用于细胞培养物持续释放的组合物和方法与流程

文档序号:12281904阅读:1168来源:国知局
本文中提及的任何公开物或专利文件的完整公开内容通过引用纳入本文。背景本发明涉及用于在体外或离体细胞培养应用中递送,例如,营养物质、维生素、生长分子等物质的持续释放系统。概述本发明提供系统,包括组合物和使用方法,用于活力维持物(sustenant)向细胞培养基中受控或持续的释放,例如,以批式或连续模式操作。附图的简要说明在本发明的实施方式中:图1A和1B分别显示:说明并描述缓释营养片剂的现有技术示意图(图1A),和说明制备公开的持续释放剂量的方法的示意图(图1B)。图2显示从不同重量的未经被覆的核心片剂(对照)向细胞培养基中释放葡萄糖。图3显示从原始片剂重量(对照)释放的葡萄糖的依赖性。图4显示被覆有三种不同厚度的乙基纤维素外层的葡萄糖片剂的葡萄糖释放动力学。图5显示批式培养中,在公开的受控或可持续释放片剂的存在或不存在的情况下的细胞活力。图6A和6B分别显示,常规培养物和补充有葡萄糖释放片剂的培养物对比葡萄糖游离对照的综合活细胞计数(M/mL)。图7显示活力维持物,Ala-Glu二肽,从具有不同覆层厚度的片剂释放的释放曲线。图8显示,在所述的持续释放片剂的存在下,细胞培养蛋白质效价显著提高,其中,所述持续释放片剂包含葡萄糖或葡萄糖和Ala-Glu的混合物。图9显示,所述控释或持续释放组合物能够在生理学相关的浓度范围内递送线性酪氨酸释放曲线持续10天。发明详述下面参考附图(如果有的话)对本发明的各种实施方式进行详细描述。参考各种实施方式不限制本发明的范围,本发明的范围仅受所附权利要求书的范围限制。此外,在本说明书中列出的任何实施例都不是限制性的,且仅列出要求保护的本发明的诸多可能的实施方式中的一些实施方式。在实施方式中,本文所述的组合物,和本文所述的制备和采用所述组合物的方法,提供了一个或多个有利特征或方面,包括例如下文所述的特征和方面。在任何权利要求中列出的特征或方面通常可应用于本发明的所有方面。在任一项权利要求中所述的任何单个或多个特征或方面可以结合任一项或多项其它权利要求中所述的任何其它特征或方面或与任一项或多项其它权利要求中所述的任何其它特征或方面置换。定义“成分”指具有化学或生物学来源的任何化合物或组分,其可用于本文所述的持续释放制剂,该制剂随后与细胞培养物和培养基接触,以维持或促进细胞的生长或增殖,或生物活性物质的细胞产量。“组分”、“营养物质”、“活力维持物”或“成分”可以互换使用并且均指此类化合物。可用于细胞培养基的成分可包括,例如,氨基酸、盐、金属、糖、脂质、核酸、激素、维生素、脂肪酸、蛋白质等物质,或其组合。可促进或维持细胞的体外(例如,在玻璃、塑料等中)或离体(例如,在多细胞生物体外部或离开多细胞生物体的细胞或组织)培养的其它成分可由本领域技术人员根据具体需要做出选择。"半衰期"用于指其中,保持在剂型内的一定量的所述成分或活力维持物(例如葡萄糖)减少一半(虽然没有指数性减少)的任何时间段。“包括”、“包含”或类似术语意为包括但不限于,即内含而非排它。用来描述本发明实施方式的修饰例如组合物中成分的量、浓度、体积、过程温度、过程时间、产量、流速、压力、粘度等数值及它们的范围或者组件尺寸等数值及它们的范围的“约”是指数量的变化,可发生在例如:制备材料、组合物、复合物、浓缩物、组件零件、制品或应用制剂的典型测定和处理步骤中;这些步骤中的无意误差;制造、来源或用来实施所述方法的原料或成分的纯度方面的差异中;以及类似的考虑因素中。术语“约”还包括由于组合物或制剂的老化而与特定的初始浓度或混合物不同的量,以及由于混合或加工组合物或制剂而与特定的初始浓度或混合物不同的量。“任选的”或“任选地”表示随后描述的事件或情形可能发生,也可能不发生,而且该描述包括事件或情形发生的实例和事件或情形不发生的实例。实施方式中,“基本由……组成”可以指,例如:离体细胞培养持续释放组合物,包含:活力维持物,其量为60-96重量%;乙基纤维素或乙酸纤维素粘合剂,其量为1-20重量%;和乙基纤维素包封剂被覆物,其量为5-20重量%,以所述组合物的总量为100重量%计;和一种用于向水性培养基中的离体细胞培养物可持续地提供活力维持物的方法,包括,使所述细胞培养物与本文所述的持续释放组合物接触。所述组合物,和制备和使用本发明的组合物的方法可包括权利要求书中所列的组分或步骤,加上实质上不影响所述组合物的基本和新性质,或实质上不影响制备和使用所述组合物的方法的其它组分或步骤,例如,具体仪器或容器构造、具体添加剂或成分、具体试剂、具体结构的材料或组分、具体孵育或培养条件,等结构、材料或可变选择的工艺。除非另有说明,否则,本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种),或者一(个/种)或多(个/种)。可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如,表示小时的“h”或“hrs”,表示克的“g”或“gm”,表示毫升的“mL”,表示室温的“rt”,表示纳米的“nm”以及类似缩写)。在组合物、成分、添加剂、尺寸、条件和类似方面公开的具体和优选的数值及其范围仅用于说明,它们不排除其他限定数值或限定范围内的其他数值。本发明的组合物和方法可包括本文所描述的任何数值或数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合,包括显义或隐义的中间值和中间范围。在批式工艺中,葡萄糖是生长限制性营养物质源,其对于细胞培养物的积分活细胞密度(IVCD)具有直接影响。在培养基中的葡萄糖低起始浓度下,培养物在批式工艺的早期阶段变得缺乏营养物质,因而产出低IVCD。在批式培养的领域中,希望保持葡萄糖的有效浓度持续延长的时程。实现该目标的一种方法是采用过量葡萄糖起始培养,从而即便其被代谢,也仍能余留足够的量来保持有效浓度。在该保持大量过量的葡萄糖的方法中,在批式培养的早期阶段,常导致细胞葡萄糖利用效率的显著下降,这进而造成乳酸盐或酯浓度的增加和pH降低到理想范围之下。此类变化导致IVCD下降。持续的、长期营养物质递送系统基于初级渗透泵原理的修改(参见Santus,G.,配方筛选和初级渗透系统的优化(FormulationScreeningandoptimizationofelementaryosmoticsystem),J.Controlrel.,1995;35:1l),其最初开发于1975年。所述渗透泵由单一层状的片剂核心组成,所述片剂核心包含水可溶性营养物质,其含或不含其它渗透剂。半渗透的膜由聚合物覆层组成,其包围所述片剂核心。所述聚合物覆层膜对于水和营养物质是半渗透的,并且还是刚性的,且能够在营养物质释放过程中维持结构完整性。所述膜可透过水流进入所述片剂,并且另一侧允许可溶性营养物质透过,从所述片剂流出。将所述系统引入细胞培养物时,来自培养基的水可被连续地吸附通过所述膜进入所述核心,并且溶解具有渗透活性的营养物质。由此产生渗透压梯度,该梯度下,营养物质溶质在一段延长的时程上被连续泵出通过所述膜。该过程以恒定速率持续,直至所述片剂核心的全部内含物被溶解,且外部环境和内部核心之间的渗透压达到平衡。所述渗透可由Kedem-Katchalsky等式描述(参见Friedman,M.H.,《生物学输送原理与模式》(PrinciplesandModelsofBiologicalTransport),柏林的施普林格出版社(Springer),1986,第5章,第105-133页;第8章,第201-205页):Js=CJv(1-σ)+ωΔΠ其中,C是溶质浓度,Jv是总体积流,σ是膜反射系数,ω是膜对溶质的透过性,而ΔΠ是渗透压差。因为片剂可具有不同表面积(A)或膜可具有不同厚度(h),便于将这些参数导入所述等式。因为流体静压相对于渗透压而言可忽略不计,释放速率(Q)可由如下等式计算(参见Lindstedt等,从用多孔和非多孔乙基纤维素被覆的KCl片剂的渗透泵送(OsmoticpumpingfromKCltabletscoatedwithporousandnon-porousethylcellulose),Int.J.ofPharm.,1991;67:21-27):其中,Lp是膜的水力透过性,Ds是扩散释放,σ指示水进入片剂和溶质流出片剂的透过性之比,而ΔΠ是如上定义的渗透压差。渗透系数(Lp)确定释放速率和σ。对于基于纤维素的材料而言,释放速率和σ均可通过,例如,致孔剂的添加而改变。在实施方式中,任选的致孔剂添加剂可完全从片剂制剂中省去,以减缓活力维持物的释放速率,从而该片剂制剂将适用于某些细胞培养持续释放营养物质或进料应用。在实施方式中,本发明提供一种离体细胞培养持续释放组合物,包含:混合物,其包含:活力维持物;和粘合剂;以及包封剂被覆,其包封本文定义的混合物。在实施方式中,本发明提供一种离体细胞培养持续释放组合物,包含:混合物,其包含:活力维持物,其量为60-96重量%;粘合剂,例如乙基纤维素、乙酸纤维素,或其组合,其量为1-20重量%;和不可生物降解的(即,在细胞培养过程中不具有或具有极缓慢的包封剂生物降解性,例如,在15-20天后无生物降解)和水不溶性的包封剂被覆,例如乙基纤维素,其量为1-20重量%,包括中间值和范围,以包封所述混合物的总组合物为100重量%计。在实施方式中,所述组合物可以是任何合适的剂型,例如,片剂、团块、粉末、微包封的颗粒等形式或其组合中的至少一种。在实施方式中,所述活力维持物可具有至少一些水溶解度,例如,水中0.01-10重量%的活力维持物,并且可包含至少一种活力维持成分,其选自,例如,如下至少一种:营养物质、蛋白质、维生素、生长因子、性能增强型分子、抑制剂、氨基酸、金属离子、有机酸、还原剂、螯合剂、抗氧化剂等实体,或其组合。在实施方式中,所述活力维持物可选自如下至少一种:糖、氨基酸源,或其混合物。在实施方式中,所述活力维持物可选自如下至少一种:葡萄糖、酪氨酸、Ala-Glu二肽,或其混合物。在实施方式中,所述活力维持物可以是糖。在实施方式中,所述活力维持物可以是葡萄糖,或类似的化合物,及其组合。在实施方式中,所述粘合剂和所述包封剂可以是,例如,相同或不同的化合物。在实施方式中,当所选化合物相同时,其结构和性质可以相同或不同,例如,具有相同或不同的分子量,相同或不同的水溶解度,相同或不同的乙氧基化程度等。在实施方式中,所述粘合剂可以是,例如,乙基纤维素,并且所述包封剂可以是,例如,乙基纤维素。在实施方式中,所述包封剂可以是,例如,可生物降解且水不溶性的。在实施方式中,所述包封剂可以是,例如,水不溶性和水可溶性包封剂化合物的混合物。在实施方式中,所述包封剂还可包含,例如,在100重量%的包封剂被覆物中再添加0.001-10重量%的造孔剂。在实施方式中,所述包封剂还可包含,例如,在不可生物降解且水不溶性的包封剂被覆物中再添加的0.001-10重量%的造孔剂,所述造孔剂重量%基于100重量%的包封剂被覆物的再添加。本发明的实例证明了,例如,甲苯/乙醇80:20中的,具有48数量%乙氧基基团、粘度22cp的乙基纤维素。具有,例如,43-50%的乙氧基取代的乙基纤维素产品是市售可得的。用于羟基取代的乙氧基程度可影响所述包封薄膜的水透过性和机械性质。乙酸纤维素,例如,具有Mw50,000,可用作粘合剂。在实施方式中,所述乙基纤维素粘合剂,所述乙基纤维素包封剂,或两者,不是化学交联的。在实施方式中,所述粘合剂,例如乙基纤维素,还可包括任选的塑化剂。在实施方式中,所述持续释放组合物不含水凝胶。在实施方式中,所述持续释放组合物的释放半衰期可以是,例如,约1-约20天、约1-约15天、约1-约12天、约1-约10天、约1-约5天,包括中间值和范围。在实施方式中,本发明提供用于向水性培养基中的离体细胞培养物可持续地提供活力维持物的方法,其包括:使水性培养基中的细胞培养物与本文所述的持续释放组合物接触。或者,在实施方式中,本发明提供使用本文所述的持续释放组合物的方法,其包括:使水性培养基中的细胞培养物与本文所述的持续释放组合物接触。在实施方式中,所述离体细胞培养包含悬浮细胞、贴壁细胞、共培养的细胞,或其组合。在实施方式中,所述细胞培养包含哺乳动物悬浮细胞。在实施方式中,所述接触包括,添加固体剂型的所述持续释放组合物至所述细胞培养物。在实施方式中,所述细胞培养物包含贴壁的哺乳动物细胞,其在采用支架的悬浮物中生长。在实施方式中,所述支架可以是,例如,微载体。在实施方式中,所述离体细胞培养物包含贴壁的哺乳动物细胞,其在三维支架中生长。在实施方式中,所述三维支架可以是,例如,如下至少一种:凝胶基质、纳米纤维,等材料,或其组合。在实施方式中,所述细胞培养物与所述持续释放组合物的接触可通过如下方式进行,例如,通过向所述细胞培养物添加所述持续释放组合物,其中,所述持续释放组合物以0.001-5重量%的量存在,包括中间值和范围,以接触的细胞培养物的重量计,例如,仅培养基或培养基与细胞的组合。在实施方式中,所述细胞培养物与持续释放组合物的接触可如下进行,例如,从起始细胞接种(t=0)的时间至1天、2天、5天、10天、15天、20天,或更多,等时程,包括中间值和范围。在实施方式中,所述持续释放组分可以在培养过程中的不同时间点引入所述细胞培养系统。引入时间和间隔可以是,例如,从接种(t=0)至1天、2天、5天、10天、15天、20天,或更长时间,等时程,包括中间值和范围。所述引入的时间可取决于,例如,具体细胞培养物的代谢概况,和所选的具体组合物与释放系统的设计。一般而言,本文所述的释放系统可用于弥补或防止可能会出现的细胞培养基的任何缺陷或失衡,且该不足可以是由代谢概况来鉴定。在实施方式中,所述活力维持物可以是,例如,葡萄糖,且可以将所述葡萄糖,例如,以0.1-5克/升(g/L)的量,在一定时间内,例如,1小时-360小时、1小时-240小时、1小时-120小时,包括中间值和范围,递送至细胞培养物中的细胞。在实施方式中,本发明提供制备上述持续释放组合物的方法,所述方法包括:形成液体混合物,其包括粘合剂(例如,乙基纤维素)、活力维持物(例如,葡萄糖)、非水性溶剂(例如,二噁烷),和任选的塑化剂(例如,癸二酸二烷基酯),例如,将包含粘合剂(例如,乙基纤维素)、任选塑化剂,和非水性溶剂的溶液与活力维持物(例如,葡萄糖)、粘合剂(例如,乙基纤维素),和非水性溶剂的混合物合并;将所述液体混合物浓缩成固体形式;任选地,将所述固体形式压缩或压制成压缩剂型;和用包封剂(例如,乙基纤维素)被覆所述固体形式,所述被覆物的厚度或重量以相对于所述固体形式的重量的相对重量增加来检测,例如,0.1-20重量%、1-18重量%、5-15重量%,等厚度或重量,包括中间值和范围。在实施方式中,本发明提供用于细胞培养的方法,或者,使用本文所述的持续释放制剂的方法,包括,例如:使离体细胞培养物和本文所述的持续释放形式中的至少一种接触,例如向悬浮细胞培养物添加持续释放葡萄糖片剂。在实施方式中,可使1-约100枚片剂或更多接触或添加至所述细胞培养基、活细胞培养物,或其组合,例如,1-5枚片剂加入1-10升细胞培养基。在实施方式中,本发明提供在,例如,离体细胞培养应用中的活力支持(sustenance)或营养物质递送的方法。所述营养物质从持续释放递送组合物或系统分散,该组合物以相对较低的速率释放所述营养物质,例如,0.1-5g/L/天的释放速率,持续一段延长的时间,例如,持续1-15天或更久的时程。在实施方式中,本发明提供持续释放制剂,其中,所述聚合物或粘合剂不形成水凝胶或表现成水凝胶形式。在实施方式中,可使所述持续释放制剂与细胞培养物在基础培养基中接触。基础培养基细胞培养基可以是,例如,基于水性的,并且可在(例如,去离子的蒸馏水的)溶液中包含多种成分,以形成“基础培养基”。任何基础培养基均可用于本发明方法。所述基础培养基可包括,例如,一种或多种如下成分:氨基酸、维生素、有机盐、无机盐、微量元素、缓冲盐,和糖。优选地,所述基础培养基可包括,例如,一种或多种氨基酸、一种或多种维生素、一种或多种无机盐、硫酸腺嘌呤、ATP、一种或多种微量元素、脱氧核糖、乙醇胺、D-葡萄糖、谷胱甘肽、N-[2-羟乙基]-哌嗪-N′-[2-乙磺酸](HEPES),或一种或多种其它两性离子缓冲剂、次黄嘌呤、亚油酸、类脂酸、胰岛素、酚红、磷酸乙醇胺、腐胺、丙酮酸钠、胸苷、尿嘧啶,和黄嘌呤。这些成分是市售可得的。可包含在本发明的培养基中的氨基酸成分可包括,例如,L-丙氨酸、L-精氨酸、L-天冬酰胺、L-天冬氨酸、L-胱氨酸、L-半胱氨酸、L-谷氨酸、L-谷氨酰胺、甘氨酸;L-组氨酸、L-异亮氨酸、L-亮氨酸、L-赖氨酸、L-蛋氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸、L-色氨酸、L-酪氨酸,和L-缬氨酸。可包含在本发明的培养基中的维生素成分可包括,例如,抗坏血酸镁盐、生物素、氯化胆碱;D-Ca++泛酸盐、叶酸、i-肌醇、甲萘醌、烟酰胺、烟酸、对氨基苯甲酸(PABA)、吡哆醛、吡哆醇、核黄素、硫胺素-HCl、维生素A乙酸盐、维生素B12和维生素D2。可用于本发明培养基的无机盐成分可包括,例如,CaCl2、KCl、MgCl2、MgSO4、NaCl、NaHCO3、Na2HPO4、NaH2PO4H2O,和柠檬酸铁螯合物或硫酸亚铁螯合物。可用于本发明培养基的微量元素可包括,例如,钡、溴、钴、碘、锰、铬、铜、镍、硒、钒、钛、锗、钼、硅、铁、氟、银、铷、锡、锆、镉、锌和铝的离子。这些离子可以,例如,微量元素盐的形式提供。可任选地包含在所述培养基中的其它成分有,例如,胰岛素(尤其是胰岛素-Zn++的形式)和转铁蛋白。这些其它成分可以常规生物学或生理学浓度配制到所述培养基中。铁盐或螯合物(例如,柠檬酸铁螯合物或硫酸亚铁)可用于所述培养基作为转铁蛋白的取代物。重组胰岛素或基于锌的盐(例如,ZnCl等)可代替动物源性或人源性的胰岛素。述及附图,图1A和1B分别显示:说明并描述并表征缓释营养片剂的现有技术示意图(图1A),和说明制备公开的持续释放剂量的方法的示意图(图1B)。图1A显示表征缓释营养物质片剂的现有技术示意图,其中:Π1和Π2分别是片剂内部和外部的渗透压,P1和P2分别是片剂内部和外部的液体静压,且Cs是片剂内部的活性化合物的浓度。图1B显示说明制备本发明持续释放组合物或制剂的示例性方法的示意图,包括,例如:在容器中制备或合并粘合剂聚合物溶液,例如乙基纤维素,通过将该聚合物(110)溶解于溶剂(130)来进行。可向溶液任选添加塑化剂(未显示)。活力维持物(120)浆料,例如D(+)葡萄糖,和所述粘合剂聚合物溶液,可通过将所述活力维持物与上述粘合剂聚合物溶液以及任选的其它溶剂混合来制备。该合并的混合物可经蒸发(140),或分入多个蒸发容器(100),然后浓缩或蒸发(140)以去除一些或全部溶剂,以获得,例如,未经被覆的物质(150)。可任选对该未经被覆的物质(150)进行进一步处理(155),例如机械压缩或压制成,例如,未经被覆的片剂(165)、团块、丸剂、珠等形式。该未经被覆的片剂可用被覆物被覆(165)以获得经被覆的片剂(170)。在本发明的实施方式中,为实现持续释放递送,向包含干燥状态的水可溶性营养物质的核心片剂施加纤维素类覆层。覆层可包含用塑化剂稳定化的纤维素类聚合物。覆层可包含聚合物纤维素类材料,其不溶于基于水性的溶液、塑化剂,和水可溶性造孔剂(即,致孔剂;例如,糖,例如具有均一粒度的蔗糖),其可溶于基于水的溶液,并且将会从被覆物溶出并提高所述被覆物的多孔性。受控的多孔性覆层作为用于核心组合物溶液的水进入和活力维持物离开的位点。适用于覆层的纤维素类材料是,例如,乙酸纤维素和乙基纤维素。然而,多种纤维素酯、纤维素混合酯,和纤维素醚也可用作粘合剂或包封覆层。可任选地采用塑化剂来降低增加覆层柔性的纤维素类聚合物的弹性系数,并在压片过程中保护该覆层的结构完整性。可采用聚合物化学中已知的典型塑化剂。例如,可在具有100重量%的乙基纤维素覆层的混合物中另添加10重量%的癸二酸二丁酯塑化剂。本文所述的持续释放系统可以不同的外形因素(formfactor)制造,包括,片剂、团块、珠、粉末、微胶囊等形式。可配制并制造包含,例如,不同营养物质、维生素或小分子的片剂或珠。将具有不同组成或具有不同释放概况的片剂混合,可建立整合的持续释放系统,该系统能够满足具体细胞培养系统,例如,更快速和更慢速释放制剂中现存的营养物质需求。哺乳动物细胞培养技术广泛用于生物医药研究和制药工业。哺乳动物细胞中的重组蛋白生成通常采用易于放大规模进行的悬浮适应型细胞来实施。实验室规模的现代细胞培养主要基于振荡培养,其通常以批式培养方式进行,即,在培养起始时添加营养物质。相比于工业流加式工艺,该振荡培养的特点是低体积细胞和产物产量。振荡培养瓶仅提供有限的信息用于生物工艺开发;在流加式模式中常常要再优化培养参数,这显著延长了时间,并增加了人力成本。与可变的振荡培养不同,在良好受控的生物反应器规模培养中,大多采用流加式技术,因为它提供对于营养物质和代谢物浓度、氧水平、生物量密度,和培养基pH的较好的工艺控制。批式培养中缺乏工艺控制能力是以批量模式进行的工艺和培养基优化结果无法直接转化成流加式操作模式的大规模生产的主要原因。为了克服这些问题,可采用微型生物反应器或自动化技术(参见例如,Legmann,R.等,CHO细胞中单克隆抗体生产的预测性高通量缩小规模模型(Apredictivehigh-throughputscale-downmodelofmonoclonalantibodyproductioninCHOcells).BiotechnolBioeng.,2009;104;1107-1120;Thomas,D.等,实现高通量细胞系开发、选择和在爱伦美氏(振荡)培养瓶中进行的其它细胞培养任务的新型自动化方法(Anovelautomatedapproachtoenablinghigh-throughputcelllinedevelopment,selection,andothercellculturetasksperformedinErlenmeyer(shake)flasks),J.Assoc.LabAutom.,2008;13:145-151;Gryseels,T.,在上游生物工艺开发中探讨的细胞培养自动化(Consideringcellcultureautomationinupstreambioprocessdevelopment),Bioproc.Intl.,2008;6:12-16)来允许具有自动化饲养和pH控制的高通量、流加式操作。因为这些技术昂贵,振荡瓶持续得到广泛应用,作为哺乳动物细胞工艺开发中的工业和学术界中主要的规模缩小平台(参见Buhs,J.,振荡培养的益处及问题介绍(Introductiontoadvantagesandproblemsofshakencultures),Biochem.Eng.J.,2001;7:91-98)。主要挑战不仅是流加式原理适应小规模,其大多数通过间歇馈料来完成,更重要的是同时达到高细胞密度。在批式工艺中,细胞密度通过生长限制性营养物质源的浓度、培养基pH,和毒性代谢物浓度来确定。这产生了如下困境:高细胞密度仅在有足够葡萄糖可供作为碳源利用时获得。同时,葡萄糖的大剂量添加可能会造成营养物质浓度的大幅瞬时增加,其可导致高摩尔渗透压浓度和高废物代谢物浓度,例如,高葡萄糖浓度可导致乳酸盐或酯的产量增加和pH下降(参见Zhou,W.C.等,通过在线营养物质馈料的杂交瘤细胞的活细胞高浓度流加式培养(Highviablecellconcentrationfedbatchculturesofhybridomacellsthroughonlinenutrientfeeding),BiotechnolBioeng.,1995;46:579-587;Chee,F.W.D.等,动态在线流加式策略对CHO细胞培养物中的代谢、生产力、N-糖基化质量的影响(Impactofdynamiconlinefed-batchstrategiesonmetabolism,productivityanN-glycosylationqualityinCHOcellcultures),Biotechnol.Bioeng.,2005;89:164-177)。此外,可通过将培养基中的葡萄糖浓度控制在低水平来控制重组抗体的糖化(参见Yuk,I.H.等,流加式细胞培养中重组抗体的控制糖化(Controllingglycationofrecombinantantibodyinfed-batchcellcultures),Biotechnol.Bioeng.,2011;108;2600-2610)。细胞利用葡萄糖的主要通路是糖酵解。肿瘤源性的细胞系一般丧失了基于能量需求控制糖酵解通量的能力(参见Eigenbrodt,E.等,肿瘤细胞中碳水化合物代谢的新观点(Newperspectivesoncarbohydratemetabolismintumorcells),R.Brietner(编),碳水化合物代谢的调节(RegulationofCarbohydrateMetabolism),第2卷,佛罗里达州波卡拉顿的CRC出版社)。因此,糖酵解由胞外生长培养基中的葡萄糖浓度控制。在批式细胞培养中,葡萄糖存在的浓度(高达50mM)通常显著高于血流中所见浓度(5mM或更少)。已显示CHO(中国仓鼠卵巢)细胞活力的减少是由高水平的毒性代谢物丙酮醛所致,其作为高葡萄糖浓度下糖酵解的副产物生成(参见Chaplen,F.W.R.等,培养的中国仓鼠卵巢细胞中高水平丙酮醛的证据(EvidenceofhighlevelsofmethylglyoxalinculturedChinesehamsterovarycells),Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1998;95:5533-5538;Roy,B.M.等,杂交瘤细胞培养中的毒性浓度的丙酮醛(Toxicconcentrationsofmethylglyoxalinhybridomacellsculture),Cytotechnology,2005;46:97-107)。为了解决或减轻由细胞培养基中高葡萄糖浓度造成的这些问题,越来越需要用于高密度培养的连续底物递送源。微生物培养的一个示例是EnBaseTM,一种酶控葡萄糖递送系统,其经开发且目前可市购用于培养微生物(参见Panula-Perala,J.等,用于微板和摇瓶中的高细胞密度培养的酶控葡萄糖自动给予(Enzymecontrolledglucoseauto-deliveryforhighcelldensitycultivationsinmicroplatesandshakeflasks),MicrobialCellfactories,2008;7:31)。EnBaseTM采用葡糖糖化酶/淀粉作为碳源,用于产生葡萄糖。葡糖糖化酶在细胞培养基中的应用为哺乳动物细胞带来了限制。或者,包埋进入聚二甲硅氧烷树脂的葡萄糖已被用作缓释技术,用于在摇瓶中培养多形汉逊酵母(H.polymorpha)(参见Jeude,M.等,通过缓释技术的摇瓶中的流加式模式(Fed-BatchModeinShakeFlasksbySlow-ReleaseTechnique),BiotechnologyandBioengineerin,2006;95;在kuhner.com作为馈料珠市售可得)。根据文献,已知PDMS对于细胞培养基中的蛋白质具有高非特异性结合能力,由此是哺乳动物细胞培养应用中不希望的。然而,已开发基于水凝胶的葡萄糖递送系统的应用用于哺乳动物细胞培养(参见Hedge,S.等,对于摇瓶中哺乳动物细胞培养物的营养物质控释(Controlledreleaseofnutrientstomammaliancellcultureinshakeflasks),Biotechnol.Prog.,2012;28:1)。该系统基于具有包封的葡萄糖粉末的HEMA:EGDMA水凝胶盘。因为未反应的残留单体,所述系统需要对水凝胶进行大量清洗以减轻细胞毒性。2013年10月22日授予Sexton等人的标题为“营养物质在体内的持续释放(SustainedReleaseofNutrientsInVivo)”的US8,563,066提及,以时间控制方式可在长时程内持续的体内递送的营养组合物提供增强的运动性能、增加的手/眼协作,以及手头任务的密度。所述组合物可包括水性悬浮液,其包含(a)一种或多种营养补充物;和(b)一种或多种水凝胶微颗粒,其包封(a)的一种或多种营养补充物,其中,所述一种或多种水凝胶微颗粒(i)具有1-1000微米的直径;(ii)包含一种或多种化合物,所述化合物无毒、交联,且其以时间受控和持续的方式在体内释放包封的一种或多种营养补充物;(iii)是pH敏感性的,其中,所述水凝胶微颗粒的一种或多种化合物在pH1-3不溶胀;和(iv)是温度敏感性的,其中,所述水凝胶微颗粒的一种或多种化合物在水性溶液中具有较低的临界共溶温度。(b)(ii)中的用于营养补充物的受控和持续释放的一种或多种化合物可以是可生物降解的聚合物、生物粘附物、粘合剂,或其组合。所述可生物降解的聚合物和粘合剂可以是如下物质中的一种或多种:聚(丙交酯)、聚(乙交酯)、聚(丙交酯-共-乙交酯)、聚(乳酸)、聚(乙醇酸)、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚已酸内酯、聚碳酸酯、聚酰胺酯、聚酐、聚(氨基酸)、聚原酸酯、聚乙酰(polyacetyl)、聚氰基丙烯酸酯、聚醚酯、聚(二噁烷酮)、聚(烯烃烷基化物)、聚乙二醇和聚原酸酯的共聚物、可生物降解的聚氨酯、多糖和多糖与聚醚的共聚物。Sexton还提到,所述微球体可包含营养化合物的混合物,并且所述微球体包含可生物降解的材料,其在某一时间段内释放。例如,为了提供初始突释的营养物质,以向个体提供能量或营养物质的即刻储蓄,营养化合物如此配制,并且可包含不同比例的多种碳水化合物、氨基酸、电解质、维生素等。第二组可包含不同比例的碳水化合物:氨基酸:维生素等,或严格意义上不同或类似的碳水化合物,其在较长的时间段内释放,以保持营养物质的可持续的释放。微球体中营养物质的配制和释放的时间可根据活性形式、个体、年龄、重量和营养需求而不同。例如,马拉松赛跑运动员(长时间持续的营养需求)与短跑运动员(激增营养需求)将具有不同的营养需求。一般而言,生物降解产物通常在体外或离体细胞培养中均是不希望的。在实施方式中,选择用于本发明的被覆聚合物、粘合剂,或两者在原位不易被生物降解(即,在细胞培养中和过程中)。例如,乙基-纤维素的MSDS指示:不太可能有可能有危险的短期降解产物,然而,可能会产生长期降解产物,并且该生物降解产物的毒性更高。标题为“具有pH指示剂的细胞培养水凝胶”的美国专利公开20090190135提到用于在细胞培养中维持条件和用于检测细胞培养物中的条件的装置、组合物和方法。具体而言,本发明提供用于数种非侵入性技术以及对于细胞培养物中pH水平的非侵入性检测的水凝胶材料、装置和方法,所述非侵入性技术将细胞培养物中的葡萄糖和pH水平保持在接近最优化水平。本文所述的持续释放系统是与细胞培养是完全生物相容的。纤维素醚或纤维素酯,例如乙基纤维素或乙酸纤维素,可用于制造,例如,活力维持物或营养物质释放形式。纤维素酯广泛用于食品工业作为乳化剂,药品工业用于药物覆层和制剂,并且所述酯经FDA批准用于体内应用。据信,从本文所述制剂的扩散释放遵循费克第一定律:J=-D(dC/dx)在恒定搅拌条件下的活力支持物释放过程中,该释放与整体溶液中释放的化合物的浓度(C)直接相关,J是扩散流,D是扩散系数,且dC/dx与片剂核心内的浓度变化相关。因为片剂核心内释放化合物的有限供应,扩散性释放动力学将是一级动力学。对于渗透性释放,该动力学将会是零级动力学,如图4中数据所示。在实施方式中,本发明提供用于哺乳动物离体细胞培养应用的营养物质递送系统。一般而言,所述营养物质递送系统可用于将,例如,葡萄糖或其它基本营养物质、维生素,和分子,递送进入哺乳动物细胞培养基。在实施方式中,所述递送系统可以是具有半渗透覆层的营养片剂。所述覆层,例如,可包含,例如,水可透过的乙基纤维素或乙酸纤维素薄膜。释放动力学可通过片剂覆层的厚度控制。控释可通过具有包封的化合物的片剂内部与,片剂周围的细胞培养基的渗透压的差异来实现。提供将营养物质递送进入哺乳动物细胞培养物的持续的长期递送的能力将增加其活力指数或积分活细胞密度,其与批式细胞培养系统中的产物效价强相关,根据:[MAb]=qMAb∫Xvdt其中[MAb]是抗体浓度(mg/mL),qMAb是特异性抗体生成速率(mg/细胞/天),且Xv是活细胞浓度(细胞/mL)。在实施方式中,本文所述的用于持续释放的系统和方法具有以下一种或多种优势,例如:可释放的内容物(例如,营养物质)可以零级动力学释放一段延长的时间,例如,长达数周;营养物质释放的时间滞迟可通过改变被覆膜的水化程度来引入所述系统;营养物质的释放动力学可通过例如核心片剂和覆层的以下一种或多种参数来控制:膜厚度;渗透压;膜类型及其厚度;塑化剂和成孔剂的类型和量;在封闭的细胞培养系统中,将营养物质浓度保持在生理学相关水平一段延长的时间将提高积分活细胞密度和蛋白质效价,同时也限制了与污染物的接触;多层核心片剂可包括不同营养物质、维生素,和生长补充剂;核心片剂组合物的分层允许控制与细胞生长和增殖的不同阶段相关的各组分的释放时间点;片剂或珠与不同营养物质组合物或不同释放特点(例如,释放延迟时间、释放动力学)的组合可用于离体细胞培养应用;利用珠、片剂、团块等形式的混合,可提供不同营养物质的控释,并且还可调节培养进程的释放概况,参见例如,实施例5,其中,本文所述的培养物中葡萄糖的受控或持续释放,通过提供持续的营养物质源,维持了培养物中细胞的活力和增殖;从本发明持续释放制剂释放化合物独立于外部因素,例如,搅拌条件、细胞密度、pH或培养基组成;和本文所述的释放系统在批式培养中的应用能够提供近似模拟在大规模流加式或灌注操作中那些的细胞培养条件。实施例如下实施例说明了具有乙基纤维素覆层的示例性活力维持物或营养物质持续的递送片剂组合物的制备,其用于将葡萄糖受控或持续释放进入悬浮细胞培养环境。实施例1包含葡萄糖的未经被覆的核心片剂的制备乙基纤维素溶液用乙基纤维素(48%乙氧基,Aldrich商品编号#200697)以8.83w/w%溶解于1,4-二噁烷来制备。塑化剂癸二酸二丁酯(Aldrich商品编号#84840)以0.88w/w%添加进入该溶液。D(+)葡萄糖和乙基纤维素溶液的浆料通过混合11.9g葡萄糖、6.2g上述乙基纤维素溶液,和5.16g的1,4-二噁烷来制备。合并的混合物等分进入小杯(6mm直径,10mm高)。等分物的重量在0.3-0.6g范围内。溶剂室温蒸发后,获得具有10%w/w的乙基纤维素作为粘合剂的固体葡萄糖片剂。或者,可采用药品工业中用于核芯片剂生成的成熟建立的工艺。这些可包括,例如,湿法制粒或干法制粒,和任选地,随后将粉末压制成固体剂型。乙基纤维素是纤维素衍生物,其中,重复葡萄糖单元上的一些羟基基团转化成乙醚基团。乙基基团的数量可根据生产商和级别而变化。其主要作为薄膜覆层材料用于商业应用。乙基纤维素作为乳化剂以食品添加剂的形式使用(例如,E462)。AqualonTM乙基纤维素产品可购自亚什兰公司(Ashland,Inc.)。AqualonEC可溶于多种有机溶剂。AqualonEC可用于被覆片剂的一种或多种活性成分,以防止其与其它物质或彼此反应。AqualonEC可防止易氧化物质(例如,抗坏血酸)的变色,允许对易压制片剂和其它剂型的制粒。AqualonEC可单独或联合水溶性组分应用,以制备持续释放薄膜覆层,其常用于被覆微颗粒、团块和片剂。改良的可压制级别,AqualonT10EC,是可用的,其具有优化的可压实性(高乙氧基含量和低粘度)和良好粉末流。AqualonEC的PHARM级别与国家处方集(NationalFormulary)和欧洲药典(EuropeanPharmacopoeia)的专著要求相符。其它公司也提供被覆服务或被覆混合物,用于药物覆层,包括例如,来自特拉华州纽瓦克的FMC生物聚合物公司的AquacoatECD;和来自加利福尼亚州卡乐康公司(Colorcon)的Opadry。可获自陶氏化学公司(DowChemical)的ETHOCELTM高性能乙基纤维素聚合物产品,是水不溶性聚合物,其经批准用于全球药品应用,并用于缓释型固体给药制剂。比较例2从未经被覆的片剂的葡萄糖释放从未经被覆的片剂的葡萄糖释放采用不同质量的片剂测试。将各片剂置入包含30mL的伊格尔氏最小必需培养基(EMEM)细胞培养基的125mLErlenmeyer细胞培养瓶中。培养瓶以120rpm在37℃于环境空气条件下振荡。定期检测葡萄糖浓度直至达到100%释放。葡萄糖释放数据示于图2。图2显示从如下不同重量的未经被覆的核心片剂(对照)释放的细胞培养基中的葡萄糖:0.1542g(200)、0.20645g(210)、0.2335g(220),和0.2575g(240)。图3显示从原始片剂重量(以克计)(对照)释放的葡萄糖的依赖性。线性拟合为y=0.029x+0.1144且R2=0.9588。相比原始质量表,释放的葡萄糖的重量处于线性相关。这表明,通过控制原始片剂重量,能够选择在细胞培养过程中,总共有多少葡萄糖可被释放进入培养基。图3的数据指示,在细胞培养基中孵育的前5个小时过程中,未经被覆的片剂释放了它们的全部葡萄糖。该快速释放的动力学基于葡萄糖从未经被覆的片剂基质(即,混合物的乙基纤维素)的简单溶解。实施例3包含葡萄糖的被覆的核心片剂的制备为了可控地减缓释放动力学,核心片剂用乙基纤维素膜或包封覆层被覆。乙基纤维素膜覆层通过如下方式获得,例如,简单地将核心片剂浸入1,4二噁烷中的乙基纤维素/癸二酸二丁酯8.8%/0.88%w/w的溶液,然后在室温蒸发溶剂。或者,可采用制药工业中广泛应用的任何被覆方法和装置,例如,旋转片剂床或流化床来被覆固体形式。为了压制和稳定化经被覆的片剂,使其干燥,例如,在60℃干燥2小时。通过浸渍被覆方法制备了具有多种不同覆层厚度的片剂。覆层厚度评价为片剂在被覆加工之后增加的质量百分比,并且,其在例如,总片剂重量或质量增加9-14%范围内。实施例4葡萄糖从被覆的片剂释放的检测葡萄糖从被覆的片剂的释放概况通过如下方式上获得:使片剂在30mL缓冲液中孵育,所述缓冲液对应于环境空气条件下、37℃、120rpm下的125mL摇瓶中的杜氏改良伊氏培养基(DMEM)培养基缓冲液组合物(0.2g/L的CaCl2(无水),0.18g/L的MgSO4(无水)、0.38g/L的KCl、2.84g/L的NaHCO3、6.7g/L的NaCl、0.071g/L的NaH2PO4)。用不同厚度的乙基纤维素薄膜被覆的片剂的葡萄糖释放动力学示于图4。图4显示,从具有三种不同厚度的乙基纤维素被覆或外层的被覆的葡萄糖片剂释放的葡萄糖释放动力学。对于9重量%(400)、13重量%(410)和14重量%(420)覆层,从片剂释放的初始葡萄糖释放分别延迟了一天和两天。通过改变不同片剂批次上的覆层的厚度,能够容易地控制葡萄糖释放进入细胞培养环境的释放动力学。细胞培养基中的葡萄糖浓度通过GlucCell葡萄糖监测系统(CESCO生物产品公司,佐治亚州亚特兰大)来检测。或者,葡萄糖可通过NOVA生物概况生化分析仪来检测。实施例5与对照片剂和持续释放片剂接触的细胞培养物采用本文所述的葡萄糖释放片剂的初步离体细胞培养实验采用CHO5/9α细胞系进行。CHO5/9α细胞以200K/mL接种进入125mL摇瓶(康宁430421)中的30mL的CD-OPTI-CHO培养基(生命技术公司(LifeTechnologies)#12681-011)。细胞以120rpm,37℃,95%RH和5%CO2在细胞培养孵育箱中培养。在培养起始时(t=0)添加葡萄糖片剂,并且细胞培养10天而不更换培养基。在第三天之后每天监测细胞活力和细胞计数。对照培养瓶(即,常规培养基,无片剂)和包含被覆的葡萄糖片剂的瓶的结果示于图5和6。结果显示,批式培养的活力和IVCC在持续释放葡萄糖片剂的存在下均显著提高。图5显示,在3-10天的细胞培养时程过程中,在存在(即,葡萄糖,510)和不存在(即,对照500)本文所述的控释或持续释放片剂的情况下,批式培养中的细胞活力(相对百分比)。图6A和6B分别显示,对于用单一葡萄糖释放片剂(610)和(630)补充的培养物,相比常规培养对照(600)(图6A)和(620)(图6B)的,活细胞计数(M/mL)和积分活细胞计数,即,百万细胞数(M)乘以天/mL(M/天/mL)。实施例6包含谷氨酰胺前体Ala-Glu二肽的被覆的核心片剂的制备谷氨酰胺是细胞培养基中氮的必需来源。在培养条件下,其自发分解,从而贡献了细胞培养基中高水平的氨。为了减少其氨所致的毒性,细胞培养基中的谷氨酰胺可用Ala-Glu二肽(氨基酸源,氨基酸原(pro-aminoacid),或谷氨酰胺原(pro-glutamin))替代。营养物质释放片剂采用Ala-Glu二肽(Sigma#A8185)制备,以将其逐渐引入细胞培养基。片剂核心通过粉末压制形成。粉末组合物为,77.6重量%的Ala-Glu二肽、20.8重量%的微晶纤维素(Sigma#310697),和1.6%的硬脂酸镁(Sigma#26454)。购自生物技术公司(商品编号#14190)的以1X浓度采用的杜氏磷酸盐缓冲盐水(DPBS)培养基中,Ala-Glu二肽从具有不同片剂覆层厚度(4mg(菱形)和9mg(方块))的片剂释放的释放概况示于图7。片剂在被覆之前和之后经称重。之前和之后的重量差异提供所述被覆的片剂的表面上的覆层的量,即,较大的重量意味着有较多的覆层材料处于片剂表面上。乙基纤维素的密度为1.14g/mL。利用未经被覆的片剂的尺寸和被覆之后的质量增加,能够计算覆层厚度。在本实施例中,片剂具有圆柱形或盘形形状,其具有4.8mm半径和2.6mm的高度。对于4mg覆层而言,覆层厚度为约0.015mm,而对于9mg覆层而言,覆层厚度为0.029mm。实施例7通过将细胞培养物与对照片剂和持续释放片剂接触的蛋白质生成采用本文所述的葡萄糖释放片剂和Ala-Glu二肽释放片剂,用CHO5/9α细胞系进行初步离体细胞培养实验。CHO5/9α细胞以200K/mL接种进入125mL摇瓶(康宁430421)中的30mL的1:1CD-OPTI-CHO培养基(生命技术公司#12681-011)和F12无葡萄糖培养基(由Mediatech定制)。细胞以120rpm,37℃,95%RH和5%CO2在细胞培养孵育箱中培养。包含葡萄糖的片剂或包含葡萄糖和Ala-Glu的片剂在培养起始时(t=0)添加,并且培养细胞15天不更换培养基。在第三天之后每天监测细胞活力和细胞计数。分析细胞培养基的分泌出的蛋白质(M-CSF,小噬细胞集落刺激因子)的浓度。对照培养瓶(即,常规培养基,无片剂,和,在培养第4天人工添加2.5g/L的葡萄糖补充物的常规培养基)和含有被覆的包含葡萄糖的片剂或被覆的包含葡萄糖和Ala-Glu的片剂的瓶的结果示于图8。结果显示,在持续释放片剂的存在下,蛋白质效价显著提高。实施例8包含低溶解度化合物的被覆的核心片剂的制备在流加式CHO培养的馈料添加工艺中,酪氨酸是“存在问题”的氨基酸之一。该问题由酪氨酸在适于加工的pH下的较差溶解度所致。因此,选择酪氨酸来证明本文所述的控释营养物质递送系统的益处。制备包含27重量%酪氨酸、55重量%葡萄糖、15.5重量%纤维素,和2重量%硬脂酸镁的核心片剂。核心片剂经1,4二噁烷和正丁醇的1:1混合物中的5%w/w乙基纤维素的包封剂混合物喷洒被覆。该混合物还包含具有50微米或更小粒度的0.01重量%碳酸氢钠颗粒的悬浮液。碳酸氢钠颗粒作为被覆材料中的造孔剂以促进酪氨酸通过包封剂覆层释放。一般而言,可在待释放的活力维持物化合物具有低溶解度或低渗透压时将造孔剂添加至包封剂覆层。造孔剂可增加所述化合物的释放速率。酪氨酸释放的结果示于图9。图9中的上方虚线指示,酪氨酸在25℃水中的溶解度限制。蓝线指示酪氨酸在OptiCHO培养基中的浓度。图9中的下方虚线指示酪氨酸在OptiCHO培养基中的原始浓度。图9显示,本文所述的控释技术能够在生理学相关的浓度范围内递送线性酪氨酸释放概况持续10天。已经参考各种具体实施方式和技术描述了本发明。但是,应当理解,可以在本发明的范围内做出许多变化和改进。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3 
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