料的混合不充分;漩涡过大,会使大量的气泡被带入溶液中,导致剪切力过高,可能会对溶质的结构产生不利影响。通常在生产物料的配制过程中,搅拌转速以产生漩涡但漩涡不触及容器底部为宜。另外,选用合适的涡轮和搅拌装置也可以显著缩短物料的溶解时间。
pH值
每种物料都有其特定的最佳溶解pH范围,所以在培养基的配制过程中,往往会遇到pH值调整的问题。
培养基是多种氨基酸、维生素、脂类、无机盐等物质的混合物,这些物质的最佳溶解pH范围可能会有所差异,所以很多商业化培养基在搅拌一段时间后,需要对其pH值进行调整,目的是加速溶解未完全溶解的物质。
半胱氨酸、酪氨酸等氨基酸在水中的溶解度有限,很难满足生产的需要。因此,有些工艺中会额外补加这类氨基酸溶液,这些溶液也通常会采用盐溶液或者酸溶、碱溶的形式来进行溶解。
除菌
培养基配制完成后,为了防止内毒素和微生物限度超标,需要在投料后6~10小时内完成配制和除菌。
除菌的方式一般分为高压灭菌和过滤除菌两种。高压灭菌主要适用于对高温、高压不敏感的物质,如LB培养基等。用于抗体药物生产的培养基通常选用0.1μm或0.2μm的亲水性过滤器进行除菌。
参数检测
培养基配制完成后,需要对pH值、渗透压、浊度等参数进行检测,各项参数应在要求范围内。一般而言,在商业化培养基配制说明上未对浊度进行范围限定时,正常配制完成后的培养基浊度≤5NTU,个别难溶性或加水解物后的培养基浊度≤10NTU。
储存
由于培养基里部分氨基酸和维生素等对光比较敏感,长期光照会导致这类物质发生分解或形成二硫键等结构改变。为了保持培养基的稳定性,培养基在配制、除菌完成后,通常需要在室温下避光保存,或放置于2~8℃冷藏设备中保存。
如果氨基酸储存液的溶解浓度较高,低温会降低氨基酸的溶解度而导致析出,所以浓度较高的氨基酸储存液一般会放置于常温、避光的环境中保存,而浓度较低的储液则可以置于2~8℃的冷藏设备中。使用过程中,要注意避免反复冻融。
(摘编自《生物类似药从研发到使用》,中国医药科技出版社出版)