Биофармацевтика занимает всё больший сектор в производстве лекарств. Это связано как с учащением хронического течения заболеваний и общим старением населения, так и с развитием самого направления. Еще в 2014 г. мировой биофармацевтический рынок оценивался в 162 млрд долл. США, а на 2020 г. прогнозируемый объем рынка составит 278 млрд [1, p. 1].
В биофармацевтическом производстве доминируют клетки CHO (клетки яичника китайского хомячка). Они используются при получении, в частности, моноклональных антител, используемых в терапии рака, аутоиммунных заболеваний, заболеваний крови. Основным методом культивирования клеток млекопитающих на данный момент является периодическое культивирование с подпиткой, или фед-батч. Фед-батч позволяет получать высокие концентрации продукта в культуральной жидкости. Однако в процессе культивирования в среде накапливаются метаболиты, которые могут нарушить процесс и ухудшить качество самого продукта. К основным метаболитам процесса культивирования относятся аммиак и молочная кислота. Последняя быстро накапливается в среде в виде лактата в результате неконтролируемого метаболизма глюкозы в пируват, что ведет к закислению среды. Добавляемая в среду щелочь для нейтрализации молочной кислоты ведет, в свою очередь, к увеличению осмотического давления, что влияет на качество продуцируемых моноклональных антител. Кроме того, необходимо поддерживать постоянный уровень источников углерода, азота, энергии и антиоксиданта (NADPH), без которых невозможен анаболизм целевых белков [1, p. 1–2; 2, p. 3; 3, p. 633; 4, p. 1218].
В отличие от фед-батч-процесса, который подразумевает культивирование с последующим постепенным добавлением подпитки, непрерывное культивирование включает в себя постепенное удаление части объема среды и/или клеток с восполнением свежей средой (хемостат, перфузия). В случае перфузии клетки полностью или частично задерживаются в биореакторе, а отток использованной питательной среды равен притоку свежей. Это позволяет существенно снизить проблемы, связанные с накоплением метаболитов, повышенной осмолярностью, а также ограничениями по количеству питательных веществ, что дает возможность достигнуть значительно большей клеточной концентрации в биореакторе и более высокой производительности единицы оборудования (до 5–10 раз выше по сравнению с периодическим процессом). Помимо прочего, цикл культивирования в режиме фед-батч в среднем составляет две недели, а слив продукта происходит одномоментно в полном объеме. В то же время цикл перфузионного культивирования может длиться более месяца, и получение продукта распределено непрерывно по всему циклу. Это делает нагрузку на производственные мощности, в частности хроматографическую очистку, более равномерной [4, p. 1217–1218; 5, p. 27; 6, p. 77].