Stirred 및 Wave 바이오리액터 종류에 따른 Human IgG Rituximab Scale-up 생산특성 비교

Comparison of Human IgG Rituximab Scale-up Production Characteristics Using Stirred-Tank and Wave Bioreactors

본 논문에서는 고효율 리툭시맙(Rituximab) 항체 생산을 위한 최적의 배양 플랫폼을 선정하기 위해, 교반식 바이 오리액터(Stirred Bioreactor)와 파도형 바이오리액터(Wave Bioreactor)를 비교 분석하였다. 리툭시맙을 발현하는CHO-Rit 세포를 두 시스템에서 8일간 배양하며 세포 성장, 생존율, 대사 특성 및 항체 생산성과 회수율을 평가하였 다. Stirred Bioreactor는 빠른 성장 속도를 보여 5일차에 최대 세포 농도 7.8×10 6 cells/mL에 도달했으나, 이후 배지내 영양소 고갈과 대사산물 축적으로 인해 생존율이 급감하고 최종 항체 회수율은 72.1%로 낮았다. 반면, Wave Bioreactor는 최대 세포 농도는 6.5×10 6 cells/mL로 낮았으나, 전단응력 유발요인과 세포 스트레스가 낮아 세포 생존 율과 안정성이 유지되었을 가능성이 있으며, 정제 후 회수율이 95%에 이르렀다. 두 시스템 모두 포도당 고갈과 젖산 축적의 공통적인 대사 한계를 보였으며, 배양 목적에 따라 적절한 플랫폼 선택이 중요하다.

We compared a stirred-tank bioreactor with a wave bioreactor to determine which culture platform is best for highly efficient rituximab production. CHO-Rit cells expressing rituximab were cultivated for eight days in each system, and cell growth, viability, metabolic characteristics, antibody productivity, and recovery rate were evaluated. While the stirred bioreactor exhibited a faster growth rate, reaching a maximum cell density of 7.8×10⁶ cells/mL on day 5, nutrient depletion and metabolite accumulation led to a sharp decline in cell viability, resulting in a lower final antibody recovery rate of 72.1%. In contrast, the wave bioreactor showed a lower maximum cell density (6.5×10⁶ cells/mL) but can be maintained cell stability due to its low-shear environment, achieving a 95% post-purification recovery rate. Both systems were subject to common metabolic limitations, including glucose depletion and lactate accumulation, indicating that platform selection should be optimized according to specific bioprocess objectives.