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iCELLis®生物反应器
用于工艺优化的一次性生物反应器亮点和优点
简化从前培养到终产品的工艺
首款全集成式一次性生物反应器(集灌流、一次性处理、预安装校准探头于一体，无需额外的供氧装置)
工艺开发更快，易于实现
从研发到制造可实现线性放大
与传统搅拌罐相比，高细胞密度固定床生物反应器结构紧凑，可显著增加容积生产率
可大大降低运行成本和资本投入
USD2941(2)
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概述
iCELLis生物反应器是世界上首款全集成式高细胞密度生物反应器，结合一次性技术和固定床系统的优势，简化工艺。系统结构紧凑—，安装启用快速，易于使用，完美展现了新一代一次性生物反应器的优势。
iCELLis生物反应器的技术核心是使用紧凑型固定床并填充定制的载体（macrocarriers）。培养基质采用医疗级涤纶超细纤维，提供达�500�m2 的有效面积（在25升容积内），供细胞生长用。这相当于3,000只细胞培养转瓶（每只1700� cm2）的表面积。iCELLis配有预充装式载体。与使用微载体的标准搅拌罐式生物反应器相比，iCELLis技术大大简化细胞培养过程。它减少了大量的特定而又耗时的手动操作，从而缩短总的工艺时间，并且使细胞培养过程更加可靠。
通过固定床内的生物质繁殖，iCELLis可在很低细胞密度下进行接种。可明显减少前期培养步骤的数量和容积;�接种一个iCELLis500生物反应器（500�m2细胞有效表面积），仅需20只细胞培养滚瓶(1700�cm2)�即可。由于工艺简化，因此手动操作大幅减少，而且相关成本也明显降低。
通过采用内置式磁驱动叶轮，可实现细胞培养液循环均匀分布，从而保证剪切力低、细胞存活力强。细胞培养液自下而上流过固定床。在顶部，细胞培养液形成一层薄膜，从外壁上流下，它在外壁上吸收O2，以保证生物反应器内的高KLa。这种独特的瀑布式传氧作用，加上轻柔搅拌和生物质固定化作用，使得紧凑型iCELLis系统达到并保持高细胞密度—，这与大得多的搅拌罐式生物反应器的生产效率相当。
从细胞培养皿解冻到最终产品的过程简化，是� iCELLis平台的核心。因为细胞固定在固定床上，而且�iCELLis�系统以灌注模式运行，所有在收获细胞时，无需离心力的作用。这种优势进一步简化了下游过程。�
特点与配置
采用集成式混合系统，可实现细胞培养液循环均匀分布，剪切力低
专用载体，特别适合细胞依附培养
采用独特的瀑布式细胞培养液传氧作用，输氧能力强
一次性生物反应器采用USP�Class�VI刚性塑料制成，保证过程的可靠性
2�cm至10�cm的固定床模块化高度，提供多种大小规模的配置
iCELLis生物反应器共有两种形式：
用于可行性研究和小规模生产的iCELLisnano�系统
工业规模化制造（可达500�m2）的iCELLis�500系统
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iCELLis�500生物反应器（500�m2）相当于3,000只细胞培养转瓶（每只1700�cm2）
固定在iCELLis系统载体上的MDCK细胞显微图
iCELLis�500生物反应器内的培养液流量和平均培养液体积(60-70�L)
iCELLis�500生物反应器固定在全一体化托盘上
www.pall.com 3
iCELLis�500生物反应器组成部分
1�探头支架�(T、pH、D.O.)
2�外壳,�顶部有8个孔(5进/3出);�培养液进/出、饲料进/出、NaOH、气体进/出、细胞/病毒
3�-�5�连接泵壳（5）并充装载体（4）的固定床支架。容纳载体（3）的顶部网格
6�-�7�整体式磁驱动叶轮（6）和泵壳护圈（7）
8�-�9�外壳、包括双夹套(9)的底部
过程控制系统
生物反应器
iCELLis�nano 110 20 0.04 1 0.53 0.8
iCELLis�nano 110 40 0.08 1 1.06 1.6
iCELLis�nano� 110 100 0.2 1 2.6 4
iCELLis�500/100 860 20 5 70 66 100
iCELLis�500/200 860 40 10 70 133 200
iCELLis�500/500 860 100 25 70 333 500
表�1小规模和制造规模的iCELLis生物反应器的配置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
设置要求
Bioreactor iCELLis�nano iCELLis�500
功率要求 500�W 3500�W�(2)
电源 100�–�230�VAC� 100�–�230�VAC50-60�Hz 50-60�Hz
1�bar 2�bar
CO2 1�bar 2�bar
N2 1�bar 2�bar
空气 1�bar 2�bar
系统规格
Bioreactor iCELLis�nano iCELLis�500
尺寸（mm）扩展底座 200�x�120�x�200 完全集成的设备
控制器 260�x�300�x�220 1400�x�1700�x�890
灌流 200�x�120�x�200
重量扩展底座 2.5�kg ~�300�kg
控制器 3.5�kg
仪器pH探头 1（传统） 2（一次性）
D.O.�探头 1（传统） 2（一次性）
温度探头 1 2
1�（传统） 1*�(一次性)
泵
控制系统架构 PC-HMI PLC-SCADA
兼容性
生物反应器直径（mm）
固定床高度（mm）
固定床容积（L）
生物反应器容积（L）
表面积（m2）低压实度 高压实度
气体要求O2
生物质探头（一次性）
1用于NaOH�添加）灌注组件（选配）
GAMP�&�21�CFR�Part�11兼容（选配）
5�–�Perf�IN/OUT,NaOH添加、采样和附件
GAMP�&�21�CFRPart�11�兼容
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iCELLis�500生物容器的数据管理
iCELLis� 500生物反应器通过全集成过程控制单元运行，其设计符合GAMP和21�CFR�Part� 11要求。它采用Wonderware研制的SCADA系统�(inTouch)操作，这种系统可为过程控制和数据采集提供最大可用性。细胞培养批次过程中产生的数据和报警以Wonderware安全格式存储在本地硬盘上。系统包括一张附加网络界面卡及一个以太网端口，可将其与用户网络相连，并产生定制的数据历史记录。此外，在遇到意外事件时。通过向预定义用户发送短信或电子邮件，系统还可发出实时报警（选配）。Pall�Life�Sciences�IT专家可支持GMP环境下iCELLis过程控制系统的集成。
性能
iCELLis系统的固定床是优化工艺的完美解决方案，它在保持很小容积的同时，提供了细胞生长的大表面积。在容积只有25升时，iCELLis的细胞生长面积可达500� m2，与多架系统和转瓶的有效表面相比，相当于大幅减小了容积。表2表明，iCELLis500/500�m2系统相当于有10个架的794个细胞培养室和� 5,882细胞培养转瓶（每个转瓶850�cm2）。
设置要求
iCELLis�500软件上的总体概述
iCELLis�500软件上的生物反应器概述
Bioreactor iCELLis�nano iCELLis�500
pH�范围
调节 NaOH/CO2添加 NaOH/CO2添加
D.O.范围 0-100% 0-100%
调节 O2 添加 空气/O2/N2添加
温度范围 15至40�°C� 25至40�°C
调节 Peltier元件 双夹套�–�低温恒温器
速度范围 0-1,500�rpm 0-400�rpm
混合系统
灌注调节
气体流速O2 0-200�mL/min 0-7�L/min
CO2 0-10�mL/min 0-2�L/min
N2 0-50�mL/min 0-1�L/min
空气 0-50�mL/min 0-2�L/min
选配
NA 选配
外盖可重复使用的iCELLis纳米一次性生物反应器的剖视图
探测范围�=�pH�0�–�14
探测范围�=�pH�6�.0–�9.0精度�=�+/–�0.01�@pH�7.0
（整体式）磁驱动叶轮
（整体式）磁驱动叶轮
外部灌灌流注系统（自调节泵出量�-�自动模式和手动模式）
整体式灌流系统（自调节泵出量�-�自动模式和手动模式）
数据记录/趋势分析
可连接外部便携式计算机（选配）
生产顺序模式和报警管理系统
表2iCELLis�500系统内的有效表面积及与多架细胞培养系统（CF）/滚瓶（RB）的比较�
相当于 固定床容积(L) 培养表面积（m2）
iCELLis纳米 0.2 4 6 47固定床高度10�cm
iCELLis�500/500 25 500 794 5,882固定床高度10�cm
除了减小容积外，与传统系统相比，iCELLis系统使用充装式固定床，可显著提高单位生产效率。为了证明iCELLis对细胞密度和生产效率的影响，我们在多条细胞培养线上进行了多次培养（表3）。结果清楚表明，iCELLis系统内部的生长基质是一种很有利的生长环境，这种环境与可控的细胞培养参数一起，可大幅增加生物质的繁殖以及各细胞产生的病毒微粒数量（单位生产效率）。附加实验表明，iCELLis生物反应器需要的适配协议有限，扩展简单容易，适合大多数哺乳类动物细胞培养线。
表3采用iCELLis系统可达到细胞密度和单位生产效率要求（多条哺乳类动物细胞培养线）。与多架细胞培养系统（CF）/转瓶（RB）比较。
细胞培养线 生物产品
Vero无血清 副粘病毒 33.7�x�106 细胞/mL T-Flask 6.37�x�105 71�CF10� 8,750�CF10�5.67�x�104 TCID50 TCID50� 527�RB 64,625�RB
A549 rAAV 9�x�104 细胞/cm2 CS5,�3�x�106 5�x�108 10�CF10 1,250�CF10�vg/cm2 vg/cm2 75�RB 9,375�RB
HEK293 CGTC102 1.68�x�105 细胞/cm2 Hyperflask 3.8�x�109 TCID50 35�CF102 4,413�CF10�7�x�108 TCID50� 63�RB 32,946�R
CEF�无血清 30至100细胞/mL 3.48�x�106 PFU 5�CF10� 625�CF1038�RB 4,750�RB
MDBK BHV 60细胞/mL 2.17�x�106 16�CF10� 2,000�CF10TCID50 120�RB 15,000�RB
VERO无血清 流感 28细胞/mL 3.75�x�105 15�CF10 1,875�CF10TCID50 110�RB 13,750�RB
VERO 未公开 未公开 10�CF10 1,238�CF10
VERO无血清 未公开 未公开 6�CF10 794�CF10
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畴下的商标。Filtration. Separation. Solution. 是�Pall�公司的服务标志。�
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相当于CF10（6,300�cm2）
相当于RB�（850�cm2）
iCELLis生物容器中的细胞密度
特定生产率（/cm2）控制 iCELLis
相当于CF/RB纳米�4�m2
相当于CF/RB�500/500（500�m2）
MVA病毒（非裂解性感染）
未公开的人体疫苗未公开的人体疫苗
75至150�cell/mL（最大）75至150�cell/mL（最大）
