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KR102621101B1 - 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템 - Google Patents

생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템 Download PDF

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KR102621101B1
KR102621101B1 KR1020187003743A KR20187003743A KR102621101B1 KR 102621101 B1 KR102621101 B1 KR 102621101B1 KR 1020187003743 A KR1020187003743 A KR 1020187003743A KR 20187003743 A KR20187003743 A KR 20187003743A KR 102621101 B1 KR102621101 B1 KR 102621101B1
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Abstract

본 발명은 1회용 생물 반응기, 1회용 펌프, 및 1회용 미생물 보유 필터로 구성된 일회용 생물 공정 시스템에 관한 것이다. 생물학적 물질의 발현을 위한 관류 모드 연속 공정에서 높은 미생물 농도의 액체 배지에서 현탁된 미생물의 배양에 가장 적합하게 결합된다. 액체 1회용 펌프의 입구 포트는 액체 운반 포트를 통해 밸브를 통해 1회용 생물 반응기의 액체 저장조에 연결된다. 액체 펌핑 1회용 펌프의 출구 포트는 밸브를 통해 미생물 고정 필터에 연결된다. 그리고, 연속 공정을 위해 관류 모드에서 상기 멸균 일회용 생물 공정 시스템을 조작하는 방법.

Description

생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템
본 발명은 일회용 생물 반응기, 일회용 펌핑 장치, 및 일회용 미생물 보유 필터로 구성된 일회용 생물 공정 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 생물학적 물질의 발현을 위한 고 미생물 농도의 액체 배지에서 현탁된 미생물의 배양에 가장 적합하게 결합된 방법 및 상기 일회용 생물 공정 시스템을 연속 공정으로 조작하는 방법에 관한 것이다.
제약 생물 반응기 및 발효기에서, 목표는 의료용 생물 자원 또는 생물량 생산을 위한 미생물을 배양하거나 발효시키는 것이다. 목표는 재생 의학 및 치료 응용 또는 약물 또는 치료 목적 또는 약물로서의 분자의 살아있는 세포 또는 미생물로부터의 보다 전통적인 발현이다.
생물 반응기 또는 발효기 중 재사용이 가능한 일회용 스터링-탱크-반응기(Stirred-Tank-Reactor, STR)는 1리터 미만에서 200리터 초과의 크기이며, 스테인레스 스틸과 고급 유리로 구성된다. 실험실 스케일 STR 버전의 일반적인 용량은 1-20리터이며, 유리 하우징/컨테이너는 착탈식 스테인레스 스틸 헤드 플레이트에 매달려 있으며, 전체 STR은 삼각형 금속 구조로 매달려 있다. 헤드 플레이트에는 STR 내부의 배지 교반을 보장하기 위해 센서, 샘플링, 가스 교환, 배지 교환, 및 외장형 서보 모터 연결용 중심 축에 대한 포트가 있다. 온도는 STR의 전열 담요 또는 워터 재킷에 의해 조정된다.
일회용 스터링-탱크-반응기는 최근 90년대 중반에 참신하고, 아마도 추세로 여겨졌다. 일회용-생물 반응기(Single-Use-Bioreactor, SUB)가 성숙됨에 따라, 일회용 장비에 대한 시장 수용도는 일반적으로 급속하게 확대되었다. 일회용 생산 장비로의 이동은 많은 경우에, 교차 오염 문제, 증기 멸균, 및 세정 요건의 비용 절감, 플랜트 유연성 개선, 비용 절감, 및 최종 생성물 출시 시간 단축 등으로 인해 생겨났다.
종래 기술
Figure 112018013409987-pct00001
양자 모두 Millipore Corp의 것인 US 2009/0311776 및 EP 2141224은 단단한 플라스틱 상부 커버인 2개의 부분과 하우징 본체에 하나 이상의 유체 포트가 있는 단단한 플라스틱 본체로 만들어진 사전 멸균된 일회용 생물 반응기를 설명하며, 상기 상부 커버는 센서 포트와 캡을 갖는 모든 포트를 통합한다;
Figure 112018013409987-pct00002
Corning Inc의 US 2008/0131957 - 임펠러가 있는 유연한 차축, 3개의 컨테이너 벽에 난류를 생성하는 통합 배플, 및 센서 포트가 없는 커버를 구비한 일회용 대칭 원통형 플라스틱 스피너 플라스크 컨테이너;
Figure 112018013409987-pct00003
New Brunswick Scientific 발효기 하우징 본체 모델 BioFlo310은 금속 재킷 바닥 조립체, 유리 실린더, 및 금속 헤드 플레이트로 구성된다. 2개의 물 가열/냉각 포트를 제외한 모든 포트는 헤드 플레이트에 배열된다. 또한, 구동 모터가 헤드 플레이트에 배열된다.
Figure 112018013409987-pct00004
Refined Technology Co.의 US 6,544,424는 펌핑 장치가 매체 재순환을 위해 교류 방식으로 밸브없이 작동하는 높은 세포 밀도 배양을 위한 세포 보유 시스템으로서 결합되어 수행하는 중공 사막 필터 모듈 및 격막 펌프를 포함하는 액체 여과 시스템을 개시한다;
Figure 112018013409987-pct00005
Artelis S.A .의 WO 2010055143은 높은 세포 밀도를 갖는 세포 보유 시스템 및 배지 재순환을 위한 원심 펌프로서 수행되는, 센서, 배양 구역, 및 전달 구역을 통합하는 적어도 하나의 외벽 구비하는 일회용 배양 하우징 본체를 기술한다;
Figure 112018013409987-pct00006
Sartorius Stedim Biotech GmbH의 US 7,425,441은 배양 컨테이너 옆에 배열된 인젝터를 갖는 하나 이상의 통기 튜브를 갖는 생물 반응기를 기술한다;
Figure 112018013409987-pct00007
DASGIP Information and Process Technology GmbH의 EP 2674480은 평행한 블록에 맞도록 디자인된 작은 일회용 생물 반응기(STR)를 기술한다 (도 5에 도시됨). 생성물 생물 블록(Bioblock)은 온도 제어를 수행하고 스터링(stirring) 또는 교반 장치를 구동한다. 생물 블록은 STR 컨테이너의 바닥 부분을 병렬로 캡슐화하여 4개의 STR 또는 SUB를 작동시키도록 디자인되었다.
스터링-탱크-반응기를 반 연속 공정 모드/관류 모드에서 높은 세포 밀도로 작동시키면 세포 보유 시스템과 같은 추가 기술 및 장비가 필요하다. 스터링-탱크-반응기와 외부 배열된 독립형 및 교차 흐름 방향 펌프 및 교차-흐름-필터 장치를 함께 사용하면 중 내지 고 세포 밀도 및 주간 관류 모드 작동이 가능하다는 것이 입증되었다. 미국 뉴저지에 있는 Refined Technology의 ATF(Alternating-Tangential-Flow, 교류-접선-흐름) 개념은 높은 세포 수와 무 세포 생성물 수확을 허용하는 것으로 잘 알려져 있다. 제공되는 모든 ATF는 재사용이 가능한 스테인레스 스틸 및 유리 디자인으로 되어 있으며, 일회용 완전 설치로 제공되지 않는다.
연속적인 공정 및 빠른 다중 테스트에 대한 업계의 요구가 높아지면서 모든 사전 멸균된 단일 사용 패키지에서 스터링-탱크-반응기 통합 펌프 및 세포 보유 시스템의 개발이 촉진되지 않았다. 현재 업계는 시간과 비용이 많이 드는 증기 멸균을 필요로 하는 유리 및 스틸을 기본으로 하는 전통적 ATF에 묶여 있다. 멸균해야 하는 STR 또는 ATF 부품의 임의의 재사용은 오염 및 값비싼 배양의 손실을 수반한다.
본 발명과 관련된 정의:
Figure 112018013409987-pct00008
본 명세서에 사용된 "하나의(a)" 또는 "하나(an)"라는 용어는 하나 이상의 또는 적어도 하나를 의미한다.
Figure 112018013409987-pct00009
본 명세서에서 사용되는 "교류하는"이라는 용어는 양방향의 액체 흐름을 의미한다. 하나의 특정 및 동일 부피가 앞뒤로 움직이며, 흐름 방향 제어를 위한 밸브가 포함되어 있지 않다.
Figure 112018013409987-pct00010
업계에서 사용되는 "ATF"라는 용어는 교류-접선-흐름을 의미하며, 이는 펌프의 특정 부피가 일정하고 이 부피가 번갈아 가며 앞뒤로 변한다는 개념이며, 격막은 2개의 끝 위치 사이에서만 움직일 수 있으며, 새롭거나 신선한 액체나 액체 배지가 펌프에 직접 추가되지 않으며, 밸브도 포함되어 있지 않다.
Figure 112018013409987-pct00011
"역류"라는 용어는 TMP(Trans Membrane-Pressure, 막-횡단-압력)를 약간 증가시키는 약간의 수확 흐름을 설명하는 데 사용되며, 횡단-막-압력은 막을 따라 고속의 흐름을 다소 도와 퇴적물을 제거한다. 역류는 "중공 사막 모듈"과 같은 탄성 막에서 실현 가능하지는 않지만, (경질) 막 업계에서 널리 사용되는 "백플러시(backflush)"라는 용어와 혼동되어서는 안된다.
Figure 112018013409987-pct00012
본 명세서에서 사용되는 "배치(batch) 조작"은 일정한 WV를 가지며, 신선한 배지가 추가되지 않고 사용된 배지 및/또는 액체 제거되지 않는 조작 방법을 말하며, CHO 세포와 같은 미생물을 배양할 때 전형적으로 1주일 미만으로 지속된다.
Figure 112018013409987-pct00013
본 명세서에 사용된 "생물학적 물질"이라는 용어는 유기 화합물, 조직, 세포 성분, 신체 적합성 유체, 생물량, 생물 합성물, 생체 적합성 물질, 일반적으로 항체, DNA, RNA, 단백질, 치료 목적을 위한 분자 등을 기술한다.
Figure 112018013409987-pct00014
본 명세서에 사용된 용어 "생물 반응기"라는 용어는 생물학적 활성 환경이 임펠러에 의해 교반되는 액체 배지 중에 현탁된 원하는 공정을 수행하는 미생물의 배양에 적합한 물리적 장치를 의미한다.
Figure 112018013409987-pct00015
본 명세서에서 사용되는 "브로스(broth)"라는 용어는 여과되지 않은 액체 함량, 세포, 잔해물, 미생물, 영양물을 함유한 배지, 폐기물, 수확 등으로 이루어진 발효기 또는 생물 반응기에서의 배양 수프를 의미한다. 브로스, 공급 원료가 CFF에 들어가서 교차-흐름-필터 막을 통과시키면 브로스는 CFF 배출구에서 약간 농축된 보유물(retentate)이 되어 생물 반응기의 브로스와 함께 재혼합된다.
Figure 112018013409987-pct00016
"CHO"라는 용어는 "미생물"이고 제약 업계에서 단백질의 발현 플랫폼으로서 매우 유명한 포유류 세포주인 중국계 햄스터 난소 세포를 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00017
본원에서 사용된 "컨테이너"라는 용어는 중공 하우징, 개폐될 수 있는 내부 저장조를 갖는 본체, 예컨대 제한 없이 비커, 플라스크, 병, 튜브, 컨테이너, 탱크, 저장조를 형성하는 벽을 갖는 중합체 재료 필름 백을 의미한다. 예를 들어, 스터링-탱크-반응기와 같이 작동할 때의 컨테이너는 전형적으로 수직 벽 및 아래쪽으로 향하는 수평 바닥 벽과 함께 배열되어, 컨테이너 내의 액체 또는 유체가 작동 모드 동안 컨테이너 내부에서 주로 유지된다. 컨테이너는 원통형 디자인 또는 원추형 디자인 또는 정사각형 박스 모양 디자인, 유연한 필름 백, 또는 이의 조합과 같은 비 원통형 디자인일 수 있다. 컨테이너는 SUB, SUP, CFF를 에워싸거나 둘러쌀 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00018
본 명세서에서 사용되는 "컨테이너 체적(Container Volume, CV)"이라는 용어는 생물 반응기 또는 발효기 또는 혼합기로서 사용될 때 하우징 본체의 전체 체적을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00019
본 명세서에서 사용되는 "교차-흐름-필터(Cross-Flow-Filter, CFF)"라는 용어는 액체 및 액체에 현탁된 선택 가능한 성분이 교차하여 장치의 다른 측면 상으로 액체 체적으로 분리 장치를 통과하여, 분리 장치를 통과하지 않는 소정의 정지된 구성 요소를 제거하는 특정 사양의 장치를 통과시키는 것을 허용하는 필터 장치, 분리 장치이다. 장치에는 브로스에 대한 제1 입구와 보유물에 대한 제2 출구가 있다. 브로스 제1 입구와 보유물 제2 출구 사이에, 생성물, 여과물, 장치를 통과한 수확을 위한 제3 투과물 출구가 추가로 존재한다.
Figure 112018013409987-pct00020
"배양" 또는 "배양하기"라는 용어는 상기 미생물에 의한 생성물의 발현 또는 상기 미생물의 증식과 같은 생산 목적을 위한 생물 반응기에서의 포유류 세포와 같은 미생물을 숙주하는 것을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00021
본 명세서에 사용된 "퇴적물" 또는 "막 코팅" 또는 "필터 케이크"라는 용어는 용질, 미립자, 미생물이 막의 성능을 떨어뜨리고 막 압력을 원하지 않는 레벨로 증가시키는 방식으로 구멍을 뚫는, 교차-흐름-필터 막 표면 또는 막 등의 막 표면 상에 퇴적되는 공정을 의미한다. 이러한 퇴적물은 세정 목적을 위해 재순환 브로스를 고속으로 이동시키는 것과 같은 증가된 전단력에 의해 제거될 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00022
본 명세서에서 사용되는 "격막"이라는 용어는 바람직하게 원주 상에 밀봉 배열체를 갖는 둥글고 약간 돔 형상의 고무 재료 시트이다. 격막은 하우징 내부에서 작동하며 젖은 면과 브로스를 구동 유체면에서 SUB로부터 분리한다.
Figure 112018013409987-pct00023
"일회용"이라는 용어는 종종 저렴한 비용으로 합성 재료로 제조되어 사용 후 폐기해야 하는 생성물을 의미한다. 본 명세서에서 제시된 일회용 생물 반응기 시스템은 추가로 백에 넣어 미리 멸균하여 사용할 준비가 된다. "외부 설비"(영역)이란 용어는 일회용 생물 공정 시스템이 사용되는 방(실험실, 생산 설비, 테스트 설비)을 의미한다. 외부 설비에서도 하류 공정이 발생할 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00024
본 명세서에서 사용되는 "유가-배치(fed-batch)" 조작이란 용어는 신선한 배지가 첨가되고 공정 종료 후에 액체가 제거되지 않는 최소 배지 체적으로 공정을 개시하는 생물 반응기 또는 발효기를 의미한다. 하우징 본체의 최소 배지 체적에 미생물이 접종되며, 공정 종료 전에 최대 WV에 도달할 때까지 시드 트레인으로 나타난다. 통상적인 작동 시간은 배열 작동보다 2-3배 더 길다.
Figure 112018013409987-pct00025
본 명세서에서 사용되는 "발효기"라는 용어는 액체 배지 중에 현탁되고 터빈에 의해 교반될 때 발효 공정을 수행하는 미생물의 발효에 적합한 물리적 장치, 컨테이너를 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00026
본 명세서에서 사용되는 "발효"라는 용어는 살아있는 단세포 유기체, 원핵 생물, 생성물을 발효시키는 발효조에서의 산업적 목적을 위한 박테리아와 같은 미생물을 숙주하는 것을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00027
본 명세서에서 사용되는 "필터 장치"라는 용어는 CFF로 언급된 교차-흐름-필터를 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00028
"유체"라는 용어는 가스 또는 액체, 가변 부피의 공기 또는 질소와 같은 가스, 또는 일정 부피의 물 및/또는 오일과 같은 액체, 또는 가스 및 액체의 혼합물을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00029
본 명세서에서 사용되는 "유리"라는 용어는 우수한 내식성을 갖는 투명한 실리카계 비정질 취성 및 고체 물질을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00030
본 명세서에서 사용되는 "수확물"이라는 용어는 생물 반응기에서 배양되거나 발효기에서 발효되는 미생물에 의해 생성된 예상 생성물인 브로스의 생성물 부분(예컨대 단백질)을 지칭한다. 수확물(여과물, 투과물)은 막 및/또는 CFF 여과를 통해 브로스로부터 분리될 수 있다. CFF에서 침투물이 제거되면, 브로스가 농축된다.
Figure 112018013409987-pct00031
본 명세서에서 사용되는 "중공 섬유 모듈"이라는 용어는 폴리에테르술폰 또는 다른 중합체와 같은 다공성 탄성 재료로 제조된 얇은 벽 튜브의 다발 내부에 단부 커버 하우징을 갖는 외부의 단단한 벽 튜브로 제조된 장치를 지칭한다. 튜브 묶음을 밀봉하고 외부 튜브에서 튜브를 분리하는 단부 커버로 캐스팅하여 교차-흐름-필터가 생긴다. "임펠러"라는 용어는 교반, 혼합, 펌핑, 액체 순환 목적으로 액체로 채워진 컨테이너 내부에서 회전하는 블레이드 또는 베인(vane)이 장착된 저속 유체 교반 장치를 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00032
본 명세서에서 사용되는 "액체 흡입 튜브"라는 용어는 컨테이너로부터 브로스를 흡입, 운반하는 액체 입구, 파이프, 또는 튜브를 지칭한다. 액체 흡입 튜브는 입구 밸브를 통과하는 펌핑 장치의 입구로 액체를 운반한다.
Figure 112018013409987-pct00033
본 명세서에서 사용되는 "배지", "성장 배지", 및 "영양분"라는 용어는 상호 교환 가능하게 사용되고, 주로 물, 탄소원, 산소와 같은 다양한 가스, 및 비타민, 호르몬, 성장 인자, 동물성 혈청, 항생제, 항산화제, 소포제, 세포 안정제, 및 "미생물"의 배양을 위한 다른 성분과 같은 첨가제를 함유하는 멸균 복합 혼합물을 지칭한다. 일부 배지는 혈청을 기반으로 하며 일부는 무 혈청, 무 동물성, 무 단백질, 또는 화학적으로 정의된 배지이다. 배양 중에 결합된 배지와 미생물 및 각종 잔해물은 "브로스"로 명명된다.
Figure 112018013409987-pct00034
"막"이라는 용어는 선택적 장벽 역할을 하고, (펌프에 의해 공급되는 것과 같은) 구동력의 작용에 노출될 때 특정 또는 원하는 입자, 분자, 또는 물질에 대해 불투과성으로 유지되는 경계층을 지칭한다. 다공성 막은 중합체, 세라믹, 및 금속과 같은 다양한 유연하고 단단한 재료로 제조된다. "교차-흐름-필터(교차-흐름-필터, CFF) 장치"라는 기술 용어에 더 자세히 나온다. 막은 수확물로 알려진 브로스의 일부를 깨끗하게 한다.
Figure 112018013409987-pct00035
본 명세서에서 사용되는 "막 오염"이라는 용어는 고체, 세포, 세포 부분, 세포 막, 응집체 등이 다공성 막 입구 표면 상에 층, 생물막, 파편 케이크를 생성할 때의 효과를 지칭한다. 이 효과는 결합된 막 및 퇴적물의 증가된 저항을 극복하고 원하는 일정한 플럭스를 유지하기 위해 더 높은 TMP를 필요로 한다. 막 퇴적물은 높은 전단력, 높은 배양 속도, 및/또는 백플러시로 제거될 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00036
"마이크로 담체"라는 용어는 부착 가능한 미생물을 배양할 수 있는 미생물 지지 장치 또는 성장체를 지칭한다. 젤라틴, 콜라겐, 셀룰로오스, 또는 중합체 재료, 또는 유리로 구성된 100 내지 1,000㎛의 크기 범위이며, 하나 이상의 코팅으로 기능화될 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00037
본 명세서에서 사용되는 "미생물" 또는 "세포" 또는 "생물학적 세포"라는 용어는 상호 교환이 가능하며 일반적으로 다음과 같이 나뉜다: 1. 살아있는 단세포 생물, 미생물; 해초류, 균류, 조류, 이끼, 플랑크톤, 효모, 원생 동물, 진핵 생물, 고세균, 미생물, 극한 생물, 및 식물 세포 등 - 2. 곤충 세포, 포유류 세포, 인간 세포, 줄기 세포와 같은 부착성 또는 반 부착성 또는 현탁된 살아있는 세포 - 3. 원핵 생물 및 대장균과 같은 다양한 박테리아 - 상기의 대부분은 특정 작업 및 생성물 요구를 해결하기 위해 유전자 변형된다.
Figure 112018013409987-pct00038
본 명세서에서 사용되는 "관류" 또는 "세포/미생물 보유 관류" 모드 작동이라는 용어는 배지는 순차적으로 교환되고, 신선한 영양분이 순차적으로 첨가되고, 배양 기간에 걸쳐 사용된 배지/수확물이 제거되는 STR, SUB에 대한 작동 방법 또는 원리를 지칭한다. STR, SUB에 남아있는 미생물은 일반적으로 배열보다 4-8배 더 오래 지속되며 유가-배치보다 2-4배 더 길다.
Figure 112018013409987-pct00039
본 명세서에서 사용되는 "투과물"이라는 용어는 혼합물의 특정 부분, 즉 막을 통과할 수 있는 브로스, 공급 원료를 지칭한다. 여과물이라고도 알려져 있다.
Figure 112018013409987-pct00040
본 명세서에서 사용되는 "투과성 막"이라는 용어는 다공성 벽, 장벽, 분리 벽을 통과하지 않는 특정 입자 및 막을 통과시키는 액체 및 선택된 입자(크기별 분리)를 허용하는 다공성 벽, "막"을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00041
본 명세서에서 사용되는 "포트"라는 용어는 PG 13.5 나사 포트, 잠금 포트, 압입 포트, 또는 Luer-Loc 피팅, 연결 피팅, 멸균 피팅, 호스, 튜브, 호스 바브 등을 수반하는 포트의 그룹으로부터 선택되는, 적절한 피팅 또는 관련 센서 또는 일반 연결부를 부착할 수 있게 하는 벽의 어느 곳에 있는 구멍을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00042
"PG 13.5"라는 용어는 기계식 커넥터가 있는 클래식 센서(RUS) 또는 포트이다. PG는 Stahl-Panzer-Rohr-Gewinde로 알려진 기술 표준 용어이다.
Figure 112018013409987-pct00043
본 명세서에서 사용되는 "PCS" 또는 "공정 제어 시스템"이라는 용어는 계산력을 갖는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU) 전자 장치를 통합하는 프로그램 가능한 로직 제어부(Programmable Logic Control, PLC), 개인용 컴퓨터(Personal Computer, PC), 및 내장형 컴퓨터(Embedded Computer, EC)를 지칭한다. PLC는 다양한 센서로부터의 입력과 공정 제어를 위한 다양한 액추에이터의 출력을 가진 다양한 입력 및 출력(I/O)을 가지고 있다. PCS는 소프트웨어, 알고리즘, 공정 레시피를 빌드-인 메모리에 통합하여 공정 레시피에 따라 진행중인 공정 정렬을 위한 배양 또는 발효 공정을 관리, 분석한다. PCS는 공정 파라미터를 변경하기 위해 다양한 센서 및 액추에이터와 대응한다.
Figure 112018013409987-pct00044
본 명세서에서 사용되는 "PTF"라는 용어는 새로운 산업 용어를 의미하며, 본 명세서에서 제시된 발명인 맥동-접선-흐름(Pulsating-Tangential-Flow)을 의미한다. PFT 공정은 CFF를 통한 단방향 액체 흐름을 보장하기 위해 제1 입구 밸브 및 제2 출구 밸브를 갖는 펌프를 포함한다.
Figure 112018013409987-pct00045
본 명세서에서 사용되는 "보유물"이라는 용어는 크기, 형상, 전하에 따라 "막"에 의해 붙잡혀 막을 통과하지 않은 브로스, 공급 원료 내의 혼합물의 부분, 마이크로 담체, 입자, "미생물", 잔해물을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00046
본 명세서에서 사용되는 "스케일러블(scalable)"이라는 용어는 CV 및 WV가 고정된 유리 컨테이너 치수에 고정되지 않는 경우의 특징을 지칭한다. 또한, 컨테이너 직경과 높이 사이의 비율은 최종 사용자 요구 사항을 수용할 수 있도록 변경될 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00047
본 명세서에서 사용되는 "센서"라는 용어는 pH, 용존 산소(dissolved oxygen, DO), 생물량/세포 밀도, 커패시턴스, 전도도, 용해된 이산화탄소, 젖산염, 글루코스, 글루타민, 글루탐산염, 암모니아, 압력, 액체 레벨, 유체 질량-흐름, 속도, 온도, 점도 등과 같은 주어진 공정 내에서 연관된 온라인 품질 공정 수를 측정할 수 있는 장치를 지칭한다. SUP 성능을 측정하는 센서는 기계적, 광학적, 전기적(예컨대 삼각 레이저 센서, 압력 감지 레벨 센서, 또는 커패시턴스 또는 초음파 기반 거리 센서)인 근접 거리일 수 있다. 센서는 일반적으로 재사용 가능 센서 또는 1회용 센서로 사용할 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00048
본 명세서에서 사용되는 "1회용"이란 용어는 "1회용 반응기(Single-Use-Bioreactor, SUB)" 및 "1회용 센서(Single-Use-Sensors, SUS)"와 같이 일반적으로 "멸균"되어 사용 준비가 되어 있고 사용 후에 폐기되도록 디자인된 생성물을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00049
본 명세서에서 사용되는 "1회용 센서(Single-Use-Sensor, SUS)"라는 용어는 애널리스트, 공정 조건, 유체 농도를 온라인으로 측정하고 측정된 농도에 대한 전기 신호와 같은 신호를 전달할 수 있는 일회용 장치를 지칭한다. 비싸지 않은 SUS 본체는 주로 최종 사용자의 편의를 위해 이중 또는 삼중 필름 백에 모두 동봉되어 동시 멸균되도록 SUB 또는 SUF에 사전 설치된 중합체 재료로 디자인되어, 최종 사용자가 사용 전에 멸균하는 것을 회피한다.
Figure 112018013409987-pct00050
본 명세서에서 사용되는 "1회용 생물 반응기(Single-Use-Bioreactor, SUB)"는 STR 또는 생물 반응기 또는 1회용 발효기를 포함하는 필름 백(들)을 의미하며, 펌핑 장치 및 하나 이상의 "센서"는 모두 일회용 재료로 제조되었으며, 기존의 자체 열 멸균을 제거하여 멸균되어 사용 준비가 완료되어 있다.
Figure 112018013409987-pct00051
본 명세서에서 사용되는 "1회용 펌프(Single-Use-Pump, SUP)"라는 용어는 일회용 재료로부터 적어도 부분적으로 제조된 유체 운반 장치를 지칭한다. 예컨대 연동 펌프 또는 원심 펌프 또는 튜브 펌프 또는 격막 펌프 또는 피스톤 펌프 또는 직접 가스 - 액체 표면 구동 공기 칼럼 펌프 등의 일회용 접액부 및 재사용 불가능한 비 습윤부 및 흐름 방향 제어를 위한 밸브.
Figure 112018013409987-pct00052
본 명세서에서 사용되는 "스테인레스 스틸"이라는 용어는 적어도 우수한 내 부식성이 특징인 니켈, 크롬, 바나듐, 탄소, 및 스틸을 기본으로 하는 합금 금속을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00053
본 명세서에서 사용되는 "멸균"이라는 용어는 모든 형태의 생명 및 기타 생물학적 제제를 소거(제거) 또는 멸균(비활성화)하는 임의의 공정을 지칭한다. 멸균은 열, 화학 물질, 조사, 고압, 및 여과 중 하나 이상을 사용하여 달성될 수 있다.
Figure 112022127269689-pct00054
본 명세서에서 사용되는 "멸균된"이라는 용어는 필름, 호일, 시트 기반의 밀봉된 백, 예를 들면, 플라스틱 필름 백에 넣어진 생성물을 말하며 멸균 방법에 노출되어 백 내용물이 멸균되었음을 보증한다. 생성물은 상기 필름 백(들)에서 최종 사용자가 개방하여 사용할 준비가 된 상태로 공급된다. 따라서, 최종 사용자는 오토클레이브에서 처리되는 재사용이 가능한 고전적 장비와 유사한 까다로운 열 멸균을 피할 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00055
본 명세서에서 사용되는 "스터링-탱크-반응기(스터링-탱크-반응기, STR)"라는 용어는 널리 사용되는 표현이며, 상기 배지 내의 "미생물"과 영양물 및 기체의 강제 교환을 위한 통기 장치 및 교반 또는 혼합 장치를 통 한 "컨테이너 체적(CV)"을 갖는 생물 반응기 또는 발효기를 지칭한다. STR은 주로 스테인레스 스틸과 유리로 제조된다.
Figure 112018013409987-pct00056
본 명세서에 사용되는 "현탁액" 또는 "현탁된"이란 용어는 바람직하게는 STR 또는 SUB 또는 "컨테이너"에 액체 상태로 균질하게 현탁되거나 동원되는 입자, 인공 입자, 미세 담체, 미생물을 지칭한다.
Figure 112018013409987-pct00057
본 명세서에서 사용되는 "접선-흐름-필터(Tangential Flow Filter; TFF)"라는 용어는 압력 하에서 선택 가능한 구성 요소가 하나의 액체 체적에서 통과할 일부 구성 요소를 제거하는 "막"(교차 흐름 필터)을 통과하는 다른 액체 체적으로 통과할 수 있게 해주는 장치이다. 그러한 막 또는 필터 장치는 스크린, 카세트로 통합된 다공성 재료 시트 또는 평면 또는 원형 플레이트, 튜브, 주름진 튜브, 또는 적층된 중공 섬유의 형태로 카트리지를 제조할 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00058
본 명세서에서 사용되는 "탑 커버"라는 용어는 고전적인 STR의 편평한 금속 디스크와 같은 상부의 전형적인 헤드 플레이트를 지칭한다. 상부 커버는 Sartorius, Applikon, Finesse, Broadley-James, 및 70년대 이후 20 개의 다른 공급 업체가 제공하는 지배적인 Stainless Steel/glass STR 디자인에서 제한없이 선택된다. PG 13.5 포트의 수는 상부 커버 지름의 영향을 받으며, 일반적으로 3-4 포트이다. 상부 커버는 평평한 디스크와 다른 모양을 가질 수 있으며, 하나 이상의 포트가 장착 될 수 있다.
Figure 112018013409987-pct00059
본 명세서에서 사용되는 "TMP"또는 "횡단-막-압력(Trans-Membrane-Pressure)"이라는 용어는 막 오염의 우수한 지표를 나타낸다. 축적된 세포, 파편, 막 표면의 입자. TMP는 일정한 플럭스에서 막 오염을 보완하기 위해 증가한다.
Figure 112018013409987-pct00060
본 명세서에서 사용되는 "작업 체적(Working Volume; WV)"이란 용어는 배양이 STR 또는 SUB 내에서 일어나는 배지 체적, 공정 유체, 브로스를 지칭한다. 또한, "헤드 공간 체적"+ 작업 체적 = 컨테이너 체적(CV)이다.
본 발명은 외부 설비 영역으로부터 내부 공정 액체 체적을 분리하는 벽에 의해 둘러싸인 공정 액체 브로스 체적을 포함하는 유체 기밀 컨테이너를 포함하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템에 관한 것으로서, 여기서 상기 공정 액체 브로스는 제1 액체 밸브, 및 내부 공정 액체 체적으로부터 멀어지는 일방향으로 공정 액체를 펌핑하기 위한 운반 액체 펌핑 장치, 및 제2 액체 밸브, 및 내부 공정 액체 체적을 상기 외부 설비 영역으로부터 분리하는 필터 장치와 연통하고, 여기서 상기 유체 기밀 컨테이너의 내부 공정 액체 체적으로부터 상기 액체 펌핑 장치로의 액체 연통 수단으로서, 여과되지 않은 보유물 액체의 추가 수단이 상기 펌핑 장치로부터 상기 필터 장치의 여과되지 않은 제1 액체 연통 포트로 연장되고, 상기 필터의 제2 액체 연통 포트를 통해 상기 컨테이너의 내부 공정 액체 체적으로 다시 재순환되는 여과되지 않은 보유물 액체를 위한 추가 수단으로서, 상기 필터 장치는 여과된 공정 액체를 수확된 생성물로서 상기 외부 설비 영역으로 운반하기 위한 적어도 하나의 제3 투과물 배출 포트를 포함하고; 여기서 제1 액체 밸브는 내부 공정 액체 체적과 펌핑 장치 사이의 연통을 제어하고, 여기서 제2 액체 밸브는 펌핑 장치와 필터 장치 사이의 연통을 제어하고, 여기서 필터 출구 포트는 필터 장치와 외부 설비 영역 사이에서 연통한다.
도 1은 SUP와 CFF가 통합된 완전한 PTF 작동 SUB를 도시한다. 도 2는 컨테이너의 수직 측벽을 관통하는 튜브를 도시한다.
도 3은 컨테이너의 수직 측벽을 관통하는 튜브를 도시한다.
도 4는 일방향 밸브와 펌프에 연결된 튜브를 도시한다.
도 5는 병렬 작동 생물 블록에 장착된 본 발명을 도시한다.
도 6은 SUB와 CFF 사이에 격막 SUP가 있는 PTF 설정을 도시한다.
도 7은 밸브와 교차-흐름-필터가 장착된 PTF 펌프를 도시한다.
도 8은 가능한 흐름과 공정 다이어그램을 도시한다.
본 발명의 목적은 외부 설비 영역으로부터 내부 공정 액체 체적을 분리하는 벽에 의해 둘러싸인 공정 액체 브로스 체적을 포함하는 유체 기밀 컨테이너를 포함하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템에 관한 것으로서, 여기서 상기 공정 액체 브로스는 제1 액체 밸브, 및 내부 공정 액체 체적으로부터 멀어지는 일방향으로 공정 액체를 펌핑하기 위한 운반 액체 펌핑 장치, 및 제2 액체 밸브, 및 내부 공정 액체 체적을 상기 외부 설비 영역으로부터 분리하는 필터 장치와 연통하고, 여기서 상기 유체 기밀 컨테이너(12a)의 내부 공정 액체 체적(12d)으로부터 상기 액체 펌핑 장치(15)로의 액체 연통 수단으로서, 여과되지 않은 보유물 액체의 추가 수단이 상기 펌핑 장치(15)로부터 상기 필터 장치(16)의 여과되지 않은 제1 액체 연통 포트로 연장되고, 상기 필터의 제2 액체 연통 포트(16a)를 통해 상기 컨테이너의 내부 공정 액체 체적으로 다시 재순환되는 여과되지 않은 보유물 액체를 위한 추가 수단으로서, 상기 필터 장치는 여과된 공정 액체를 수확된 생성물로서 상기 외부 설비 영역으로 운반하기 위한 적어도 하나의 제3 투과물 배출 포트(16d, 16e)를 포함하고; 여기서 제1 액체 밸브는 내부 공정 액체 체적과 펌핑 장치 사이의 연통을 제어하고, 여기서 제2 액체 밸브는 펌핑 장치와 필터 장치 사이의 연통을 제어하고, 여기서 필터 출구 포트는 필터 장치와 외부 설비 영역 사이에서 연통한다.
본 발명은 1회용 생물 반응기(SUB), 1회용 펌프(SUP) 및 1회용 CFF 기반 미생물 보유 장치를 통합하는 제약 산업에서 미생물의 연속 공정을 위한 일회용 생물 공정 시스템이다. 용어 맥동-접선-흐름의 작동 후에, 일회용 생물 공정 시스템의 PTF는 다음과 같은 최종 사용자 혜택, 자유, 및 기능을 제공한다:
Figure 112018013409987-pct00061
PTF 발명품을 미리 조립하고 미리 필요한 모든 구성 요소로 미리 멸균하여 사용 시간을 단축하고 실험실에서 높은 처리량을 얻을 수 있도록 기존의 시간 소모적인 증기 멸균 장치를 제거한다;
Figure 112018013409987-pct00062
연구 개발뿐만 아니라 실제 생산에 유리한 사전 조립 및 사전 멸균 개념에 대한 교차 오염을 제거한다;
Figure 112018013409987-pct00063
PTF 세포 보유 시스템이 SUB 컨테이너 내부 또는 외부에 SUP 및 CFF를 통합 할 때 설치 시간을 최소화하며, 또한 원하는 관류 모드 공정을 위해 병렬 블록 또는 로봇 장치에 설치할 수 있다;
Figure 112018013409987-pct00064
SUP 내부의 온라인 액체 레벨(격막이나 피스톤으로 분리될 수 있음)을 측정하는 센서로 다양한 수확 및 세정 사이클에 대해 CFF를 통과하는 브로스 속도 및 부피를 비 병렬 제어;
Figure 112018013409987-pct00065
일회용 생물 공정 시스템은 여러 미생물 배양물의 신속한 평가를 가능하게 하여 세포주 개발에서의 생산성을 증가시켜 재료 및 노동을 크게 절약한다.
제약 산업에서는 체적 효율을 높이기 위한 SUB 플랫폼이 필요하며, 더 많은 온라인 분석가가 관류 모드 작동에서의 미생물 보유를 위한 기능을 가진 1회용 디자인으로 측정을 한다. 잠재적으로 DASGIP 병렬 작동 생물 블록 또는 (현재 SartoriusStedim Biotech의) 완전 자동화된 TAP Biosystem과 같은 반자동 로봇으로 병렬 처리하거나 연속 공정을 개별적으로 수행한다. 이유가 알려지지는 않았으나, 본 명세서에서 제시된 것과 같은 일회용 생물 공정 시스템 생성물은 오늘날에는 존재하지 않는다.
본 발명은 (하기에서 간략히 설명된) 장점을 포함하는 배양을 위한 SUB 또는 생물량의 발효를 위한 SUF 및 선택된 성분을 포함하는 일회용 생물 공정 시스템에 관한 것이다:
Figure 112018013409987-pct00066
선택적으로 하나 이상의 측벽 포트를 갖는 내부 저장조가 있는 중공 플라스틱 컨테이너 기계적으로 연결되거나 일체화된 포트의 범위를 포함하는 컨테이너; 컨테이너는 원하는 내부 저장조 및 각각의 부피를 제공하는 선택 가능한 직경 또는 단면(예컨대 사각형, 원통형, 또는 비 원통형)과 높이를 갖는다;
Figure 112018013409987-pct00067
선택적으로, 흡출관 고정자 외부 공간에 수직으로 그리고 방사상으로 배열된 배플 없이 또는 하나 이상의 배플로 작동하는 상기 컨테이너의 내부에 수직으로 배열된 흡출관 고정자로서, 상기 흡출관 고정자는 내부 공간 하우징 유체 운동, 교반 수단을 갖는다. 내부 저장조 유체 교반 장치(들)는 튜브 고정자가 축 방향 유체 이동 및 더 효율적인 축 방향 와류로 변환되는 배지의 방사상 소용돌이를 생성한다;
Figure 112018013409987-pct00068
선택적으로, 컨테이너 측벽으로부터 내부로 연장하는 SUB로서 작동하는 상기 컨테이너 내부에 수직으로 배열된 배플;
Figure 112018013409987-pct00069
외부 자석 수단에 의해 구동되는 바닥 벽을 통한 자기력 전달을 위해 컨테이너 바닥과 접촉하는 자석 및 베어링을 포함하는 구성 요소에 부착된 회전 샤프트 상에 배열된 유체 운동, 교반 장치;
Figure 112018013409987-pct00070
운동 동력 입력을 위한 베어링/밀봉 장치를 통해 컨테이너 상부를 관통하는 회전 샤프트 상에 배열된 유체 운동, 교반 장치;
Figure 112018013409987-pct00071
세포의 안전한 통기를 위해 혼합 가스 첨가물을 공급할 목적으로 컨테이너 내부에 수직으로 배열된 튜브;
Figure 112018013409987-pct00072
컨테이너의 브로스와 1회용 펌프 장치 사이의 액체 연통, 상기 SUP는 펌핑 동작을 용이하게 하기 위해 액체 운반 및/또는 액체 방향 제어 장치를 구성한다. 상기 SUP 장치는 컨테이너 내부 또는 컨테이너 외부에 배열될 수 있다;
Figure 112018013409987-pct00073
컨테이너와 1회용 교차-흐름-필터 장치 사이의 액체 연통, 상기 CFF는 관류 모드 작동 하에서 유익한 미생물 보유를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 액체 운반 및/또는 펌핑 장치 및 액체 방향 제어 장치를 구성한다. 상기 CFF 장치(들)는 상기 컨테이너 내부 및/또는 상기 컨테이너 외부에 배열될 수 있다;
Figure 112018013409987-pct00074
멸균된 재료로 제조되어, 비용 효율적인 1회용 적용을 위해 사용자에게 일회용이고 멸균되어 공급되는 것으로 간주된다.
SUB 컨테이너의 치수는 STR에 의해 제한되지 않지만 STR이 설치될 수 있는 생물 블록 또는 로봇 조립체의 바람직한 치수와 일치할 수 있다.
컨테이너는 외벽을 갖는 내부 공간을 제공하고, 원칙적으로 2개의 평면 단부 커버는 상부 커버 및 하부 커버를 제공한다. 컨테이너의 치수는 20 내지 200mm와 같은 직경 10 내지 500mm, 및 높이 50 내지 500mm와 같은 10 내지 1,000mm 범위의 하우징 조립체 범위이다. 또는 1에서 2.000cm2의 컨테이너 단면적으로 측정된다. 또는 수 밀리리터에서 최대 2.000리터에 이르는 CV로 측정된다.
본 발명의 일회용 생물 공정 시스템은 간단한 배치(batch) 조작을 보다 유리한 관류 모드 조작으로 확장하기 위해 다양한 추가의 배열된 장치 및 기능을 더 포함한다. 하나 이상의 교차 흐름 필터 장치, 통기 장치, 계측기, 센서, 액체 운반 장치, 밸브, 액추에이터, 유체 축압기 등의 공정 수단을 조절하는 중공체가 있다.
또한, 본 발명의 일회용 생물 공정 시스템은 미생물 보유 관류 모드 작동을 위한 액체 운반 또는 펌핑 장치 및 교차-흐름-필터 장치를 포함하는 1회용 생물 반응기를 포함한다. 이러한 CFF는 얇은 미세 다공성 막을 벌집형 모듈로 통합하거나 또는 유연한 반투막 평탄 또는 원형 막 또는 카트리지에 묶인 중공 섬유로 제조된 경질 다공성 세라믹 지지체로부터 제조될 수 있다. CFF는 SUB의 내부에 또는 SUB의 외부에 또는 그 옆에, 공정 액체 브로스와 액체 접촉하게 배열되며, SUB의 위 또는 옆에는 컨테이너 브로스 레벨보다 높거나 아래인 SUB로부터의 배수물이 있다. CFF는 SUB 공정 액체 저장조로부터 밸브 수단을 통해 액체 운반 장치에 의해 흡입된 액체 공급물에 순차적으로 노출되어 CFF 보유물 채널의 전체 내부, 보유물 구획을 점유한다. 액체 운반 입구와 CFF 출구 밸브의 일부 또는 전부를 폐쇄한 후에 액체 운반은 CFF 막을 가로 질러 TMP를 생성한다. 이는 배지에 현탁되는 공정에서 발현되고 원하는 단백질 생성물의 적어도 일부가 막을 통과하여 투과성으로 전환되도록 허용한다. CFF 내부의 잔류하는 미생물이 풍부한 액체 및 부스러기 잔해는 동시에 보유물로 전환되고, 액체 운반 작업을 위한 적당한 속도로 저장조로 배출되는 CFF를 통해 반환된다.
CFF의 투과면은 바람직하게는 TMP 손실을 극복하기 위해 보유 액체 압력 미만의 압력에 노출될 수 있다. 실제로, 투과물 측의 힘은 제한된 액체가 막 오염에 의해 주로 야기되는 막을 통과함에 따라 반투막의 TMP를 극복하는 데 유리하게 사용되며, 일반적으로 CFF의 보유 물 측에서 배지로부터 생성되는 퇴적물이다.
본 발명의 일회용 생물 공정 시스템은 수많은 요구 사항을 지원하고 기본 부품의 제조에 사용되는 다양한 단단하거나 반 강체 또는 가요성 생성물을 가능하게 한다. 본 발명의 하나 이상의 부분을 형성하는 중합체와 같은 재료는 예컨대 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아미드, PTFE 수지 및 다른 플루오로중합체, 아크릴 및 메타크릴 수지 및 공중합체, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰, 폴리스티렌, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 염소화 폴리비닐 클로라이드, ABS 및 그 합금 및 블렌드, 폴리올레핀, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 및, 초고 분자량 폴리에틸렌 및 그의 공중합체, 폴리프로필렌 및 그의 공중합체, 및 메탈로센 생성 폴리올레핀이 있다. 또는 실리콘, 고무 및 기타 탄성 재료와 같은 부분적으로 단단한 재료.
다음에 의해 제조되거나 조립되는 컨테이너의 기본 개별 부품:
Figure 112018013409987-pct00075
기본 부품의 사출 성형 또는 블로우 성형 또는 진공 열 성형;
Figure 112018013409987-pct00076
기본 부품을 함께 용접;
Figure 112018013409987-pct00077
사출 성형 공정을 통해 기본 부품 조각을 함께 성형;
Figure 112018013409987-pct00078
O-링 또는 평평한 와셔 또는 격막과 같은 탄성중합체 요소에 의한 조립 표면 사이의 기본 부품의 밀봉은 니트릴 고무, 실리콘 고무, Viton 고무, 라텍스 고무, EPDM, 또는 기타 탄성 재료일 수 있다;
Figure 112018013409987-pct00079
UV 경화 접착제 또는 에폭시 등 또는 이의 조합과 같은 접착 재료로 조립 표면 사이의 기본 부품을 밀봉.
제1 실시 예에서, 본 발명의 일회용 생물 공정 시스템은 액체 루프 내에 포함되는 미생물 보유 관류 모드에 적합한 일회용 물질로부터 제조된 본 발명에 따른 컨테이너를 제공한다:
Figure 112018013409987-pct00080
공정 파라미터를 측정하는 센서를 구현하기 위해 상기 제1 컨테이너 외벽 상에 배치된 다양한 포트;
Figure 112018013409987-pct00081
또한, 외부 튜브와 외부 호스는 외부 장치, 예를 들어 SUP로서 작동하는 제2 컨테이너에 연결하기 위한 액체 흡입 튜브와의 다양한 유체 연통을 위해 제1 컨테이너 내부 체적부까지 연장되는 외부 벽을 통과;
Figure 112018013409987-pct00082
또한, 제1 컨테이너에 수반되는, 제2 입구 포트 및 제2 출구 포트를 적절한 내부 체적을 갖는 SUP로서 작동하는 제2 관형 컨테이너로서, 상기 컨테이너는 하부 커버, 상부 커버로 폐쇄되고 액체 레벨 센서를 포함함;
Figure 112018013409987-pct00083
또한 액체 시리즈로 배열된 제1 컨테이너 및 제2 컨테이너에 수반되는, 하우징, 미세 다공성 내부 분리 벽, 제1 입구, 제2 출구, 및 제3 수확 포트를 포함하는 CFF 장치;
Figure 112018013409987-pct00084
제1 및 제2 컨테이너 및 CFF 장치에 수반되는, 제1 컨테이너로부터 제2 컨테이너로 일방향으로 브로스를 가이드하는 제1 밸브, 및 제2 컨테이너로부터 CFF 장치로 일방향으로 브로스를 운반하는 제2 밸브, 및 액체 루프를 폐쇄하는 CFF 장치로부터 다시 상기 제1 컨테이너로의 액체 연결부.
제2 실시 예에서, 본 발명의 일회용 생물 공정 시스템은 다음을 포함하는 미생물 관류 모드 작동에 적합한 제1 컨테이너를 제공한다:
Figure 112018013409987-pct00085
공정 파라미터를 측정하는 센서를 구현하기 위해 제1 컨테이너 외벽 상에 배치된 다양한 포트;
Figure 112018013409987-pct00086
상기 제1 컨테이너 외벽을 관통하는 추가의 다양한 튜브들, 호스들로서, 상기 제1 컨테이너 외벽은 일부가 외부 장치와 다양한 유체 연통을 위해 상기 제1 컨테이너의 내부 체적으로 또는 내부 체적으로부터 연장됨;
Figure 112018013409987-pct00087
SUP로서 작동하는 제2 컨테이너로 브로스 운반하기 위한 액체 흡입 튜브를 구현하기 위한, 제1 컨테이너 외벽 상에 배열된 포트. 제1 컨테이너 내부의 흡입 튜브를 포함하는 상기 제1 컨테이너로부터의 상기 브로스 입구는 상기 제1 컨테이너 상부 외벽을 관통하는 것과 무관하며, 발명되고 제시된 일회용 생물 공정 시스템은 또한 제1 컨테이너의 물리적 치수와 독립적으로 된다;
Figure 112018013409987-pct00088
또한, 제1 컨테이너에 수반되는, 제2 입구 포트 및 제2 출구 포트를 적절한 내부 체적을 갖는 SUP로서 작동하는 제2 관형 컨테이너로서, 상기 컨테이너는 하부 커버, 상부 커버로 폐쇄되고 액체 레벨 센서를 포함함;
Figure 112018013409987-pct00089
또한 액체 시리즈로 배열된 제1 컨테이너 및 제2 컨테이너에 수반되는, 하우징, 미세 다공성 내부 분리 벽, 제1 입구, 제2 출구, 및 제3 수확 포트를 포함하는 CFF 장치;
Figure 112018013409987-pct00090
CFF 제2 출구 포트는 PTF 개념을 완료하는 제1 컨테이너로 튜브를 통해 공정된 액체를 반환한다;
Figure 112018013409987-pct00091
CFF 제3 출구는 수확 포트로 간주된다;
Figure 112018013409987-pct00092
서로 독립적으로 배열된 SUP 및 CFF 컨테이너;
Figure 112018013409987-pct00093
외부 수단에 의해 회전 구동되는 상기 제1 컨테이너의 저장조 내부의 축 상에 배열된 액체 교반 임펠러 또는 터빈.
본 발명의 일회용 생물 공정 시스템의 제1 액체 운반 변형예는 액체 브로스 운반 펌프로서 작동하고, 상기 제1 컨테이너에 액체 연결 상태로 직렬로 배열된 제2 컨테이너를 이용한다. 상기 제2 컨테이너의 내부 공간은 제1 액체 배지 및 제2 구동 기체 구획을 나타낸다. 공정 브로스는 컨테이너에서 나오고 미생물 및 각종 잔해를 포함한다. SUP인 제2 컨테이너는 다음을 포함한다:
Figure 112018013409987-pct00094
제1 컨테이너 액체, 브로스 저장조로부터 액체를 운반하는 제1 입구 밸브;
Figure 112018013409987-pct00095
액체 배지를 CFF 장치의 제1 입구 포트로 운반하는 제2 출구 밸브;
Figure 112018013409987-pct00096
(양방향 액체 운동인 교류하는 액체 운동과 대조적으로) 순차적이며, 계속적이고, 일방향이며, 단일방향의 액체 운동으로 왕복 운동하며 펌핑 장치에 의해 운반되는 브로스 레벨 높이, 브로스 체적, 및 브로스의 속도를 연속적으로 조절하는 외부 구동 가스 제어 수단에 대응하는 구동 가스 연결부;
Figure 112018013409987-pct00097
SUP 활동 센서 - 액체 표면 높이 측정 센서 또는 액체 체적 측정 센서와 같은 내부 또는 외부 정렬 1회용 센서 또는 재사용 센서.
상기 CFF 장치의 제2 출구 측은 폐쇄된 액체 루프를 완성시키는 제1 컨테이너 공정 브로스 저장조와 일치하는 선택적 제3 밸브와 상기 제3 밸브 출구에 대응한다. SUP 컨테이너 및 밸브 및 CFF 장치는 SUB 컨테이너의 외부 또는 내부에 배열될 수 있다. 그리고, 각각의 SUP와 CFF 중 하나 이상이 SUB와 통합되거나 SUB 내에 통합될 수 있다. 임의의 적합한 조합 및 수치로 공정을 촉진시킨다.
바람직한 경우, 구동 가스 구획과 제2 컨테이너 내부의 액체 브로스 구획 사이에는 분리 장치가 있을 수 있다. 격막, 피스톤, 디스크 등의 한쪽 면이 젖고 반대쪽 면이 건조, 반 건조가 된다.
배양 시작을 위해, SUB 내의 적어도 센서 및 교반 장치를 커버하는 원하는 양의 배지가 원하는 레시피에 따라 접종된다. 원하는 생물량과 WV가 잠재력에 도달하면, 공정이 배치에서 유지 관류 모드 작동으로 전환된다.
본 발명의 관류 공정은 몇 가지 상이한 동작 모드, 원리의 조합이다 : 1. 배양 모드(일반적으로 SUB에서 몇 주간 계속된다), 2. 수확 - CFF에서 저속으로 "막 운반 모드". 3. 퇴적물 제거 - CFF에서 고속의 "막 세정 모드".
본 명세서에서 설명된대로 원하는 간격으로 서로를 따르는 서로 다른 독립적인 작동 모드:
Figure 112018013409987-pct00098
상기 SUB의 공정 액체는 SUB에서 SUP로의 편도, 단일방향 유체 경로를 보장하는 하나의 제1 밸브와 대응한다;
Figure 112023089484710-pct00099
상기 제1 밸브는 연관된 액체 운반 SUP에 대응한다;
Figure 112023089484710-pct00100
상기 액체 운반 SUP의 가변 용량 및/또는 압력이 상기 SUB로부터 상기 제1 밸브를 통해 운반되는 공정 브로스에 가해진다;
Figure 112023089484710-pct00101
상기 액체 운반 SUP는 막을 가로 질러, 제2 밸브를 통해 그리고 상기 CFF 장치의 제1 입구 및 CFF 입구 채널을 통해 한 방향(방향이 번갈아 바뀌지 않음)으로 공정 브로스를 운반한다.
Figure 112018013409987-pct00102
압력이 감소되었으나, CFF 장치를 따라 통과하는 체적 및 속도로 상기 장치(들)의 보유 측, 보유막 측, 상기 CFF 장치의 반대편의 제2 출구/단부 측으로;
Figure 112018013409987-pct00103
상기 공정된 유체가 상기 SUB로 반환된다 - 막 세정 모드에서 순차적으로 고속 플러싱이 막오염을 제거할 때 SUB로 반환되는 퇴적물;
Figure 112018013409987-pct00104
적어도 부분적으로 폐쇄된 경우 보유/CFF 유출 후에 선택적 제3 밸브를 수반하여 SUP를 액체가 보다 높은 압력으로 분리하여 기공을 통해 상기 CFF 장치 운반 수확부의 상기 막(들)의 보유 측에 적용되어, 통과될 때 미생물 및 다른 입자가 상기 막을 통해 상기 액체를 통과시키는 것을 막으며, 상기 막은 막 운반 모드인 경우 수확물 또는 수확된 생산물로 간주된다;
Figure 112018013409987-pct00105
상기 수확된 생성물은 상기 CFF 장치의 투과물 측으로부터 분리되어 외부로 수집되어 하류 공정으로 보내진다;
Figure 112018013409987-pct00106
확장 가능한 1회용 생물 반응기의 배양 브로스(세포 출혈)의 체적은 지수적 성장을 줄이고 총 원하는 생물량을 원하는 레벨로 유지하기 위해 폐기물로서 순차적으로 제거된다;
Figure 112018013409987-pct00107
해당 체적의 신선한 배지가 추가되고, 그에 따라 제1 컨테이너에 SUB가 보충된다;
Figure 112018013409987-pct00108
사이클을 완료함.
짧은 SUB 배치 배양 시간(1주일) 및 낮은 미생물 수, 높은/생물량(5-0x10E6 세포/밀리리터)의 범위로 하는 것이 바람직하다. 실체적인 PTF 작동 세포 밀도 범위는 바람직하게는 온라인 생물량 센서로 측정한 20-100x10E6 세포/밀리리터이다. 일반적으로 세포 밀도가 높으면 SUB의 생산성이 높아진다. 배양 시간이 길어질수록 처리량이 많아지고, 배양을 시작하는 데 소요되는 시간이 줄어 든다. 기존의 배치 공정은 세정 및 공정 재시작을 위해 1주일 + 1주일간 지속된다. PTF 공정이 시작될 수 있기까지 배치 배양을 위해 7-10일이 걸린다. 5-6주간의 연속 공정 시간은 배치에 대한 세포 밀도의 5-10배와 관련된다. 본 발명을 사용하면 다음 공정을 시작하는 데 단지 하루가 걸린다. PTF에 대한 배치를 비교하면, PTF는 생산하는 세포의 양과 수확한 세포의 양의 30 배이다.
공기 칼럼 구동 액체 운반 SUP를 나타내는 제2 컨테이너(도 1)의 이점은 현탁된 세포에 대한 낮은 전단 응력, 마이크로 담체 공정 가능, 현재 손상된 마이크로 담체 또는 세포 중 어느 것도 연동 펌프를 통과하지 못하게 함, CFF의 클록킹에 문제가 없으므로 설정이 막 다른 여과가 아님, 교류 흐름 없음, 간소화된 조작, 액체 속도의 제어 및 가장 단순하고 저렴한 비용으로 SUP 장치가 플라스틱으로 디자인되고 일회용 생물 공정 시스템에서 완전히 통합되고 멸균될 수 있다는 것이다.
제1 컨테이너에 대한 일반적인 조건으로서, SUB는 단일 미생물이 현탁 상태로 유지될 수 있거나 현탁 상태로 유지된 콜로니에 응집된 여러 미생물 또는 현탁 상태로 유지된 마이크로 담체에 부착된 여러 미생물이 있을 수 있다는 것이다.
제3 실시 예는 원하는 경우에, 상이한 직경 및 높이 및 내부 공간 체적을 갖는 하나 이상의 컨테이너를 포함한다. 서로의 또는 제1 컨테이너의 외부에 배치되며, 제1 컨테이너에 의해 둘러싸인 제2 컨테이너 외부에 배치된다. 제1 컨테이너 내부 공간은 미생물을 포함하는 공정 액체 배지를 함유하고, SUP인 제2 컨테이너는 배양액을 전달하고, 제3 또는 선택적으로 제4 컨테이너는 CFF 장치이다. 제2 컨테이너 내부 공간은 공기 구동식 SUP 펌핑 저장조를 나타낸다. 제2 컨테이너는 구동 가스 입구, 제1 공정 액체 입구, 및 제2 공정 액체 출구를 포함한다. 상기 SUP 제1 공정 액체 입구는 제1 밸브를 통해 제1 SUB 컨테이너 저장조와 대응하고, 제2 밸브를 통과하는 운반된 공정 액체는 제1 CFF 장치의 브로스 측의 제1 입구와 대응하는 제2 공정 액체 출구를 통해 대응한다. 상기 CFF 장치는 브로스를 보유물 제2 출구로 운반하여 SUB로 반환한다. 상기 투과된 제3 배출구로부터의 상기 CF 장치는 모든 멸균 설비로부터 회수되는 수확을 위한 외부 수단과의 적절한 연결을 통해 미생물이 없는 액체를 운반한다.
제어된 멸균 구동 기체 체적 및 압력을 제2 SUP 컨테이너 헤드 공간에 공급함으로써 공정 액체 배지 상부의 헤드 공간 체적의 압력 제어가 가능해진다. 헤드 공간 구동 가스 압력을 제어하여 공정 액면 높이를 제어한다. 제1 컨테이너 내의 공정 액체 레벨은 제2 컨테이너 액체 레벨보다 낮고 공정 유체는 제2 컨테이너 내부 공간 체적으로 운반될 제1 밸브를 통과하여야 하므로, 이는 제2 컨테이너 헤드 공간 가스 압력에 의해 모두 제어된다. 헤드 공간 가스 압력의 변화는 액체 레벨을 조절하고 수확을 위한 TMP 제어 하에 선택 사양인 제3 밸브 공급 공정 액체와 결합된다. 또는 보유물 측 막 표면의 퇴적물 제거를 위해 고속으로 유체를 공정한다. CFF는 자체 보유 배출구에서, 제1 컨테이너 공정 액체 저장조에 연결된 액체 출구를 갖는 선택 제어된 제3 밸브로부터 이익을 얻는다. 제3 밸브가 개방되면, 고속 액체의 막 세정 펄스가 반송되어 제1 컨테이너 공정 유체 저장조로 반송된다.
재관류 공정을 작동시키기 위해서는 제1 컨테이너가 브로스로서 공정 액체 및 현탁된 미생물을 보유해야 한다. 적어도 하나의 CFF는 공정 액체로부터 미생물(또는 마이크로 담체)을 순차적으로 분리하여 작동시키고, 이로써 언제든지 주로 제1 컨테이너 내부 공간 내에 미생물을 유지시킨다. 하나 이상의 SUP 및 하나 이상의 CFF는 원하는 경우 및 다른 사양 및 다른 제어 파라미터를 사용하여 병렬로 작동할 수 있다.
전통적인 상업적으로 이용 가능한 스테인레스 스틸 하우징인 CFF가 확장된 막 퇴적물 문제에 대한 공정 시간을 제한한다는 것이 최종 사용자 경험이다. 단 하나의 유일한 CFF 장치 모듈이 느슨한 수송 능력을 가지면, CFF를 교환하고 멸균 상태에서 새로운 새로운 CFF를 다시 삽입하는 것은 불가능하다.
본 발명은 제1 컨테이너의 내부뿐만 아니라 외부에 하나 이상의 사전 설치된 CFF를 가능하게 함으로써 연장된 배양 시간을 촉진시킨다. 이 기능을 통해 사용자는 연결된 CFF 모듈의 수만큼 관류 모드에서 제1 컨테이너 공정 작동 시간을 연장할 수 있다.
본 발명은 제2 SUP 컨테이너를 운반하는 하나의 액체가 하나 이상의 CFF 장치와 연결되게 한다. 각각의 CFF의 성능은 압력 강하(TMP) 및 질량 유량 센서와 같은 것에 의해 지속적으로 모니터링할 수 있다. CFF는 크기가 다를 수 있고 사양이 다를 수 있다. 제1 CFF의 수명 시간이 막 차압의 상한치에 도달하면, 상기 제3 밸브에 의해 상기 CFF가 차단되고, 그 다음에 신선한 CFF가 멸균 설치를 위험/위태하게 하지 않으면서 사용된다. 제1 및 제2 밸브는 바람직하게는 본 발명에 통합되는 저비용 밸브이다. 제3, 제4, 및 그 이상의 밸브는 제어된 호스/핀치 밸브일 수 있으므로, 도 8에 제시된 전체 공정 루프를 사전 조립 및 사전 멸균하여 하나의 멸균 부품을 생성하여 국부적인 멸균에 대한 필요성을 완전히 제거할 수 있다.
제4 바람직한 실시 예(도 6 참조)에서, SUB로부터 브로스를 CFF로 전달하는 자유로운 부동 및 비 제어 격막 기반 SUP가 제공된다. SUP는 각각 내부 챔버를 갖는 2개의 하우징 부와 탄성 요소에 의해 조립될 때 함께 밀봉된 원주상의 O-링 실링을 위한 홈을 포함한다. 상기 탄성 요소는 원주상의 밀봉 O-링과 일체화된 성형된 얇은 가요성 시트이다. 재료는 생물학적 공정의 요구 조건과 양립할 수 있는 것이 바람직하다. 상단 1회용 곡선형 돔 부품은 2개의 포트로 구성된다; 제1 일방향 밸브를 통한 SUB 연결을 위한 제1 입구 포트 및 일방향 밸브를 통한 CFF 연결을 위한 제2 출구 포트. 저 전위 재사용 하우징 부는 구동 가스 연결용 포트를 포함한다. 예컨대 진공 및 공장 압축 공기 사이의 제어된 구동 가스 압력. 격막은 2개의 펌프 하우징 부 내부 치수에 의해 결정되는 2개의 단부 위치 각각에 대해 최대로 확장된 2개의 위치를 갖는다.
SUB는 컨테이너의 바닥 플레이트를 통해 자기 교반 전달을 하는 컨테이너이다. 임펠러가 장착된 도시된 회전 샤프트와 같이 외부 회전력에 의해 구동되는 다양한 교반 장치가 SUB에 추가될 수 있다. 흡입 튜브는 브로스의 흡입을 위해 SUB 벽을 통과하여 SUB 내부의 브로스 체적으로 침투한다. 흡입 튜브는 탄성 격막과 상부 돔 하우징 사이의 SUP 상부 내부 액체 챔버에 대한 SUP 돔 외부의 제1 일방향 입구 밸브로 호스를 통해 운반된다. 탄성 격막은 윗부분과 비 젖음성 비 멸균 구동 가스 구획 아래의 멸균되고 습한 환경을 분리한다. SUB 흡입 튜브는 제1 밸브 입구 바브(barb)까지 이어지는 호스로 끝이 난다. 제1 밸브는 SUB로부터 SUP 챔버로의 일방향 브로스 흐름을 허용한다. 제2 밸브는 SUP 펌핑 챔버로부터 CFF 입구 포트로의 한 방향 브로스 흐름을 허용한다. CFF는 브로스가 채널을 따라 CFF 배출구로 통과하는 것을 가능하게 하며, CFF 배출구로부터 호스는 현재의 보유물이 SUB로 다시 가이드되어 액체 사이클을 마친 브로스와 혼합되는 것을 보장한다.
또한, 제5 바람직한 실시 예(도 7 참조)에서, 관류 공정 설정에서 결합된 SUB 및 CFF 작동을 위한 SUP는 격막 펌프이다. SUP의 예는 자유 플로팅(free-floating)이며, 이는 WO2010/069321에 기술되어 있으며, SUB에서 CFF를 통해 브로스를 전달하는 운동 및 위치 제어 탄성 격막이 제공된다. SUP는 각각 내부 챔버를 갖는 2개의 하우징 부 및 탄성 요소에 의해 조립될 때 밀봉된 원주상의 O-링 밀봉을 위한 홈을 포함한다. 상기 탄성 요소는 원주상의 밀봉 O-링과 일체화된 얇은 가요성 격막이다. 재료는 생물학적 공정의 요구 조건과 양립할 수 있는 것이 바람직하다. 상단 1회용 곡선형 돔 부품은 2개의 포트로 구성된다; 제1 일방향 밸브를 통한 SUB 연결을 위한 제1 입구 포트 및 일방향 밸브를 통한 CFF 연결을 위한 제2 출구 포트. 하부 하우징 부는 구동 가스 연결용 포트를 포함한다. 예컨대 진공 및 공장 압축 공기 사이의 제어된 구동 가스 압력. 재사용 가능한 하부 펌프 하우징에는 탄성 격막의 위치를 실시간으로 가능한 0.1mm 정확도로 결정하기 위한 센서가 장착되어 있다. 위치 센서의 데이터는 최신 전자 장치로 PID 알고리즘에 대한 입력을 계산하고 격막의 비 젖음 부분에서 가변 구동 가스 압력에 대한 비례 밸브 개방을 실시간으로 조정할 수 있도록 SUP의 속도 및 체적 제어를 허용한다. 상기 격막은 그에 따라 위치를 변화시키고 선택된 격막 위치에 따라 액체의 원하는 부분을 각각 이동시킬 것이다. 격막 기반 펌프는 밸브와 직렬로 작동하며, SUB와 CFF 사이에 배치되며, SUP의 입구 측에 하나의 제1 밸브가 있고, CFF 보유물 입구 측을 향하게 펌프 출구 측에 하나의 제2 밸브가 있다. 선택적으로, TMP 제어를 위한 CFF 출구 쪽의 하나의 제3 밸브. 격막 펌프는 협력하여 제1 및 제2 밸브와 직렬로 작동한다. 이는 발명된 PTF 개념인 일방향 흐름의 제어 및 보장을 허용한다. SUP는 CFF를 통과하는 브로스의 액체 체적 및 유속을 제어하고 CFF의 보유물 측의 수확 및 재순환 체적을 제어한다. 수확 상황에서 점진적으로 증가하는 TMP를 극복하기 위해 SUP에 의해 압력이 공급된다. CFF 막 차압을 원래 단계로 복원한 수집된 막 퇴적물을 순차적으로 플러시하기 위한 브로스 속도.
SUP가 공정 브로스로 채워지고 CFF가 공정 브로스로 채워지는 경우, 제1 밸브가 폐쇄되고, 제2 밸브는 개방되고, 제3 선택적 밸브는 부분적으로 폐쇄되어, 증가하는 TMP를 극복하도록 설정된다. 상기 펌프의 격막을 확장시키면 시스템 압력이 상승하고 TMP를 극복하며 막은 액체를 운반할 것이고 이로써 보유물을 원하는 유형의 수확으로 투과시킨다.
한 가지 실체적인 방법은 SUP 격막이 이완된 단계에 있고 펌프 챔버와 CFF가 공정 브로스로 채워진 경우, 제1 밸브만이 폐쇄되는 것이다. 펌프와 관련이 있는 CFF의 반대쪽 끝 부분에 배열된 선택 사양인 제3 밸브가 개방되고, (1 내지 20m/s와 같은) 고속 액체가 CFF를 통해 하나 이상의 펄스로 펌핑된다. 상기 액체 브로스는 개방된 제3 밸브를 통과하여, CFF 보유 막 표면으로부터 수집된 세포 물질, 퇴적물 등을 따라 끌려서 SUB 저장조로 다시 반환된다. 액체 루프는 모든 구성 요소가 폐쇄 루프와 같이 공급되고 폐쇄 루프에서 작동한다. 막 퇴적물 제거를 위해 액체의 교류 흐름이 필요하지 않다. 본 발명의 PTF 설정에서 단지 하나의 액체 방향만이 일반적인 시스템에서 개선되고, 특히 "신선" 공정 액체 브로스는 연속 막 세정에 사용되므로 CFF 성능을 향상시킨다.
격막 펌프의 실시 예의 SUP는 격막이 원하는 형상으로 팽창할 수 있고 및/또는 진공으로부터 대기압까지의 구동 가스 압력으로 노출될 때 원하는 형상으로 복귀할 수 있는 가요성 및/또는 탄성 요소에 기초한다. 구동 가스를 갖는 가요성 및/또는 탄성 요소의 일측 이동 및 다른 측면상의 공정 액체는 젖지 않고 멸균된 환경과 멸균되지 않고 젖지 않은 면을 분리시킨다. 또한, 격막은 상이한 형상을 취할 수 있고, 컨테이너의 내부뿐만 아니라 외부의 임의의 장소에 배열될 수 있거나 또는 강성의 컨테이너 벽에 부분적으로 또는 부분적으로 컨테이너 벽의 외측 및 내측에 배치될 수 있다. 격막은 탄성 재료의 시트, 구형, 부분적으로 구형, 튜브 형태, 원통형, 한쪽 끝이 폐쇄된 원통형 형태의 모양을 가질 수 있다.
발명된 PTF의 경우, 제1 및 제2 밸브는 우산 밸브 또는 볼 밸브 또는 벅 빌(buck bill) 밸브로서 업계에서 알려진 수동 일방향 밸브일 수 있다. 또는 핀치 밸브 또는 호스 밸브 또는 시트 밸브 또는 포펫(poppet) 밸브 또는 이들의 조합과 같은 외부 수단에 의해 제어되는 밸브.
막 여과 작업 경험이 있는 사람은 퇴적물, 잔해물, 막힘 현상이 중요한 문제라는 것을 알고 있다. 탄성 막의 퇴적물은 공정 중 신속한 유속 변화로 제거될 수 있다. 미국 캘리포니아 소재의 Spectrum Laboratories Inc. 및 Refined Technology(현재 미국 매사추세스 소재의 Repligen Corp.)의 시판 중인 세포 보유 CFF 시스템에 사용되는 펌프는 브로스 속도에서의 빠른 변화를 허용하지 않는다. Spectrum Laboratories는 원심 펌프를 사용하고, Refined Technology는 격막 펌프의 운동에 유연성을 제한한다.
본 발명은 CFF 막 표면을 통과하는 빠른 브로스 속도 변화(미터/초로 측정됨)의 넓은 범위로부터 이익을 얻는다. 수확 모드의 경우 0.01에서 1m/s와 같은 낮은 속도이면 충분하다. 세정 사이클을 위해 더 높은 속도는 1 내지 20m/s 이상에서 퇴적물의 제거를 촉진한다. 시스템의 SUP는 가장 낮은 속도에서 가장 높은 속도까지 하나의 펌핑 사이클에서 다음 펌핑 사이클까지 개별 펌핑 사이클 사이들 사이의 속도를 조절할 수 있다. 이로써 "수확 사이클" 및 "세정 사이클"라는 표현이 생성된다. 공정 성능을 제한하는 CFF 최적물이 누적되기 전에 보다 좋은 CFF 성능 및 보다 긴 공정 수명을 활용하며, 배양은 종료된다.
배양을 위한 가열 및 발효를 위한 냉각과 같은 배지의 열 에너지 교환은 SUB를 가열 블랭킷 또는 워터 재킷 시스템으로 캡슐화함으로써 수행될 수 있다.
열 관리는 또한 총 생물량, 브로스 내의 세포 밀도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, CHO 세포와 같은 포유류 세포주는 37°C에서 최대 세포 성장 속도로 작동한다. 그들은 24시간마다 한 번 또는 더 많거나 더 적게 나뉘어져서 기하 급수적으로 성장하고 그로 인해 결국 SUB를 차단한다. 온도를 3 내지 10°C로 낮추면 주당 20 내지 100x10E6세포/밀리리터와 같은 SUB의 세포 밀도가 안정적으로 유지된다.
본 발명의 일회용 생물 공정 시스템을 삽입하기 위한 평행한 블록, 소켓, 워크스테이션, 로봇을 추가적으로 배치한 데스크탑은 샘플링이 쉽고, 센서와 케이블 및 관련 PCS의 연결을 단순화하는 등의 이점을 제공할 것이다. 병렬 작동 설정은 설치된 SUB 본체를 용이하게 하는 모든 형상을 취할 수 있다. SUB는 양방향으로 배치된 하나 이상의 행에 배치되어 하나의 설정에서 1 내지 48개 이상의 SUB를 갖는 조립체를 생성할 수 있다.
교류-접선-흐름 세부 사항
시장을 지배하는 Refined Technology의 교류-접선-흐름(Alternating-Tangential-Flow) 개념은 이중 흐름 방향, 펄스의 양방향 흐름 개념이다. ATF는 CFF 내부 체적이 각각의 스트로크에서 신선한 액체로 완전히 교환되지 않기 때문에 교차-흐름-필터 장치 내부의 액체 교환을 감소시킨다. 통제되지 않은 희석이 CFF 내부에서 발생한다.
ATF의 격막 펌프는 탄성 격막을 위해 오직 2개의 위치만을 제공한다. 2개의 끝 위치와 그 사이의 위치는 전체 체적을 제외하고 미터링 펌프의 이점으로서의 기능을 허용하지 않는다. ATF 격막 펌프는 특정 펌프 크기 체적인 하나의 특정 체적만을 펌핑할 수 있다. 이 사실에 따르면, 상이한 CFF 크기와 상이한 STR에 대해서는 다양한 펌프 펌프 크기가 필요하다. 밸브는 흐름 제어 또는 흐름 방향에 대해 참조로 설명되지 않고 실제로 사용되지 않는다. ATF 개념 펌프는 최적의 관류 성능을 위해 정확하고 선택된 펌핑 체적에 대한 프로그래밍을 허용하지 않으며 CFF 수명을 연장시키는 제어된 퇴적물 제거를 위해 고속으로 결합되지 않는다.
세포 보유물이 있는 ATF 관류 시스템 CFF 장치는 3리터 실험실 규모에서 5개의 다른 펌프 크기로 커버된 500리터의 모든 철강 생산 규모를 처리하는 기존의 유리/스틸 STR을 작동시킨다. ATF-2, 4, 5, 8, 10으로 명명된 5가지 펌프 크기의 전체 ATF 선택은 전체 범위에서 대략 1:55의 확장 가능한 계수를 포함한다. ATF 펌프는 일부분의 스트로크가 아닌 펌핑 용량에서 한 번의 완전한 스트로크만을 제공할 수 있다. 펌프 ATF-2는 스트로크당 0.1리터를 교환하고, ATF-4는 스트로크당 0.4리터를 교환하고, ATF-6은 스트로크당 1.3리터를 교환하고, ATF-8은 스트로크당 2.5리터를 교환하고, ATF-10는 스트로크당 5.5리터를 교환한다. 5개의 서로 다른 펌프는 각각 STR 체적에 대해 대략 1:5의 개별 확장성을 제공한다. 각각의 ATF 펌프는 펌프 제한 사항에 따라 최대 ±10% 표면적(약 0.1 또는 0.75 또는 2.5 또는 4.2 또는 10m2)의 특정 크기의 CFF에 연결해야 한다. ATF 시스템(펌프 하우징, CFF 하우징, 연결부)은 사전 조립 및 사전 소독 및 일회용으로 사용할 수 없다. ATF는 수동 장착, CFF 모듈 삽입, 증기 멸균, 및 STR 또는 대형 스틸 용기와의 복잡한 연결을 위해 스테인레스 스틸로만 제공된다.
맥동-접선-흐름 세부 사항
이와 비교하여, 본 PTF 발명은 하나의 액체 흐름 방향, 단방향, 단일 흐름 방향을 펄스로 이용한다. 본 발명은 SUP로부터 펄스가 나타날 때마다 전체 CFF 브로스 체적 교환을 이용한다. 신선한 브로스, 액체는 항상 밸브로 제어되는 SUP에 첨가된다. 본 발명은 센서를 통합할 때 0.01 내지 20m/sec의 속도 및 SUP에 의해 수행되는 체적의 완전한 제어를 허용한다.
PTF 모드에서 작동하는 본 발명의 일회용 생물 공정 시스템은 다양한 펌프 원리를 이용한다.
본 발명에서, 제2 컨테이너(SUP)(도 1 내지 5)는 또한 시간과 무관하게 소정의 사전 제어된 체적을 흐르게 할 수 있는 센서를 통합하는 경우, 계량 펌프이다. SUP는 각각의 펄스에서 CFF의 내부 체적의 정확한 브로스와 같은 체적을 교환할 수 있다. 도시된 실시 예에서 스트로크 분해능이 0.1mm이고 최대 스트로크가 150mm인 경우, 단 하나의 SUP 크기에서 체적 변화는 놀랍게도 1:1,500이다. 하나의 펌프 크기는 1:50의 표면적과 1:50의 범위의 SUB를 가진 매우 광범위한 CFF 모듈의 요구 사항을 모두 충족시켜 최종 사용자의 투자를 줄일 수 있다.
본 발명의 관류 시스템(PTF)은 SUB 크기를 0.25리터 SUB 실험실 규모 W로 허용하고, 단지 하나의 SUP 크기로 인상 인자 500으로 업스케일링할 수 있게 한다.
본 발명은 SUB를 SUP, 다양한 SUS, 1회용 CFF, 모든 호스, 및 모든 연결부와 통합하며, 모두 완전히 간단하게 조립, 사전 멸균, 및 완전 폐기할 수 있으며 사용이 매우 쉽고 최종 사용자 입장에서 훨씬 높은 처리량을 제공한다.
본 발명에서, 센서를 통합할 때 격막 펌프(도 6 및 도 7)는 펌핑된 속도 및 측정된 체적에서 특별한 성능 폭을 이용한다. 시간에 관계없이 원하는 사전 제어된 유량을 흐르게 할 수 있으며, 한 번에 수 ml/시간에서 1리터에 이른다. 100mm/0.5리터, 150mm/1.7리터, 220mm/5.5리터와 같은 직경/부피를 갖는 각의 격막 SUP는 동적 범위에서 1:5,000일 수 있다. 원칙적으로, 전체 CFF를 커버하는 하나의 220mm SUP만을 필요로 하며, 표면은 0.m2에서 10m2이다.
작동 방법
일반적으로 생물량으로서 현탁된 미생물을 보유하고 있는 생물 반응기 또는 발효기의 가장 많이 사용되는 3가지 배양, 발효, 및 작동 모드는 다음과 같다;
Figure 112018013409987-pct00109
일정한 작업량(Working Volume, WV) 및 1회 수확(일반적으로 5일 및 성공적인 경우 10mio 세포/ml)으로 배치(batch)한다;
Figure 112018013409987-pct00110
최소한의 WV 및 공정 매체로 순차적으로 또는 연속적으로 시작되는 유가 배치(fed-batch start up)는 작업량 증가 및 1회 수확량 증가에 있어 기하급수적인 증가를 위해 추가된다;
Figure 112018013409987-pct00111
현저히 높은 레벨의 일반적으로 일시 정지된 생물량, 높은 레벨의 미생물 보유를 위한 연결된 CFF 장치로 순차적으로 작업량을 순차적으로 또는 배지 교환을 계속하며 수확을 계속한다.
관류 배양 - 또한 숙련된 사용자는 바람직하게는 발명된 일회용 생물 공정 시스템 플랫폼을 바람직한 평균 미생물량, 생물량이 배양되는 PTF 관류 모드 작동 SUB로 사용할 것이다. 발현된 생성물은 추가적인 하류 공정을 위해 연속적인 수확 하에서 순차적으로 제거된다. SUB 내의 미생물은 기하급수적으로 성장하여 원하는 생성물을 계속 발현시킨다. 이것에 관해서는 정기적으로 세포를 포함하는 브로스의 양이 SUB에서 제거되어야 하며 신선한 배지가 추가되어야 한다. 이것은 순차적으로 공정의 일부분으로 생물량과 생성물을 느슨하게 하나, 받아들여지는 방법이다. 이와 관련하여, 미생물 보유 관류 공정은 정상 상태 조건에서 수행되는 연속 공정이 아니다. 하나 이상의 CFF 장치는 전형적으로 농축된 미생물, 영양분, 폐기물, 생성물 등을 함유하는 배지 WV로부터 원하는 발현된 생성물을 분리하는 데 사용된다. 보유 농축물은 CFF에 머무른 후 SUB로 반환된다. CFF는 현탁된 미생물이 없는 수확/투과물로부터 현탁된 미생물/보유물을 순차적으로 분리하는 액체 공급 원료인 SUB 내의 공정 유체에 순차적으로 노출된다. (하나 이상의) CFF 장치는 바람직하게는 일회용 특성으로 구성될 수 있으며 SUB 내에 통합되며 모든 구성 요소는 함께 조립되어 이중 필름 백에서 멸균되어 공급된다. SUB WV로부터의 배지를 함유하는 미생물의 CFF 장치 내의 하나 이상의 채널을 통한 운반은 SUP 장치를 운반하는 하나 이상의 유체에 의해 수행될 수 있다. CFF를 따르는 압력 차이는 SUB WV의 액체가 순화되어 CFF 채널의 전체 내부 공간을 순식간에 운반하고 정화되도록 한다. CFF의 투과면은 컨테이너 내의 압력(종종 대기압)보다 낮은 압력에 대해 영구적으로 또는 순차적으로 노출될 수 있다. 막 표면 상에 가능한 부착물/필터 케이크의 제거는 막에 부착된 입자가 세정되고, SUB 컨테이너 WV 내로 플러싱되도록 막 표면을 따라 고속의 액체의 급속 및/또는 맥동 유동에 의해 수행된다. 본 명세서에서 기술된 세포 보유 시스템을 갖는 포유류 세포의 배양에 대한 전형적인 생물량 농도는 20 내지 100x10E6세포/밀리리터 이상에 이른다.
SUP는 바람직하게는 일회용 부품이고, 상기 SUP의 속도, 체적, 및 압력 제어에 사용될 수 있는 제어 장치 또는 PCS에 온라인 정보를 제공할 수 있는 센서를 사용한다. 본 발명의 저비용 SUS 또는 고정밀 재사용 가능한 센서가 바람직하다. 30mm와 200mm 사이의 길이를 측정할 수 있는 고정밀 삼각 레이저 거리 센서를 사용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다:
Figure 112018013409987-pct00112
0.1초보다 빠른 응답 시간으로 SUP 관형 실린더의 동적 액체 레벨 높이;
Figure 112018013409987-pct00113
탄성 격막 아래에서 SUP 본체의 동적 격막 위치.
1 내지 8Bar의 적절한 구동 압력으로 공급되는 도 1에 제시된 제1 실시 예 및 크기의 SUP는 이 CFF 예에서 1초당 1스트로크에서 1초당 20스트로크를 달성할 수 있으며, 중공 섬유 모듈로서 각각의 직경이 0.5 내지 1mm이고 길이가 400mm인 12개의 섬유 튜브가 있다. 체적은 34mm 내경의 튜브로 도 1과 같이 SUP를 구동하는 공기 컬럼의 경우 스트로크당 수ml/시간 내지 150ml/초에 이른다. 중공 섬유 튜브 사양은 SUB 체적 및 CFF 표면에 따라 변경될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 제2 실시 예 및 크기의 SUP는 프로그램 가능한 속도로 프로그램 가능한 체적을 전달할 수 있는 정밀 펌프를 나타낸다. 1 내지 8Bar의 적절한 구동 압력이 공급되어, SUP는 시간당 1스트로크에서 초당 1 스트로크를 수행할 수 있으며, 연결된 CFF 장치에서 속도가 0.01 내지 20m/s 이상에 이른다. 체적은 격막 직경과 팽창률에 따라 다르며 범위가 스트로크당 ml에 이른다.
피스톤 표면, 액체 표면, 격막 표면의 실시간 위치를 파악한 후 컴퓨터로 간단한 수학 계산을 수행하면 운동, 속도, 배출량 등에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다.
격막 표면의 운동은 상기 피스톤 표면, 액체 표면, 절대 압력에서 대기압 이상의 구동 가스 압력에 의해 활성화된다. 압력 조절 밸브, 바람직하게는 비례 밸브에 의해 압력이 제어된다. 상기 밸브는 상기 컴퓨터 또는 PCS에 의해 제어된다.
본 발명의 일회용 생물 공정 시스템의 전술한 실시 예는 공정 변수를 제어하고 공정 레시피에 기술된 바와 같은 공정 정보를 통합하는 PCS에 연결되는 것이 바람직하다:
Figure 112018013409987-pct00114
PCS는 공정 변수의 데이터를 지속적으로 수집하는 SUB 및 SUP 및 CFF에 통합된 여러 센서에 연결된다;
Figure 112018013409987-pct00115
일회용 생물 공정 시스템 작동 파라미터는 다양한 액추에이터, 공정 파라미터 제어를 위한 장치 통합 생물 공정 시스템과 통신하면서 PCS에 의해 끊임없이 변경된다.
PCS는 다음과 같이 다양한 입력/출력 채널에 대한 제어를 포함한다:
Figure 112018013409987-pct00116
다양한 범위의 센서로부터 데이터를 수집하고 측정하는 다양한 전자 아날로그 및 디지털 입력 채널;
Figure 112018013409987-pct00117
다양한 액추에이터에 대한 다양한 공압, 가스, 전자 아날로그 및 디지털 출력.
도면에 대한 설명
도 1은 완전히 조립된 최종 사용자에게 공급되는 본 발명의 멸균 일회용 생물 공정 시스템(11)의 x 레이 뷰를 도시한다 (본 명세서에서는 필름 보호 백이 없는 것으로 도시됨). SUB 12 컨테이너(12a)는 센서(13a), 센서(13b), 및 생물량 센서(13c), 축(17a)에 장착된 트윈 임펠러(17c, 17d), 및 상부 커버(12b)를 통해 장착된 하나의 통기 튜브(13e)를 포함한다. SUB(12)는 수직 측벽(12c), 및 컨테이너 내부의 저장조(12d), 및 수평 바닥 벽(12e)을 갖는 컨테이너(12a)를 포함한다. 선택적 SUP 흡입 튜브(12f)는 저장조(12d) 내부에 배열되고, 컨테이너(12a)의 수직 측벽(12c)을 통해 포트(12g)를 통해 SUP(15) 앞에 있는 제1 일방향 SUP(15) 입구 밸브(14a)에 관통하는 90도 각이 진 엘보(elbow)를 통해 연결된다. SUP(15)는 SUP(15) 하우징(15b) 내부에 전자 액면/체적 센서(15a)를 포함하고 외부 및 도시되지 않은 구동 가스 제어 장치와 직렬인 멸균 필터(15c)를 포함한다. CFF 장치(16)는 SUP(15) 제2 일방향 출구 밸브(14d)와 직렬로 그리고 그 후에 배열된다. CFF(16)는 SUP(15) 제2 출구 밸브를 통해 브로스를 수신한다. CFF(16) 액체 보유물은 배출구 포트(16b)로 전달되고, 호스(16c)를 통해 SUB(12)로 가이드되고 SUB(12)의 수직 외부 측벽(12c) 입구(16c)를 통해 유입되어 SUB(12) 브로스 저장조(12d)에 버려진다. CFF(16)는 출구(16h 및 16g)를 투과시키고, 튜브(16e)를 통해 수확된 생성물을 운반하고 튜브(16f)를 조절한다. 컨테이너(12a) 상부 커버(12b)로부터 4개의 외부에 배열된 호스(18a, 18b, 18c, 18d)는 최종 사용자가 외부 펌프 및 다양한 배지 컨테이너(미도시)에 연결하게 한다. SUB(12)는 상부 커버(12b)를 통해 베어링(17e)을 통해 컨테이너(12a) 내로 연장되는 샤프트(17a)를 포함하며, 상기 샤프트(17a)는 하나 이상의 임펠러(17c, 17d)와 같은 교반을 제공하는 샤프트(17a)로부터 반경 방향으로 연장되는 수단을 구비한다.
도 2는 회전 샤프트(27a)가 지지되는 컨테이너(22)의 바닥 벽(22e)에 배열된 수직 컨테이너 벽(22a) 및 지지 베어링(27b)을 갖는 컨테이너(22)의 하부의 단면도를 도시한다. 상기 샤프트(27a)에는 2개의 임펠러(27c, 27d)가 장착되어 있다. PG 13.5 크기 센서(23b) 팁이 도시되어 있다. 제1 밸브 본체(24a)는 상부 커버(미도시)와 바닥 벽(22e) 사이의 컨테이너(22) 수직 벽(22a)의 외측에 배열된다. 밸브 본체(24a)는 컨테이너(22)의 제1 지지 풋(24b)과 컨테이너 벽(22a)의 외부 측의 제2 지지 풋(24c) 사이에 배열된다. 입구 풋(24b) 및 입구 일방향 밸브(24) 및 출구 풋(24c)의 조립체는 액체 배지를 저장 조(22d)로부터 SUP(15)로 일방향으로 운반한다. SUP(15) 입구(22f)는 수직으로 배열된 흡입 튜브(22f)가 저장조(22d) 내부의 엘보(22g)의 상부에 고정되고 컨테이너 벽(22c)의 바닥 벽(22e)으로부터 적당한 높이로 고정된다. 흡입 튜브(22f)는 바닥 벽(22e)의 컨테이너 내부 측 상에 적절한 거리(22h)로 자유롭게 매달려 있다.
도 3은 원통형 컨테이너(32a)를 포함하는 SUB(32)의 하부를 단면도로 도시한다. 수직으로 배열된 흡입 튜브(32f)는 상기 컨테이너 벽(32c)의 내부 측 상에 상기 컨테이너(32a) 내부의 각이 진 엘보 본체(32g)의 상단부에 고정된다. 흡입 튜브(32f)는 컨테이너 벽(32c)의 포트(32d)를 통해 컨테이너 벽(32c)의 외측에 배열된 지지 풋(34b) 내부에 배열된 제1 입구 밸브(34a)와 대응한다. 지지 풋(34b)은 상부 외부 측 상의 SUP 수직 실린더(35)를 더 지지한다.
도 4는 컨테이너 벽(42a)을 갖는 SUB(41) 및 회전축(47a)이 지지되는 바닥 벽에서 지지 베어링(47b)을 본 PTF 관류 시스템의 단면도에서 본 발명의 일 실시 예를 도시한다. 샤프트(47a)는 2개의 임펠러(47c, 47d) 및 외측으로 장착된 서보 모터(미도시)를 가능하게 하는 커버 벽(42h)에 장착된 헤드-플레이트-구동 베어링 지지부(47e)를 구비한다. PG 13.5 기반 센서(43b) 및 유사한 크기의 생물량 센서(43c)가 상부 커버 벽(42h)을 통해 액체 저장조(42b) 내로 연장되는 것으로 도시되어 있다. 제1 입구 밸브(44a) 본체는 컨테이너(42a) 외부의 측벽에 배열되어 SUP(45)와 SUB(41) 사이의 외부 측벽이 배지 저장조(42b)로부터 인출된 일방향 액체 흐름을 보장한다. 수직으로 배열된 흡입 튜브(42f)은 컨테이너(42a) 측벽 내부 및 내부에 90로 각이 진 액체 운반 본체(42g)에 고정된다. SUP 실린더(45)는 제1 유입 밸브(44a) 후에 SUB(42)의 외부에 배치되고, SUB(41) 내부의 배지 저장조(42b)로부터 제1 유입 밸브(44a)를 통과하는 공정 브로스를 수신한다.
도 5는 열 제어 및 기계적 지지를 위해 디자인된 블록(59a)에 설치된 하나 이상의 일회용 생물 공정 시스템(51)을 갖는 본 발명의 일 실시 예를 도시한다. 원한다면, 하나 이상의(59a, 59b, 59c, 59d) 개별 일회용 생물 공정 시스템(51)의 교반 목적을 위해 PCS(미도시)에 의해 병렬로 작동된다. SUP(55) 및 CFF(56)는 CFF(56) 반환 연결 호스(56a)만을 포함하는 SUB(59a) 상에 설치된다. 다른 모든 호스 및 액세서리와 센서는 단순화를 위해 표시되지 않았다.
도 6은 PTF 설정에서의 실시 예 및 재순환 액체 유동 경로를 도시한다. SUP(62)는 SUB(60)와 CFF(64) 사이에서 브로스를 운반하고 액체를 SUB(60)로 반환한다.
SUB(60) 컨테이너는 회전 자기 장치(61c)에 부착된 외부 수단(미도시)에 의해 구동되는 축(61b) 상에 장착된 임펠러(61a)로 액체 배지를 연속적으로 교반한다. 흡입 튜브(62b)는 SUB(60)의 커버 벽(60a)을 통과하여 SUB(60) 내부 액체 배지 저장 조(60b) 내로 침투한다. SUP(62)는 SUB(60) 액체 저장조(60a)로부터 튜브(62d)를 경유하여 제1 밸브(62a)를 통해 액체 배지를 흡입하고 호스(62c)를 통해 배지를 SUP(62) 돔 벽(62d) 상에 위치된 제1 밸브(62a)로 운반한다. 상기 제1 일방향 밸브(62a)는 SUB(60)로부터 액체를 수신하고, SUP(62)가 흡입, 채움 모드에 있을 때, 브로스 체적을 SUP(62)의 내부 펌핑 챔버로 더 통과시킨다. 제2 일방향 밸브(62e)는 SUP(62)로부터 브로스를 수신하고, SUP(62)가 펌핑 모드에 있을 때 SUP(62)로부터 내부 펌핑 챔버로부터 브로스를 운반한다. 포트(62g)는 구동 가스가 작동 목적으로 SUP(60)에 들어갈 수 있도록 한다. 상기 액체 배지는 CFF(64) 브로스 입구 포트(64a)로 이어지고, 상기 CFF(64)는 CFF(64) 관형 컨테이너(64b) 내부의 내부 다공성 막(보이지 않음)을 따라 브로스를 운반하여 CFF(64)가 브로스를 보유물 및 투과물 모두로 전환시킨다. 상기 CFF(64)의 보유물은 포트(64c)를 빠져 나와 공정 액체 루프를 폐쇄하는 호스(64d)를 통해 SUB(60)로 반환된다. 상기 CFF(64)는 일정량의 액체 배지가 투과물 출구 포트(64e, 64f) 중 하나 또는 모두를 통해 CFF 다공성 막을 통과하게 한다.
단순화를 위해, 하나의 센서(60c)만이 커버 벽(60a)을 통해 컨테이너 저장조(60b)로 들어가고, 다른 필요한 호스 및 센서는 도시되지 않았으며, SUP(64) 내의 센서는 도시되어 있지 않다.
도 7은 7a에서는 연결된 CFF(74)로 조립된 것을 도시하고, 7b에서는 조립하기 전의 개별 부품을 도시한다.
SUP(72)는 상부 하우징 돔 부분(72b)과 하부 하우징 부분(72c) 사이에서 분리되어 매달린 팽창된 만곡 탄성 격막(72a)을 포함한다. 돔(72b)은 수직으로 배열된 CFF(74)에 평형과 지지를 제공하는 재사용 가능한 SUP 하부 하우징 부(72c)에 커플링(미도시)으로 기계적으로 고정된다. SUP(72)는 외부 소스(미도시)로부터의 구동 가스 공급을 위한 포트 72d(62g)를 가능하게 한다. 돔(72b) 외벽은 제1 입구 밸브(72e) 하우징과 CFF(74)의 입구 포트(74a)에 직접 연결된 제2 출구 밸브(72f)를 갖추고 있다. 만곡 1회용 돔(72b)이 얇은 탄성 만곡 격막(72a)을 갖는 단단하게 유체에 부착된 평평한 원주 벽(72g)의 외부 측면 상에 있어, 내부 격막 측의 멸균되고 습윤된 환경(72h)을 격막의 외측 비접촉 멸균 구동 가스 격실(72i)로부터 분리시킨다. SUB(60) 흡입 튜브(62b)가 제1 입구 포트(721)를 통해 SUP(62/72) 입구 밸브(62a/72e)로 이어지는 호스(62c) 내로 이어진다. 제1 입구 밸브(72e)는 SUB(60)로부터 SUP(62/72) 내로의 일방향 브로스 흐름을 허용한다. SUP(72) 제2 출구 밸브(72f)는 일방향의 액체가 제2 출구 포트(72m)를 통해 SUP(72) 펌핑 챔버(72h)로부터 CFF(74)의 제1 입구 포트(74a)로 운반되도록 한다. CFF(74)는 브로스가 내부 다공성 막 표면(미도시)을 따라 CFF(74)제2 배출구 포트(74b)로 통과하는 것을 가능하게 하며, 호스(64d)는 현재의 보유물이 SUB(60) 저장조 내로 다시 가이드되고 운반되어 PTF 액체 사이클을 마친 브로스와 혼합되는 것을 보장한다. CFF(74) 제3 및 제4 투과물 출구 포트(74c, 74d)는 여과된 공정 액체를 수확된 생성물로서 상기 외부 설비 영역으로 운반한다.
SUP(72) 재사용 가능 하부 하우징 부(72c)는 제어된 SUP(72) 활성을 위한 구동 가스 연결 포트(72d) 및 격막(72a) 주변 밀봉 부(72k)와의 기밀 연결에 적합한 하우징 플랜지(72j)를 포함한다.
SUP(72) 펌핑 챔버(72h)로 들어가는 브로스는 탄성의 자유 플로팅 격막(72a)과 일회용 강성 돔 상부 하우징 부(72b) 사이에 밀봉되고 포획된다.
도 8의 블록도는 폐쇄된 공정 액체 루프에서 제1 컨테이너 SUB(80), 제2 컨테이너 SUP(82) 및 제3 컨테이너 CFF(84)를 운반하는 액체에 의한 연속적 배양 및 수확 공정에 대해 관련된 실제적인 흐름도를 도시하고 설명한다.
제1 컨테이너(80)는 생물학적 활성 공정을 하우징하고 배양액을 제2 컨테이너 SUP(82)로 운반한다. SUP 펌프는 수확 및 공정 액체로의 분리를 위해 SUB(80)로 반환되는 제3 컨테이너 CFF(84)로 브로스를 다시 반환한다. 제1 컨테이너 SUB(80)는 브로스 출구 포트(80a), 신선한 배지 펌프(80b) 및 입구 포트(80c), 서보 모터(80e)에 의해 구동되는 교반 장치(80d), 포도당 센서(86a), 젖산염 센서(86b), 이중 생물량 센서(86c, 86d), 용존 산소 센서(86e), 온도 센서(86f) 및 가열 요소(86g)를 통해 제어되는 SUB 온도를 포함한다. 신선한 배지는 펌프(80b)를 통해 첨가되고 사용된 배지(세포를 포함함)는 펌프(80f)를 통해 제거된다. 통기 가스는 제어 밸브(80g)를 통해 SUB에 첨가되고 공정 브로스(80h) 액체 체적으로 분사되어 벤트 필터(80i)를 통해 배출된다.
제2 컨테이너 SUP(82)는 펌핑 공정을 하우징하고 브로스 체적(82a) 및 구동 가스 체적(82b)을 포함한다. 구동 가스 입구(82c), 제1 입구 밸브(82e)와 연관된 제1 입구 포트(82d), 제2 출구 밸브(82g)와 연관된 제2 출구 포트(82f), 액체 센서(82h), 압력 센서(82i), 외부에 장착된 이중 비례 밸브(82k, 82l)(하나는 진공용 밸브이고 하나는 압력 구동 가스용 밸브임)에 구동 가스 포트(82j). 액체 센서(82h)는 액체 레벨 높이에 대해 실시간 정보를 PCS(미도시)에 제공하며, PCS는 외부 이중 밸브 장치(82k, 82l)를 통해 SUP(82) 구동 가스 압력을 (절대 압력에서 대기압으로) 조정하는 데 사용된다.
제3 컨테이너 CFF(84)는 분리 공정을 하우징하며, 브로스 측면(84c) 및 투과물 측면(84d)을 갖는 CFF 하우징(84b) 내부에 분리 다공성 막(84a)을 포함한다. CFF 컨테이너(84)는 브로스 입구 포트(84e) 및 이중 투과물 출구 포트(84f, 84g) 및 하나의 보유물 출구 포트(84h)를 포함한다. 투과물 출구 포트(84g)와 보유물 출구 포트(84h) 사이에는 TMP 센서(84i)가 장착된다. CFF(84) 보유물 출구 포트(84h)는 공정 액체 루프에서 SUB(80)로 보유물을 가이드하고, 선택적으로 다양한 공정 조정을 위해 보유물 반환 라인(84k)에서 제어 밸브(84j)를 사용한다. 상기 CFF 장치(84)는 선택적 제어된 펌프(또는 선택적 밸브)(84n, 84o)를 통한 생성물 제거를 위해 하나 이상의 출구(84f, 84g)를 그의 투과면(84d)에서 가능하게 한다.
일반적으로, 기계적 디자인은 제한이 없고, 일회용 생물 공정 시스템 실시 예와 관련된 임의의 PCS 또는 제어 패키지 또는 외부 액체 저장조가 없이 예시된다.
본 발명은 특정 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다.

Claims (25)

  1. 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템에 있어서,
    a) 외부 설비 영역으로부터 내부 공정 액체 브로스를 분리하는 벽에 의해 둘러싸인, 상기 내부 공정 액체 브로스를 포함하는 유체 기밀 컨테이너를 포함하고,
    상기 공정 액체 브로스는
    b) 제1 액체 밸브, 및
    c) 내부 액체 공정 체적으로부터 멀어지는 일방향으로 상기 공정 액체 브로스를 펌핑하기 위한 운반 액체 펌핑 장치 - 상기 운반 액체 펌핑 장치는 맥동-접선-흐름(Pulsating-Tangential-Flow, PTF)을 수행하는 격막 펌프임 - , 및
    d) 제2 액체 밸브, 및
    e) 내부 액체 공정을 상기 외부 설비 영역으로부터 분리하는 필터 장치와 연통하고, 액체 연통 수단이 상기 유체 기밀 컨테이너(12a)의 상기 내부 공정 액체 브로스(12d)로부터 상기 액체 펌핑 장치(15)로 연장되고, 또한 여과되지 않은 액체 연통 수단이 상기 펌핑 장치(15)로부터 상기 필터 장치(16)의 여과되지 않은 제1 액체 연통 입구 포트(16a)로 연장되고, 또한 여과되지 않은 보유물 수단이 상기 필터 장치의 제2 액체 연통 배출구 포트(16b)를 통해 다시 상기 컨테이너의 내부 공정 액체 브로스로 액체를 재순환시키고, 상기 필터 장치는 여과된 공정 액체를 수확된 생성물로서 상기 외부 설비 영역으로 운반하기 위한 적어도 하나의 제3 투과물 출구 포트(16e, 16f))를 포함하고;
    상기 제1 액체 밸브는 상기 내부 공정 액체 브로스와 상기 펌핑 장치 사이의 연통을 제어하고, 상기 제2 액체 밸브는 상기 펌핑 장치와 상기 필터 장치 사이의 연통을 제어하고, 필터 출구 포트는 상기 필터 장치와 상기 외부 설비 영역 사이에서 연통하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 기밀 컨테이너는 외부 영역으로부터 상기 내부 공정 브로스를 분리하는 벽 및 헤드 플레이트 벽을 포함하고, 컨테이너 하우징은 1회용 생물 반응기와 같이, 측벽 및 상기 헤드 플레이트 벽의 반대편에 있는 바닥 벽을 구비하고, 포트는 상기 컨테이너의 벽에 배열되는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨테이너 내부의 상기 공정 액체 브로스는 상기 펌핑 장치 및 상기 필터 장치와 연통하고, 상기 펌핑 장치 및/또는 상기 필터 장치 중 하나 또는 양자 모두는 상기 일회용 생물 공정 시스템 컨테이너 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너 내부의 상기 액체 브로스는 외부에 배열된 펌핑 장치와 연통하고, 상기 연통 포트는 컨테이너 벽을 통해 연장되고, 상기 펌핑 장치는 필터 장치와 연통하고, 상기 필터 장치는 상기 컨테이너 벽을 통해 상기 컨테이너 내부의 내부 액체 브로스 및 상기 외부 설비 영역 양자 모두와 연통하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너 내부의 상기 액체 브로스는 내부에 배열된 펌핑 장치와 연통하고, 펌프 연통 포트는 필터 장치와 연통하고, 상기 필터 장치는 상기 컨테이너 벽을 통해 상기 컨테이너 내부의 내부 액체 브로스 및 상기 외부 설비 영역 양자 모두와 연통하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 포트가 상기 컨테이너 벽에 배열되어 1회용 센서 또는 재사용 가능한 센서와 같은 센서 통합을 위한 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 일회용 생물 공정 시스템은 일체형 바닥(바닥 벽 및 측벽)을 갖는 컨테이너 하우징 및 헤드 플레이트 커버 벽을 포함하는 부품으로부터 조립되고, 헤드 플레이트는 폐쇄된 유체 기밀 일회용 생물 공정 시스템을 형성하도록 상기 컨테이너 하우징과 조립되는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는 측벽에 배열된 포트를 포함하고, 하나 이상의 포트는 상기 컨테이너의 내부와 외부 사이의 유체 연통을 허용하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    교반하기 위해 상기 공정 액체 브로스에 운동 에너지를 공급하기 위해 상기 공정 액체 브로스에 노출되고 상기 공정 액체 브로스에 의해 둘러싸이는 상기 컨테이너 내부의 회전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    회전 장치는 컨테이너 벽(들)을 통해 상기 공정 액체 브로스 내로 연장되는 샤프트를 포함하고, 상기 샤프트는 디자인의 터빈 및/또는 임펠러와 같은 상기 샤프트로부터 방사상으로 연장되는 수단을 갖춰 교반을 제공하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    회전 장치는 샤프트에 부착되고, 상기 샤프트는 상호 작용하는 자기 구성 요소를 포함하여 컨테이너 벽 외부에 위치된 회전 자기 구성 요소 구동원과 상호작용하여 회전되고, 상기 샤프트는 디자인의 터빈 및/또는 임펠러와 같은 상기 샤프트로부터 방사상으로 연장되는 교반 수단을 갖춰 교반을 제공하는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    액체 브로스 연통 수단은 컨테이너 내부 액체 공정 브로스와 액체 펌핑 장치와 교차-흐름-필터 장치 사이에서 액체 브로스를 운반할 수 있는 밸브를 갖춘 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑 장치 및 상기 필터 장치는 컨테이너와 결합하여 배열되고, 상기 펌핑 장치는 일방향으로 공정 액체 브로스를 운반하는 공정 액체 펌핑 장치이고, 상기 필터 장치는 상기 공정 액체 브로스를 수신하여 막 및 분리 공정에 의해 보유물과 투과물로 공정할 수 있는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    공정 액체 운반 장치인 상기 펌핑 장치는 공정 액체 입구 밸브 및 공정 액체 출구 밸브(들)를 포함하고, 하나 이상의 펌핑 장치(들)는 액체 체적 변경을 위해 제어된 구동 가스 공급부에 연결되는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 필터 장치는 제1 브로스 입구 포트, 제2 보유물 출구 포트, 및 제3 투과물 출구 포트를 포함하는 투과 막을 포함하고, 교차-흐름-필터는 컨테이너 내부 액체 체적의 액체 브로스와 공정 액체 연통 상태에 있고, 상기 필터 장치는 필터 장치 막 배리어를 통해(걸쳐) 운반되는 것으로부터 브로스에 함유된 미생물을 분리시키고, 상기 필터 장치는 보유물 측상의 상기 필터 장치 막 배리어를 통해 온 가압된 공정 액체 브로스를 수신하고, 상기 필터 장치는 상기 막 배리어의 투과물 측상의 공정 액체 브로스를 미생물이 없는 수확물 액체로 변환시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    pH, 용존 산소(DO), 생물량, 커패시턴스, 전도도, 용해된 이산화탄소, 젖산, 글루코스, 글루타민, 글루타민산염, 암모니아, 압력, 액체 레벨, 유체 질량 흐름, 속도, 온도, 또는 점도와 같은 공정 변수를 측정하기 위한 센서를 통합시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는 강성 또는 반 강성 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는 원형 또는 원통형 형상인 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는 정사각형, 직사각형, 박스, 또는 길쭉한 박스 형상과 같이 둥글지 않은 형상인 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 조제 및 조립 후에 이송을 위해 필름, 호일, 또는 시트 기반으로 있는 밀봉된 백으로 봉입되어, 제어된 사전 멸균된 단계에서 사용할 준비가 되어 최종 사용자에게 공급되는 것을 특징으로 하는 생물학적 활동을 지원하는 일회용 생물 공정 시스템.
  21. 생물학적 공정에서 미생물을 배양 또는 발효시켜 생물학적 물질을 생산하는 방법에 있어서,
    연속 공정 모드 및/또는 관류 모드에서 제1항에 기재된 일회용 생물 공정 시스템을 작동시키는 단계를 포함하고, 펌프를 통해 그리고 필터 장치를 통해 컨테이너 내부 공정 브로스로부터의 공정 액체 흐름을 가지고, 액체 흐름은 일방향으로 이루어지고, 상기 일회용 생물 공정 시스템은 미생물이 없는 생물학적 생성물을 수확물로서 동시에 발현시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 공정에서 미생물을 배양 또는 발효시켜 생물학적 물질을 생산하는 방법.
  22. 공정 변수를 연속적으로 제어 및 조정하고 공정 레시피에서 기재된 바와 같은 공정 정보를 통합하는 공정-제어-시스템에 의해 제어되는 관류 모드 원리 후에 제1항에 기재된 일회용 생물 공정 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
    Figure 112018028290228-pct00118
    상기 공정-제어-시스템은 상기 일회용 생물 공정 시스템에 통합된 센서에 연결되고, 상기 공정-제어-시스템은 상기 센서로부터 공정 변수 데이터를 연속적으로 수집하고,
    Figure 112018028290228-pct00119
    일회용 생물 공정 시스템 작동 파라미터는 공정 파라미터 제어를 위해 다양한 액추에이터 및/또는 펌프와 통신 상태에 있는 상기 공정-제어-시스템에 의해 끊임없이 변경되고,
    배양 개시를 위해, 적어도 센서 및 교반 장치를 커버하는 바람직한 양의 배지 액체가 바람직한 레시피에 따라 접종되고, 바람직한 생물량 및 작업 체적이 최대 잠재력에 도달한 경우, 공정은 배치 또는 유가-배치에서 관류 모드 작동으로 변환되는 것을 특징으로 하는 일회용 생물 공정 시스템을 작동시키는 방법.
  23. 공정 변수를 연속적으로 제어 및 조정하고 공정 레시피에서 기재된 바와 같은 공정 정보를 통합하는 공정-제어-시스템에 의해 제어되는 관류 모드 원리 후에 제1항에 기재된 일회용 생물 공정 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
    Figure 112023120207652-pct00120
    상기 공정-제어-시스템은 상기 일회용 생물 공정 시스템에 통합된 센서에 연결되고, 상기 공정-제어-시스템은 상기 센서로부터 공정 변수 데이터를 연속적으로 수집하고,
    Figure 112023120207652-pct00121
    일회용 생물 공정 시스템 작동 파라미터는 공정 파라미터 제어를 위해 다양한 액추에이터 및/또는 펌프와 통신 상태에 있는 상기 공정-제어-시스템에 의해 끊임없이 변경되고,
    배양 개시를 위해, 적어도 센서 및 교반 장치를 커버하는 바람직한 양의 배지 액체가 바람직한 레시피에 따라 접종되고, 바람직한 생물량 및 작업 체적이 최대 잠재력에 도달한 경우, 공정은 배치 또는 유가-배치에서 관류 모드 작동으로 변환되고, 상기 관류 모드 작동이 "막 세정 모드 작동" 및 "막 운반 모드(수확) 작동"을 요구하면, 2개의 상이하고 독립적인 작동 모드가 바람직한 간격으로 서로 뒤따르는 것을 특징으로 하는 일회용 생물 공정 시스템을 작동시키는 방법.
  24. 수확(막 운반 모드) 작동 방법에 있어서,
    Figure 112018013409987-pct00122
    일회용 생물 공정 시스템의 공정 액체는 하나의 제1 밸브와 연통하여 일방향 액체 흐름 경로를 보장하고,
    Figure 112018013409987-pct00123
    상기 제1 밸브는 하나의 연관된 액체 운반 장치와 연통하고,
    Figure 112018013409987-pct00124
    상기 액체 운반 장치 및 펌핑 장치의 선택 가능한 가변 용량 및 압력이 공정 액체에 적용되고, 상기 제1 밸브를 통해 컨테이너로부터 액체 브로스가 운반되고,
    Figure 112018013409987-pct00125
    상기 액체 운반 장치는 또한 필터 장치의 입구 포트에 일방향으로 하나의 제2 밸브를 통해 공정 액체를 운반하고,
    Figure 112018013409987-pct00126
    상기 액체 운반 장치는 또한 필터 장치 보유물 출구 포트를 통해 제어된 체적 및 속도로 상기 필터 장치(들)의 보유물 측에 공정 액체를 운반하고,
    Figure 112018013409987-pct00127
    상기 출구 포트에 상기 필터 장치의 막의 보유물 측을 따라 브로스를 통과시키고 선택적 제3 밸브를 통과시켜, 공정된 브로스 액체가 상기 컨테이너로 반환되고,
    Figure 112018013409987-pct00128
    상기 선택적 제3 밸브는 적어도 부분적으로 폐쇄되는 경우 상기 액체 운반 장치가 보다 높은 압력을 기공을 통해 분리함으로써 수확물을 운반하는 상기 필터 장치의 상기 막(들)의 보유물 측에 적용하는 것을 허용하여, 미생물 및 다른 입자가 상기 막을 통과하는 것을 저해하며, 상기 막을 통과하는 경우 그 액체는 수확된 생성물로 간주되고,
    Figure 112018013409987-pct00129
    상기 수확된 생성물은 상기 필터 장치의 투과물 측으로부터 방출되고 외부에서 수집되고, 발현된 생물학적 물질은 추가 하류 공정으로 전달되고,
    Figure 112018013409987-pct00130
    후속하여, 공정-제어-시스템 내의 배양 브로스 액체로부터의 체적은 전체 생물량을 감소시켜 일정하게 유지하기 위해 폐기물로서 순차적으로 제거되고,
    Figure 112018013409987-pct00131
    신선한 액체 배지가 컨테이너 작업 체적을 일정하게 유지하기 위해 상기 공정-제어-시스템에 첨가되는 것을 특징으로 하는 수확(막 운반 모드) 작동 방법.
  25. 순차적인 막 퇴적물 제거(막 세정) 작동 방법에 있어서,
    Figure 112022127269689-pct00132
    일회용 생물 공정 시스템의 공정 액체는 하나의 제1 밸브와 연통하여 일방향 액체 흐름 경로를 보장하고,
    Figure 112022127269689-pct00133
    상기 제1 밸브는 하나의 연관된 액체 운반 장치와 연통하고,
    Figure 112022127269689-pct00134
    상기 액체 운반 장치 및 펌핑 장치(들)의 용량 및 압력이 공정 액체에 적용되고, 상기 제1 밸브를 통해 컨테이너로부터 액체 브로스가 운반되고,
    Figure 112022127269689-pct00135
    상기 액체 운반 장치는 또한 필터 장치의 입구 포트에 일방향으로 하나의 제2 밸브를 통해 공정 액체를 운반하고,
    Figure 112022127269689-pct00136
    상기 액체 운반 장치는 또한 필터 장치 보유물 출구 포트를 통해 제어된 체적 및 속도(1-10m/s)로 상기 필터 장치(들)의 보유물 측에 공정 액체를 운반하고,
    Figure 112022127269689-pct00137
    퇴적물 제거를 위해 상기 필터 장치 보유물 출구 포트를 통해 상기 필터 장치의 막의 보유물 측을 따라 상기 출구 포트로 브로스를 통과시키고, 막 퇴적물을 포함하여 공정된 브로스 액체는 상기 컨테이너에 반환되는 것을 특징으로 하는 순차적인 막 퇴적물 제거(막 세정) 작동 방법.
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