生物反應器培養細胞時如何降低乳酸的影響？

銨產量過多、乳酸產量過剩、營養限制或與營養補給、添加堿以控制 pH 值相關的高滲應激等因素，使得生物反應器中的細胞密度被限制。

為了部分克服這些因素，使用乳酸補充和適應LSA 技術是減少銨和乳酸產生的一種簡單方法。使用這種簡單的方法，可以實現了將近乳酸產量的大幅度減少，同時在分批搖瓶培養中減少了 50% 的銨產量。在隨后的補料分批生物反應器培養中，使用Biosen C-Line 乳酸分析儀測定乳酸產量減少了近8八倍。甚至可以實現 3500 萬個細胞/mL 的活細胞密度和 2.73 億個細胞-天/mL 的完整活細胞天數。

減少乳酸和銨鹽產量的方法總結

在動物細胞培養領域，許多研究人員觀察到乳酸和銨積累會嚴重影響到 細胞的生長。 60多年來，科學家已開發出多種方法來減少乳酸 和銨的產生。

常用方法匯總見表

        大約在過去 35 年里，隨著生物制藥行業生物反應器細胞培養從低密度分批培養轉向高密度補料分批培養，乳酸和銨積累方面 的挑戰大幅增加。減少乳酸積累制造創新藥物的基本要求是：

(1)在所有與工業相關的細胞系和工藝生產過程中，將乳酸和銨的產量降低到足夠低的水平，以免對細胞生長和產品質量產生負面影響，

(2)在根據當前良好生產規范 (cGMP) 運行的大規模工業生產中。

  為減少乳酸積累曾經嘗試過用替代糖替代葡萄糖，當時，人們并未廣泛認識到銨積累可能是一個問題，因此未報告有關銨水平的數據(NR)。事實上，許多早期這樣的方法以及許多目前的方法都減少了乳酸的產生，但增加了銨的產生。當測試用于補料分批培養時，替代糖（例如半乳糖）有時會導致與葡萄糖類似的生長。

   相對低水平的銨，通常在 2到10 mM 之間，可能對細胞生長和生產力以及糖基化產生負面影響，甚至可能對某些重組糖蛋白的生物活性、穩定性和/或免疫原性產生負面影響。銨是動物細胞培養中重要的抑制性代謝物之一。銨的負面影響通常在比乳酸（例如 20–40 mM）低大約十倍（例如 2–4 mM）的濃度下實現 。因此，以氨的少量增加為代價來減少乳酸當然是不可取的。

        將培養基中的葡萄糖控制在低水平——以限制葡萄糖對細胞的供應——已被用于減少乳酸產生超過三十年。這可以通過多種方式實現，例如直接測量和自動或手動反饋控制葡萄糖水平。當葡萄糖而非谷氨酰胺被控制在低水平時，通常會發生葡萄糖攝取和乳酸生成的理想減少，但這通常與谷氨酰胺攝取和銨生成的不良增加密切相關. 因此，為了盡量減少乳酸和銨的產生，可能需要同時控制葡萄糖和谷氨酰胺。

關于生物反應器細胞培養過程中的葡萄糖乳酸含量的測定可以使用Biosen C-Line 乳酸分析儀，該儀器使用外部傳感器系統對葡萄糖和乳酸水平進行樣品測試，根據反應罐內的養分消耗和細胞代謝狀態來適當進行補料。

目前，許多研究人員還嘗試開發代謝工程方法來減少乳酸或銨的產生。總的來說，事實證明，通過基因工程改善代謝表型比 1980 年代最初設想的要困難得多。所以，除了 GS 方法之外，迄今為止，還沒有其他減少乳酸 或氨產量的代謝工程方法在工業中得到廣泛采用。

其實，當前有四種簡單而常用的減少乳酸和銨產量的方法：

(1) 降低培養溫度

(2) 降低培養 pH

         (3) 向培養基補充銅

         (4) 選擇具有乳酸消耗 (LC) 表型的克隆。

         盡管所有這些方法都被普遍采用，但需要注意的是，這些方法均不能普遍減少乳酸和氨的產生。溫度和 pH 變化通常根據具體情況進行優化，可能對細胞生長和/或產品質量 產生負面 或正面 影響。雖然 pH 值下降通常會減少乳酸產量 ， 但它也會導致谷氨酰胺 消耗和銨產量增加 。銅補充劑是一種簡單的方法，但不會減少所有相關細胞系的乳酸產量，并且還會對產品質量產生積極或消極的影響。 選擇具有乳酸消耗 (LC) 表型的克隆本質上并不普遍，因為它需要具有特定生產力、產品質量或其他潛力的克隆可能會由于缺乏 LC 表型而被丟棄。對于某些克隆，LC 表型可能由于未知因素偶爾會丟失，即使在經過驗證的 cGMP 工藝生產商業產品中也是如此。

   LSA 技術 減少工業細胞培養中乳酸和銨產量

     近年來，一種減少生物反應器動物細胞培養中乳酸和銨產量的新方法被提出。這種方法就是LSA 技術，它主要采用乳酸補充培養基等方式來實現。使用該技術，補料分批培養物可生長至每毫升 3500 萬個細胞的活細胞密度。這個數據遠高于行業所公布 的每毫升5-45 百萬個細胞的值。同樣，實現的每毫升 2.73 億個細胞日的 IVCD 值也與行業所公布的每毫升30-2.75 億個細胞日的值相當。

LSA 技術作為一項新興起的技術在細胞培養行業尤其是大規模細胞培養行業、生物制藥行業發揮著重要作用。

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