對于早期的實驗室研發、工藝開發及優化和臨床樣品制備，通常使用規模較小的生物反應器（0.5-20L），但將生物反應器從早期研發的小體積轉移到商業化規模生產中所使用的大體積（圖1），保證工藝的放大可行性是連接實驗研發和商業生產之間的關鍵環節之一。因此，選擇合適的放大策略則是工藝開發人員面臨的重要挑戰。

圖1. 放大過程中使用的反應器設備示意圖

反應器放大計算工具

常見的放大方式有基于P/V恒定、葉尖速度恒定、K_La恒定和混勻時間恒定等；或綜合考慮多種參數進行放大研究。國際上一些有技術實力生物反應器開發和生產供應商會提供一些放大模擬軟件以及放大助手等工具，協助客戶快速高效的進行放大工藝參數計算，加速工藝轉移進程。

本次實驗使用了反應器放大計算工具（體驗方法見下文），嘗試通過P/V值恒定的放大策略，計算工作體積從300mL到2.0L的參數設置。

300mL為CloudReady™生物反應器（圖2），是迪必爾生物打造的MiniBox系列平行生物反應器中第六代顛覆性產品，主要用于各種生物工藝的高通量篩選、研發和優化，更是將生物反應器作為一個數據化工具加速工藝進程。

圖2. CloudReady™平行生物反應器

工作體積為2L的Opti-Cell mini生物反應器（圖3）繼承了迪必爾小型生物反應器的靈活性與穩定性，通過簡單的模塊替換或配置的變化可應用于哺乳動物細胞、植物細胞和昆蟲細胞培養。既滿足科研用戶應用場景多樣化的需求，也可以滿足制藥用戶合規性要求。

圖3. Opti-Cell mini生物反應器

操作流程

本次實驗工藝參數設置由 CloudReady™平行生物反應器上所獲的數據經迪必爾自主開發的反應器放大計算軟件（圖4、圖5）依據P/V值恒定的原則計算所得進行放大驗證。計算后的主要設置如表1所示。其中，空氣恒通，DO與氧氣的通氣速率級聯控制，pH由二氧化碳（酸）通氣速率級聯控制。

表1. 工藝參數設置

圖4. 迪必爾自主開發的反應器放大計算軟件

圖5. 掃描二維碼免費體驗反應器放大計算工具

本次實驗使用CHO-S細胞，接種密度為5 x 10⁵ cells/mL，在Day 4時進行補料，細胞繼續快速生長，Day 5時達到本次實驗最高細胞密度1.59 x 10⁷ cells/mL，細胞活率99%。隨后由于罐內營養物質消耗殆盡，細胞停止生長并開始死亡，活率下降（圖6）。

圖6. 培養過程中細胞密度（VCD）和活率（Via）變化曲線

結論

實驗結果說明，在 CloudReady™（500mL）平行生物反應器上建立的CHO細胞培養工藝，通過迪必爾自主開發的反應器放大計算軟件，最終在Opti-Cell mini生物反應器上可以基本實現CHO細胞的放大培養，證明反應器放大計算軟件對于反應器工藝放大的科學指導性。但對于最終目的為表達物的生物工藝來說，需要考量的不僅僅是細胞密度和活率，還有最終的產量和質量。迪必爾應用技術與工程研究中心（CARE）后續將從CQA（關鍵質量屬性）和CPP（關鍵工藝參數）角度進一步證明該在線放大工具的可行性。

此外，實驗中使用的反應器放大計算工具除了可以進行放大工藝（Scale-up）參數模擬外，還支持縮小工藝（Scale-down）的模擬。后續將有更多應用案例輸出，敬請關注。