抗体作为临床应用最广泛的治疗性蛋白药物,主要是通过CHO(Chinese Hamster Ovary)细胞培养来表达生产。与前一代的生物技术产品如细胞因子类药物相比,抗体类生物药的主要特点是临床用药剂量大,因此需要大规模工业化生产来满足市场需求,而CHO细胞培养的工艺优化和规模放大具有较大挑战性。提高细胞培养工艺表达量,扩大细胞培养生产规模,保证表达抗体质量稳定成为目前国内抗体产业界在抗体类蛋白药物规模生产过程中亟待解决的问题。本文围绕着以上问题,系统研究了CHO细胞的流加培养小试工艺优化,中试和产业化规模工艺放大,并探索性开发了基于切向流换液(ATF)技术的浓缩灌流工艺,以进一步提升我国抗体类药物规模产能。首先考察了培养基中金属离子的浓度对抗体质量的影响,培养基中将铜离子浓度从1000 nM降低到500 nM时,抗体产物MAb A的生产细胞可以维持1.2×107 vc/mL密度的生长,抗体产量保持不变,电荷异构体中碱性异构体的比例明显降低。说明铜离子作为多种酶的辅因子,除了维持细胞生长代谢,还会对C-端脯氨酸酰胺化产生影响。在搅拌式反应器培养抗体MAb A生产细胞时,将溶氧从60%降低至20%,细胞生长及抗体产量没有明显变化,抗体N-糖基化中G0F 比例明显升高,G1F 比例明显降低,说明溶氧水平对半乳糖糖基化有明显影响。另一方面延长培养时间观察到抗体酸性异构体比例明显上升,主要原因是培养液环境中自由基和氧化还原作用对抗体理化性质的稳定性存在一定影响。随后基于机械搅拌鼓泡式反应器内气-液传质理论,开发了一套动物细胞反应器传质模型。此模型结合了反应器传质属性和细胞培养代谢参数对细胞在大规模反应器培养过程中的氧气需求和二氧化碳累积水平做出了预测。在此模型的指导下,MAb A细胞培养工艺从2L实验室规模一次性放大到了1500L产业化规模,最终细胞生长、抗体产量和抗体质量在小试规模和商业化生产规模之间保持了一致。针对传统CHO细胞流加培养条件下由于细胞代谢废物积累造成抗体产量难以进一步大幅提高的问题,我们开发了基于切向流过滤换液ATF系统的CHO细胞浓缩灌流培养工艺。在浓缩灌流培养工艺的优化过程中,培养液中游离氨基酸浓度的检测起了很重要的作用,为灌流培养基配方的优化及灌流速率的调整提供了依据。最终通过浓缩灌流培养工艺,MAb A细胞生长密度提高了7.5倍,抗体产量提高了7.7倍。