利用高通量自动微型生物反应器优化中国仓鼠卵巢细胞培养工艺

在本视频中，用户将学习如何使用微型生物反应器软件进行实验设计（DOE）的规划与执行。同时演示了分析仪辅助阀门的使用，以优化工艺条件。模式识别（modet）功能已正式集成到自动化的微型生物反应器软件中，用于数据分析。

可在小规模下同时规划并开展大量实验。演示该实验操作的是我实验室的博士生 Tamanna Nagraik。首先按照文本方案中所述，在主培养中进行预培养操作。

要创建新实验，请打开Amber自培养软件，在介绍选项卡中点击“创建新实验”。在新实验选项卡中，输入实验名称以及计划进行实验的日期。激活培养容器中培养站的检查点。

自动添加实验设计（DOE）标签也将在DOE实验编程期间激活，以实现顺畅过渡。点击“next”以切换到下一个选项卡。要设置有关将培养基以及消泡剂、接种物、补料和葡萄糖加入容器的信息，请激活“add media plate”检查点。

定义含有培养基的平板的类型、名称及位置。点击“将培养基添加至容器”。输入将要加入容器的培养基体积。

定义将培养基从培养板转移至容器的映射关系。单击“下一步”以切换到下一个选项卡。在将培养基信息输入软件后，设定培养条件。

点击条件培养基，填写温度、目标溶氧量、pH 上限值和搅拌转速。然后点击“提高搅拌”或“降低搅拌”。要设置将接种物加入容器中，请激活添加细胞板。

定义培养基所在培养板的类型、名称及位置。点击“向容器中添加细胞”按钮。输入接种时间以及将要添加到容器中的培养基体积。

定义液体处理装置将细胞从培养板转移至容器的运行路径。单击“下一步”以切换到下一个选项卡。若需设置补料、葡萄糖和消泡剂的添加，请激活补料板，然后定义板的类型、名称和位置。

单击“向反应容器添加补料”，输入需添加至容器中的补料体积。根据培养条件，设置补料添加次数。本培养过程中，反应器在培养72小时后，每隔24小时进行一次补料。

通过将数据输入“添加细胞后的延迟时间”来手动设置给药间隔时间。首次给药在接种后72小时进行，下一次在接种后96小时，依此类推。定义将培养基从培养板转移至反应容器的对应关系。

在培养过程中设置取样时，激活“添加样品板”并定义板的类型、名称和位置。勾选“从容器中取样”，并输入从容器中移除的样品体积。确保在整个培养过程中，容器内液体体积不低于10毫升。

添加在培养过程中需要采集的样品数量。与加料类似，为每个采样点输入样品从反应器中移除的时间。保存该流程。

现在可以执行了。最后，定义将样品从容器转移至板的映射关系。打开 Amber 15 DOE 软件。

单击“investigation”并选择“new”。在“create investigation”对话框中输入新的DOE实验的名称。为了将实验分配给该DOE实验，请打开为研究不同参数而创建的实验方案。

单击“浏览”，然后选择相应的实验。容器标签已在此列中列出。要定义所需的实验设计（DOE）因子，请选择参数，然后单击标有“DOE因子”的列。

选择“新建”，并添加因素的单位、缩写，以及上下限。在“响应”选项卡中，定义用于数据分析的取值。单击“编辑实验设计响应”，并定义响应的名称、缩写、单位，以及最小和最大限值。

定义响应后，为每个响应选择相应的琥珀色变量并进行定义。响应可自动关联至微生物生物反应器变量。从下拉列表中选择所需的变量。

根据需求更改每个响应的方程。可选择的数据类型包括最小值、最大值、首个值、末尾值和平均值。要创建设计，请使用“开始设计向导”来选择实验设计类型，并添加或删除重复次数和中心点数量。

选择目标，这将决定设计和模型的选择。完成并创建工作包，这些工作包可按照文本方案中所述导入Amber自培养软件。在实验标签页中，点击创建DOE实验，然后浏览并选择使用DOE软件创建的工作包。

通过点击“开始”来启动流程。实验执行完成后，使用“导出DOE结果”功能导出数据。“导出DOE结果”窗口将打开，表中会列出指示培养容器和工作站的行。

选择所需的行，然后单击“导出所选行”或“导出实验数据”以保存所有结果，并将文件存储用于进一步分析。通过切换到“结果”选项卡并选择导入结果，将数据导入Amber DOE模块。浏览所需的数据文件，然后单击分析结果。

在自动微生物生物反应器中的细胞生长情况与可重复使用生物反应器相当。通过比较三种不同规模下的细胞浓度，发现15毫升自动微生物生物反应器能够模拟2升玻璃生物反应器的培养效果。同时，还将摇瓶的结果进行对比，以展示Amber系统的优势。

在自动微生物生物反应器中研究了不同搅拌速度和pH的影响。图中显示了不同微生物生物反应器中活细胞浓度（VCC）和单克隆抗体浓度的比较。可以看出，pH 6.9对VCC具有负面影响。

此外，在 pH 7.3 条件下培养时，细胞生长情况相比 pH 7.1 条件下显著改善。图中显示的是活细胞密度（VCC）和单克隆抗体浓度的响应等高线图。在相同 pH 条件下、不同搅拌速度的反应器中，各项数值具有可比性，表明该工艺所采用的搅拌速度对工艺输出无显著影响。

提供给仪器的每一条指令都必须仔细编写，以避免实验执行过程中出现错误。该软件具有灵活性，可同时运行多个实验，从而减少优化工艺所需的时间。实验设计在生物工艺领域具有重要应用价值，其实验结果可提供基于知识的工艺理解，这种理解在一定程度上可推广至其他生物体。