Клетки млекопитающих десятилетиями использовались в качестве носителей для производства терапевтических белков. Терапевтические белки широко используются в диагностике и лечении заболеваний, образуя огромный рынок. В 2018 году мировой биофармацевтический рынок оценивался в 237,2 миллиарда долларов США, и ожидается, что к 2024 году он достигнет 389 миллиардов долларов США, а среднегодовой темп роста составит 8,59% в течение прогнозируемого периода 2019-2024 годов. В период с 2006 по 2010 год около 55% биофармацевтических препаратов было экспрессировано в клетках млекопитающих, а в период с 2010 по 2014 год 60% рекомбинантных терапевтических белков также экспрессировалось в клетках млекопитающих. Среди них наибольшее количество препаратов на основе моноклональных антител, а размер глобального рынка моноклональных антител достиг около 164 миллиардов долларов США в 2019 году, что составляет более 50% мировых биологических продуктов, что делает его крупнейшей подотраслью в мировых биологических продуктах. промышленность. Таким образом, растущий спрос на белковые продукты, полученные из клеток млекопитающих, сделал исследование и разработку крупномасштабной технологии культивирования клеток животных важной задачей в области биофармацевтики.
1.Оптимизация и масштабирование процесса культивирования клеток на основе многомасштабного корреляционного анализа параметров.
За последние 20 лет в биопроизводственной отрасли произошло множество улучшений в управлении процессами. Биореактор с перемешиванием в основном управляется компьютером и оснащен онлайн-датчиками, такими как pH-электрод, электрод растворенного кислорода, спектрометр хвостовых газов и датчик живых клеток, для сбора различных параметров, таких как объем жизнеспособных клеток, концентрация внеклеточных метаболитов, таких как как глюкоза, молочная кислота, аммиак и глутамин. С ростом зрелости технологии управления процессами PAT сочетание онлайн-датчиков с системной моделью физиологического состояния клеток и внедрением технологии омикс за счет создания методов обработки технологических данных, классификации и углубленного анализа данных могут обеспечить управляемое управление процессами на основе данных и обеспечить качество продукции. После многих лет исследований Чжан Силян и др. предложил набор теорий, основанных на многомасштабном корреляционном анализе параметров генов, клеток и реакторов. Сложные биологические процессы в биореакторах разделены на генный, клеточный и биореакторный масштабы, и между различными масштабами существуют потоки информации, материальные потоки и потоки энергии. Изучая нелинейную связь между ними и влияние на всю систему, мы можем выяснить, как решить задачу оптимизации процесса масштабирования.
Корреляционный анализ параметров относится к корреляционной связи между параметрами окружающей среды и физиологическими параметрами, параметрами состояния и параметрами процесса, прямыми и косвенными параметрами, онлайн-параметрами и автономными параметрами в биологических процессах. Выполнение многомасштабного корреляционного анализа параметров включает в себя несколько важных шагов:
1) Упростите систему, соберите переменные в процессе культуры с помощью системы сбора данных, а затем проведите исследования на основе данных для анализа взаимосвязи между различными параметрами и наблюдения за ними в разных масштабах. Эти шаги представляют собой многомасштабный подход, позволяющий проводить анализ клеточного метаболизма и исследования, ориентированные на контроль. Таким образом, можно видеть, что онлайн-мониторинг биологических процессов и получение большого количества онлайн-параметров является важным шагом для достижения многомасштабного корреляционного анализа. Однако эти параметры имеют дискретные, сложные и нелинейные характеристики, главным образом из-за сложного клеточного метаболизма и комбинированного влияния реакций на окружающую среду. Некоторые тонкие различия, сопровождающие ход биологических процессов, могут привести к большим различиям в результатах, показывая нестабильность системы. Следовательно, необходим переход от макроскопического физиологического метаболизма (корреляция между параметрами в разных масштабах) к микрофизиологическому метаболизму (геном, транскриптом, протеом, метаболом), чтобы лучше оптимизировать и усиливать биологические процессы.
2) За счет корреляции между физиологическими и метаболическими характеристиками клеток и характеристиками поля потока биореакторов можно дополнительно реализовать оптимизацию и усиление биологических процессов. Масштабирование биологических процессов заключается в переходе от биореакторов лабораторного масштаба к биореакторам большого размера и воспроизведении оптимального физиологического состояния клеток. Таким образом, достижение изменений в ключевых параметрах маломасштабных реакторов может повысить вероятность успеха масштабирования процесса. В этом процессе необходимо изучить характеристики поля потока биореактора.
2. Интеллектуальное производство крупномасштабного процесса культивирования клеток.
В крупномасштабной культуре клеток животных процесс биологической реакции живых клеток имеет сложные физиологические и метаболические свойства, поэтому важно проводить многомасштабный корреляционный анализ параметров процессов культивирования клеток в биореакторах. Однако в эпоху больших данных все еще существуют некоторые ограничения на применение этой теории. В реальном производственном процессе чрезвычайно сложно обрабатывать массивные данные, генерируемые в ходе анализа многомасштабных параметров клеток, и различные данные датчиков, полученные в процессе реакции, а поиск ключевые причинно-следственные связи в этих данных и предложить соответствующие стратегии оптимизации процессов. Поэтому необходимо применять машинное обучение для анализа и принятия решений на основе больших данных биопроцессов.
В условиях крупномасштабного и разнообразного культивирования линий животных клеток интеллектуальный контроль над процессом культивирования может быть реализован путем разработки различных новых реакторов для клеток животных и разработки персонализированных и параллельных стратегий культивирования. Биореактор в сочетании с онлайн-датчиками, особенно спектральными датчиками, такими как онлайн-анализаторы комбинационного рассеяния света, онлайн-анализаторы среднего инфракрасного диапазона, онлайн-флуоресцентные анализаторы и т. д., постепенно применяются для анализа промышленных процессов. При реализации многомасштабной оптимизации биопроцессов большой объем данных будет генерироваться с помощью онлайн-спектроскопии комбинационного рассеяния света, онлайн-флуоресцентной спектроскопии и онлайн-спектроскопии среднего инфракрасного диапазона, особенно онлайн-данные содержат большое количество информации, связанной с процессом, и в В будущем литературные данные и данные омики можно будет использовать для формирования карты знаний, а с помощью машинного глубокого обучения можно будет управлять процессом культивирования клеток. В 2018 году было успешно разработано «оборудование для автоматической индукции культуры стволовых клеток», которое впервые реализовало автоматическую индукцию клеток, оцениваемую с помощью алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта, а также установило технологию оборудования для культивирования клеток, микроскопического онлайн-наблюдения, пипетирования и обмен жидкости, идентификация алгоритма, отбор клонов и контроль оборудования, а также реализованы функции автоматической индукции культуры, размножения, визуализации и последующей дифференцировки индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, при этом снижая стоимость производства стволовых клеток. Высокое качество подготовки клеток закладывает основа для производства крупномасштабных биопрепаратов.
Наступила эра больших данных, и интеллектуальное биопроизводство на основе больших данных соответствует тенденции развития индустрии биопроизводства, а благодаря постоянному развитию технологий биосенсорства можно получать все больше и больше данных о биопроцессах. Благодаря обработке искусственного интеллекта на основе данных можно извлечь взаимосвязь между информационными потоками разного масштаба, чтобы достичь по-настоящему интеллектуального биопроизводства.
О БайЛун Биотехнологическая Компания, ООО:
БайЛун Biotechnology Co., Ltd. является ведущим поставщиком и ведущим поставщиком технических услуг, специализирующимся на поставке комплексных биореакторных систем и передовых решений по управлению. Наша обширная линейка продукции включает в себя широкий спектр предложений: от биореакторов (ферментаторов) до биореакторов на животных клетках, биологических шейкеров и систем управления, специально разработанных для биотехнологических процессов. Имея емкость от 0,1 л до 1000 л, мы стремимся способствовать росту китайской биореакторной промышленности в глобальном масштабе.
В БайЛун, мы можем похвастаться опытной командой инженеров, обладающих глубокими знаниями в области процессов ферментации, биохимического оборудования и химических технологий. Более того, мы активно привлекаем всемирно известных экспертов и ученых в качестве технических консультантов, обеспечивая надежную технологическую основу нашей продукции. Центральное место в нашем духе занимает неустанное стремление к инновациям в продукции и технологическому лидерству, и все это направлено на обеспечение максимальной удовлетворенности клиентов. Мы считаем себя ответственными за приоритетность преимуществ для клиентов, воплощая это обязательство в качестве краеугольного камня основных ценностей компании Bailun.
Наш разнообразный портфель продуктов тщательно разработан для удовлетворения разнообразных потребностей наших клиентов. С самого начала мы придерживались принципов приоритета качества, клиентоориентированности и честности операций. Наша непоколебимая приверженность удовлетворению растущих потребностей наших клиентов двигает нас вперед. Принимая волну экономической глобализации, мы искренне приглашаем к сотрудничеству предприятия по всему миру, стремясь к взаимному процветанию и успеху.
Дух БайЛун воплощает в себе приверженность клиентоориентированности, стремление к совершенству в области качества, приверженность справедливости и порядочности, а также непоколебимое стремление к постоянному совершенствованию и инновациям.
Связаться с нами:
Добавить: 6848# Liuxiang Rd., Цзядин, Шанхай, Китай
Контактное лицо: Мэдди
Электронная почта: [email protected]
Телефон:+86-134-7276-8163 (WhatsApp)
Веб-сайт: https://fermentorchina.com/
Русский 
English 
简体中文 
Español