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解锁干细胞“无细胞”时代：固定床生物反应器如何赋能下一代细胞衍生物生产？
发布日期：2026-01-15
2025年9月，达尔文生物申报的国内首款“无细胞、非外泌体”干细胞衍生物 1类新药“注射用经应激诱导的间充质干细胞衍生物”IND获受理，标志着细胞治疗从“活细胞移植”迈向“活性分子药物”的全新阶段。这类以蛋白聚合物为核心的创新产品，其生产流程（应激诱导→裂解提取→纯化冻干）对传统生物反应器提出了三大挑战：高细胞密度培养、原位处理效率、工艺封闭性。
同腾新创CEL-G® Culture Ad60系列固定床生物反应器（Ad60 FBR）以规整式结构、线性放大和国产化优势，填补了国内贴壁细胞封闭式自动化生产的空白。Ad60 FBR适用贴壁细胞的培养及产物收集，如病毒载体（如逆转录病毒、溶瘤病毒，腺病毒等），外泌体，代谢和表达产物及衍生物等，具有自动化程度高、操作简便、封闭系统运行等特点，可满足从研发到商业化生产的全流程需求。
图1. CEL-G® Culture Ad60系列固定床生物反应器及载体上细胞染色照片
Ad60 FBR凭借独特的瀑布式液流设计和多种培养模式集成，成为破解细胞衍生物生产难题的关键技术平台，其在干细胞非外泌体细胞衍生物生产中的核心优势如下：
Ad60 FBR通过载体固定化培养，可实现细胞10-100倍扩增倍数，较传统2D细胞工厂培养的扩增效率显著提高，为后续应激诱导分泌蛋白聚合物提供了充足的“细胞原料库”。
高扩增效率可以减少细胞传代次数，并且可获得更高细胞密度，意味着单位体积内蛋白聚合物产量显著提升，直接降低生产成本。
适配“细胞扩增“，在反应器内实现百倍细胞扩增。
Ad60 FBR控制系统可在线调整培养环境，如低氧（1%~5% O₂）、温度改变（32℃~40℃）、pH值调控（6.8~7.2）等物理应激；或无菌自动化添加化学诱导剂（如活性氧诱导剂、炎症因子模拟物）实现应激处理。
实时监测pH、DO（溶解氧）、温度，自动反馈调节应激条件，程序化精准控制保证批次一致性。
适配“应激诱导”步骤，在反应器内即可完成细胞的激活和分泌过程。
2D贴壁工艺中，细胞培养完成后需消化离心后再进行重悬和低渗裂解，易导致污染和活性损失。Ad60 FBR支持罐上细胞原位低渗裂解，无需转移细胞即可完成裂解步骤，直接收获裂解产物。
裂解过程在封闭系统内完成，符合GMP对“无菌生产”的要求；裂解液可从封闭管路直接进入后续纯化环节，减少中间步骤的时间成本和物料损耗。
适配 “裂解提取”步骤，且操作更简便。
Ad60 FBR不仅支持细胞培养，还可集成应激诱导、原位裂解、产物收获等功能，实现从“细胞培养→应激诱导→裂解→收获”的全流程一体化操作。
表1. Ad60 FBR工艺对比传统2D工艺
Ad60 FBR单台主机适配从实验室级（最小0.5㎡）到GMP生产级（最大60㎡）的多种规格罐体和固定床载体，可满足不同阶段的生产需求：
图2. CEL-G® Culture Ad60固定床生物反应器罐体规格和定位
BT-2（0.5-2㎡）可快速验证工艺参数（如应激诱导条件、裂解效率）；
通过线性放大至BT-20（8-20㎡）和BT-60（24-60㎡），确保生产规模扩大时工艺的稳定性和一致性。
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3D培养：Ad60 FBR，BT-2/FB-2（培养面积2 m2）；
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2D对照：CF-10×3（培养面积1.9 cm2）；
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培养基：化学限定培养基（无血清无血替成分）；
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接种密度：5×103 cells/cm2；
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培养时间：7days（Day1~Day5细胞扩增、Day6~Day7应激诱导）；
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裂解工艺：罐上原位低渗裂解（纯水裂解4h）。
UC-MSCs细胞采用化学限定培养基（无血清无血替成分）在Ad60 FBR BT-2/FB-2（2 m2）中进行3D固定化培养，以5×103 cells/cm2密度接种，培养5天，细胞扩增了30倍左右；2D对照细胞在细胞工厂中扩增了7.4倍，因此Ad60 FBR中UC-MSCs的扩增效率是2D的4倍。
图3. 3D与2D培养UC-MSCs细胞接种密度及最高密度对比
通过氮气将Ad60 FBR的饱和溶氧设置调低至25%，即5% O₂ 的低氧条件下进行应激刺激，2D培养同步通过培养箱充氮气进行应激刺激。
在低氧应激2天后，Ad60 FBR收获1L培养上清，NTA检测上清中的外泌体浓度为2.48E10 Particles/ml。2D培养收获4L培养上清，NTA检测上清中的外泌体浓度为2.59E9 Particles/ml。且Ad60 FBR组的30-150nm范围内外泌体纯度达到100%，而2D组仅为80%。因此通过测试证实Ad60 FBR中收获的粒径范围内外泌体产量显著高于相同面积的细胞工厂，且2D消耗的培养基是3D的四倍，带来更多的培养基成本。
图4. 3D与2D培养UC-MSCs收获外泌体单位浓度对比
图5. 3D与2D培养UC-MSCs收获外泌体总产量对比
上清收获后在Ad60 FBR罐体内加入纯水，采用批次模式裂解4h，收获850mL裂解液，NTA检测裂解液中的颗粒浓度为7.7E10 Particles/ml。细胞工厂培养组同步进行4h低渗裂解，收获3L裂解液，NTA检测裂解液中的颗粒浓度为6.3E9 Particles/ml。通过测试证实Ad60 FBR中收获的非外泌体细胞衍生物显著高于2D细胞工厂，且为全封闭体系操作，获得的裂解物浓度更高，体积更小，减小了下游处理压力。
图6. 3D与2D培养UC-MSCs进行原位低渗裂解，收获非外泌体细胞衍生物颗粒浓度对比
图7. 3D与2D培养UC-MSCs进行原位低渗裂解，收获非外泌体细胞衍生物颗粒总产量对比
随着“无细胞”干细胞衍生物成为行业新热点，生产工艺的创新将直接决定产品的竞争力。同腾新创Ad60 FBR以其高密度培养、程序化控制、原位处理、工艺集成、规模灵活的优势，为这类创新产品的商业化落地提供了关键技术支撑。Ad60 FBR可轻松实现外泌体和非外泌体细胞衍生物两种产物双收的“高性价比”工艺，且产量较2D工艺提高数倍！未来，随着更多企业将其纳入生产体系，有望加速干细胞衍生物从实验室走向临床应用的进程。
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