تم تطبيق منصة زراعة الخلايا الثديية بنجاح في الإنتاج الصيدلاني الحيوي الصناعي بفضل التطورات المحرزة في مراحل تطوير العمليات المبكرة، بما في ذلك هندسة السلالات الخلوية، وتصميم الأوساط الغذائية، وتحسين العمليات. ومع ذلك، لا تزال التطورات في المراحل المتأخرة، مثل توسيع النطاق، وتقليص النطاق، واستنبات الخلايا على نطاق واسع، تواجه العديد من التحديات الصناعية لتحقيق أداء متكافئ للعملية عبر مختلف مقاييس الاستنبات. وتُعد استراتيجية التفوير الغازي إحدى هذه التحديات، حيث تؤثر بشكل كبير على الإنتاجية، والجودة، وقابلية المقارنة. وفي الوقت الحاضر، تعتمد هذه الاستراتيجية بشكل رئيسي على السجلات التجريبية نظراً لغياب الإطار النظري وندرة الأدبيات المتاحة لتوضيح السمات الأيضية داخل الخلايا. ولذلك، تبرز حاجة ماسة لتوصيف الآلية الكامنة وراء التغيرات الفسيولوجية والحالات الأيضية الناتجة عن إجهاد التهوية. ولتحقيق ذلك، قمنا مبدئياً باستنبات خلايا CHO المنتجة للأجسام المضادة تحت ظروف تفوير معتدلة وقاسية، ولوحظ أن إجهاد التفوير يؤدي إلى انخفاض معدل نمو الخلايا، وحيويتها، وإنتاجيتها. وأشار تحليل التدفق اللاحق الموجه بالنماذج الحاسوبية (in silico) إلى أن إجهاد التفوير يعيد توجيه أيض الأحماض الأمينية نحو تعزيز معدل دوران HO عبر زيادة تدفقات إنزيمات أكسيداز الأحماض الأمينية. ومن المثير للاهتمام أن العديد من هذه التفاعلات المولدة لـ HO ارتبطت ارتباطاً وثيقاً بإنتاج NADH وNADPH وGSH، وهي مكافئات اختزال نموذجية. ومن ثم، يمكننا افتراض أن زيادة استهلاك الأحماض الأمينية الناجمة عن إجهاد التفوير تساهم في استعادة التوازن التأكسدي الاختزالي في مواجهة الإجهاد التأكسدي. ويتيح التحليل المنهجي الحالي للبيانات الموجه بالنماذج تحديد السمات الأيضية المميزة تحت ظروف الإجهاد بسرعة باستخدام مجموعات البيانات الأساسية لزراعة الخلايا.

Die Plattform der Säugerzellkultur wurde durch Fortschritte in der frühen Prozessentwicklung, einschließlich Zelllinien-Engineering, Mediendesign und Prozessoptimierung, erfolgreich für die industrielle biopharmazeutische Produktion etabliert. Späte Entwicklungsphasen wie Scale-up, Scale-down und die Zellkultivierung im großen Maßstab stehen jedoch weiterhin vor zahlreichen industriellen Herausforderungen, um eine vergleichbare Prozessleistung zwischen verschiedenen Kultivierungsmaßstäben zu erzielen. Eine davon ist die Begasungsstrategie, welche die Produktivität, Qualität und Vergleichbarkeit maßgeblich beeinflusst. Derzeit beruht diese mangels eines theoretischen Rahmens und aufgrund des Mangels an verfügbarer Literatur zur Aufklärung intrazellulärer Stoffwechselmerkmale hauptsächlich auf empirischen Erfahrungswerten. Daher ist es dringend erforderlich, die zugrunde liegenden Mechanismen physiologischer Veränderungen und metabolischer Zustände infolge von Belüftungsstress zu charakterisieren. Zu diesem Zweck kultivierten wir zunächst antikörperproduzierende CHO-Zellen unter milden sowie intensiven Begasungsbedingungen und beobachteten, dass Begasungsstress zu einer verringerten Zellwachstumsrate, Viabilität und Produktivität führt. Eine anschließende in-silico-modellgestützte Flussanalyse deutete darauf hin, dass Begasungsstress den Aminosäurestoffwechsel durch hochregulierte Flüsse von Aminosäureoxidasen in Richtung einer erhöhten HO-Umsatzrate umprogrammiert. Interessanterweise waren viele dieser HO-generierenden Reaktionen eng mit der Bildung von NADH, NADPH und GSH verknüpft, welche typische Reduktionsäquivalente darstellen. Folglich lässt sich die Hypothese aufstellen, dass die durch Begasungsstress hervorgerufene erhöhte Aminosäureaufnahme dazu beiträgt, die Redox-Homöostase gegenüber oxidativem Stress wiederherzustellen. Die vorliegende modellgestützte systematische Datenanalyse ermöglicht es, anhand grundlegender Zellkultivierungsdatensätze eindeutige Stoffwechselmerkmale unter Stressbedingungen rasch zu definieren.

A plataforma de cultivo de células de mamíferos tem sido implementada com sucesso para a produção biofarmacêutica industrial por meio dos avanços no desenvolvimento de processos em fases iniciais, incluindo a engenharia de linhagens celulares, a formulação de meios e a otimização de processos. No entanto, etapas avançadas de desenvolvimento, tais como ampliação de escala (*scale-up*), redução de escala (*scale-down*) e cultivo celular em grande escala, ainda enfrentam muitos desafios industriais para alcançar um desempenho de processo comparável entre diferentes escalas de cultivo. Um deles é a estratégia de aspersão (*sparging*), que afeta significativamente a produtividade, a qualidade e a comparabilidade. Atualmente, ela se baseia sobretudo em registros empíricos devido à falta de um arcabouço teórico e à escassez de literatura disponível para elucidar as características metabólicas intracelulares. Portanto, é altamente necessário caracterizar os mecanismos subjacentes às alterações fisiológicas e aos estados metabólicos decorrentes do estresse por aeração. Para tanto, cultivamos inicialmente células CHO produtoras de anticorpos sob condições brandas e severas de aspersão e observamos que o estresse por aspersão leva à redução da taxa de crescimento celular, da viabilidade e da produtividade. A subsequente análise de fluxo orientada por modelos *in silico* sugeriu que o estresse por aspersão reconfigura o metabolismo de aminoácidos em direção a uma taxa enriquecida de renovação de HO por meio de fluxos aumentados de aminoácido oxidases. Curiosamente, muitas dessas reações geradoras de HO estavam intimamente associadas à produção de NADH, NADPH e GSH, que são equivalentes redutores típicos. Assim, podemos formular a hipótese de que o aumento na captação de aminoácidos causado pelo estresse por aspersão contribui para restabelecer a homeostase redox contra o estresse oxidativo. A presente análise sistemática de dados orientada por modelos permite definir rapidamente características metabólicas distintas sob condições de estresse por meio da utilização de conjuntos de dados básicos de cultivo celular.

แพลตฟอร์มการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้รับการนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตชีวเภสัชภัณฑ์ระดับอุตสาหกรรมอย่างประสบความสำเร็จ ผ่านความก้าวหน้าในการพัฒนากระบวนการระยะเริ่มต้น ซึ่งรวมถึงการวิศวกรรมสายเซลล์ การออกแบบอาหารเลี้ยงเซลล์ และการหาภาวะที่เหมาะสมที่สุดของกระบวนการ อย่างไรก็ตาม การพัฒนากระบวนการในระยะหลัง เช่น การขยายขนาด การลดขนาด และการเพาะเลี้ยงเซลล์ในระดับขนาดใหญ่ ยังคงเผชิญกับความท้าทายทางอุตสาหกรรมหลายประการในการทำให้ได้ประสิทธิภาพของกระบวนการที่เทียบเคียงกันได้ระหว่างขนาดการเพาะเลี้ยงที่แตกต่างกัน หนึ่งในปัจจัยสำคัญคือกลยุทธ์การพ่นฟองก๊าซ (sparging strategy) ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลิตภาพ คุณภาพ และความสามารถในการเทียบเคียง ปัจจุบัน กระบวนการดังกล่าวยังคงพึ่งพาข้อมูลเชิงประจักษ์เป็นหลักเนื่องจากขาดกรอบแนวคิดเชิงทฤษฎีและความจำกัดของเอกสารวิชาการที่อธิบายลักษณะทางเมแทบอลิซึมภายในเซลล์ ดังนั้น จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องระบุคุณลักษณะของกลไกพื้นฐานเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและสภาวะทางเมแทบอลิซึมเมื่อเผชิญกับความเค้นจากการให้อากาศ ในการศึกษานี้ ผู้วิจัยได้ทำการเพาะเลี้ยงเซลล์ CHO ที่ผลิตแอนติบอดีภายใต้สภาวะการพ่นฟองก๊าซแบบไม่รุนแรงและแบบรุนแรงในขั้นต้น และพบว่าความเค้นจากการพ่นฟองก๊าซส่งผลให้อัตราการเจริญเติบโต ความมีชีวิตของเซลล์ และผลิตภาพลดลง การวิเคราะห์ฟลักซ์ด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ (in silico model-driven flux analysis) ในเวลาต่อมาบ่งชี้ว่า ความเค้นจากการพ่นฟองก๊าซได้ปรับเปลี่ยนโครงข่ายเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโนไปสู่การเพิ่มอัตราการหมุนเวียนของ HO ผ่านการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์ของเอนไซม์อะมิโนแอซิดออกซิเดส ที่น่าสนใจคือ ปฏิกิริยาการสร้าง HO เหล่านี้จำนวนมากมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการสร้าง NADH, NADPH และ GSH ซึ่งเป็นสารสมมูลรีดิวซ์ (reducing equivalents) ทั่วไป ด้วยเหตุนี้ จึงสามารถตั้งสมมติฐานได้ว่า การดูดซึมกรดอะมิโนที่เพิ่มขึ้นจากความเค้นของการพ่นฟองก๊าซมีส่วนช่วยในการฟื้นฟูภาวะธำรงดุลของรีดอกซ์เพื่อต้านทานต่อภาวะเครียดออกซิเดชัน การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงระบบที่ขับเคลื่อนด้วยแบบจำลองนี้ช่วยให้เราสามารถระบุลักษณะเฉพาะทางเมแทบอลิซึมที่เด่นชัดภายใต้สภาวะความเค้นได้อย่างรวดเร็ว โดยใช้เพียงชุดข้อมูลพื้นฐานจากการเพาะเลี้ยงเซลล์