CN117795053A - 用于生产生物制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用生物过程设备(1)生产生物制品的方法，其中所述生物过程设备(1)包括电子过程控制(2)和生物过程单元(3)，其中所述生物过程单元(3)包括容器(4)、具有离心机(6)的澄清单元(5)和具有色谱仪(10)的色谱单元(8)，其中将从所述容器(4)获得的细胞培养液以液体流(9)的形式引导依次通过所述澄清单元(5)和所述色谱单元(8)，其中具有其离心机(6)的所述澄清单元(5)以包括离心步骤如装载步骤、洗涤步骤和排放步骤的离心循环操作，其中具有其色谱仪(10)的所述色谱单元(8)以包括色谱步骤如平衡步骤、装载步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和再生步骤的色谱循环操作，提出的是在离开所述澄清单元(5)的液体流段和离开所述色谱单元(8)的液体流段之间的颗粒消耗在颗粒浓度方面小于10％，并且分配给所述离心循环的步骤的执行和分配给所述色谱循环的步骤的执行通过所述电子过程控制(2)在同步例程(13)中基于分配的同步策略(14)至少部分地彼此同步。

Description

用于生产生物制品的方法
本发明涉及根据权利要求1的总体部分的使用生物过程设备生产生物制品的方法、根据权利要求15的用于执行所述方法的电子过程控制、根据权利要求17的用于电子过程控制的计算机程序产品、根据权利要求18的其上存储计算机程序产品的计算机可读存储介质以及根据权利要求19的具有电子过程控制的生物过程设备。
术语“生物过程”目前代表任何种类的生物技术过程，特别是生物制药过程。这种生物过程的实例是使用生物反应器在给定条件下培育微生物或哺乳动物细胞，其中将细胞培养液从生物反应器转移至下游过程。
术语“生物制品”目前代表在这种生物过程中产生的任何种类的化合物。这类生物制品的实例是蛋白质，特别是抗体、生长因子或激素、代谢物或任何其他分子以及细胞或它们的组分。
所讨论的用于生产生物制品的方法可以在各种生物技术领域中应用。这个领域中的高效率已被对生物制品如生物制药药物的日益增加的需求所驱动。在这个意义上的效率不仅涉及要使用的组分的成本效益，而且涉及与其连接的过程的可控性。所讨论的方法依赖于生物过程的细胞培养液的澄清与其生物制品纯化之间的最佳相互作用以优化生物过程的可控性以及时效性。
一方面，色谱仪必须产生并保持高且恒定的压力以获得最佳纯化结果。另一方面，色谱仪通常易于被固体颗粒阻塞，这对色谱仪性能具有负面影响，导致变差的纯化结果。因此，通常的实践是将过滤器直接插置在色谱仪的上游，以防止色谱仪阻塞。然而，流体由于压力差而从过滤器上游的高压侧流过过滤器，流到过滤器下游的低压侧。过滤器本身是这种压降的原因，也称为过滤器阻力。随着流体流过管，当由流动阻力引起的摩擦力作用在流体上时出现这种压降(DIN ISO 11057:2012-05Emissionen ausQuellen；Prüfverfahren für die Charakterisierung des Filtrationsverhaltens abreinigbarerFiltermedien(ISO 11057:2011)；Beuth Verlag,Berlin.第9页)。这种过滤器阻力导致阻尼效应，延迟流体流动和流体压力的传输。流体流动阻力的主要决定因素是通过相应管道的流体速度和流体粘度。压降与管道网络内的摩擦剪切力成比例地增加。这些摩擦剪切力随着插置的部件如过滤器的数量而增加。
尺寸过大的颗粒和/或颗粒聚集体可以形成滤饼(渗余物)，特别是当使用静态过滤时，其中滤液在流体流动的方向上被拉挤，并阻塞过滤器网格。在一些情况下，这种阻塞甚至防止流体相穿过过滤器，这被称为堵塞(blinding)(Sparks,Trevor；Chase,George(2015).Filters and Filtration Handbook(第6版))。因此，潜在阻塞的固体颗粒和/或颗粒聚集体的浓度由于它们在过滤器网格上的积累而随时间增加。结果，过滤器阻力随时间而连续增加。已经发现，这种压力变化导致处理时间、色谱仪性能和寿命变差。此外，流体压力的任何变化都导致对色谱仪的固定相的操作需求不均匀，从而导致具有有限再现性的不均匀的分离结果。最后，压力变化可能导致传感器数据采集被干扰，因此使色谱仪的分析结果以及质量控制变差。
可替代地，可以使用动态过滤，其中滤液正交于流体流动方向被拉挤。这产生了至少限制滤饼形成的剪切应力。对于静态过滤，驱动力也是过滤器的高压侧和低压侧之间的压差，即所谓的跨膜压力(Handbook of Membrane Separations,由Anil K.Pabby、SyedS.H.Rizvi、Ana aria Sastre编辑,CRC Press)。然而，即使这种动态过滤，如切向流或交叉流过滤，也不能完全防止过滤器被阻塞。在动态过滤期间出现的另一个问题是，在该过程期间，由于由滤液的连续浓缩引起的滤液粘度的增加，跨膜压力可能降低。因此，过滤效率降低，并且对于大规模过程可能是耗时的。另一个缺点是切向流过滤包括低能量效率，因为投入到进料流输送中的大部分能量经由渗余物损失(Rautenbach,Robert:MembranverfahrenGrundlagen der Modul-und Anlagenauslegung.Springer-Verlag,1997)。
一种补偿逐渐增加的过滤器阻力的可能方式将是增加流体流量。然而，在使用细胞进行生物生产的生物过程中，由于逐渐增加的剪切力可能损坏细胞并因此降低过程的总生产率，流体流量不能随意增加。
作为本发明的出发点，已知的用于生产生物制品的方法(WO 02/086135A2)利用了一种生物过程设备，其包括电子过程控制、具有容器的生物过程单元、具有离心机的澄清单元和具有色谱仪的色谱单元。在用于生产生物制品的方法中，细胞培养液从生物过程单元获得，并引导其通过澄清单元以澄清来自生物过程单元的细胞的至少一部分。在完成澄清之后，可以使获得的含产物的上清液通过过滤器，进一步去除固体颗粒，以潜在地增加色谱单元的寿命。最后，可以使上清液通过色谱单元用于生物制品纯化。考虑到处理时间、处理灵活性和机械设置的可调节性以及整个过程的可控性，所得组合具有有限的效率。
本发明的目的是提供一种用于生产生物制品的方法，所述方法在尽可能少的努力下增加生物过程的效率和可再现性。
具有权利要求1的总体部分的特征的用于生产生物制品的方法通过权利要求1的特征部分的特征解决了上述问题。
本发明的基本概念是基于澄清单元和色谱单元的直接连接，几乎没有任何固/液分离，优选没有插置的固/液分离单元，特别是没有任何过滤单元，以使得能够实现两个单元的同步。
术语“固/液分离”目前是指使用在溶液中混合的固体或液体化学物质的不同物理和化学特性以将它们分离的过程。
通过消除插置在生物过程设备的澄清单元和色谱单元之间的固/液分离单元，有助于上述。因此，基本上可以避免由过滤器引起的破坏性压降，这为恒定且无延迟的流体流动和/或流体压力提供了基础。令人感兴趣的是，已经发现这使得能够实现澄清单元和色谱单元的同步，由此甚至补偿了插置的固/液分离单元的缺乏。首先，这缩短了死时间和处理时间，因此导致在较少的努力下增加了生物过程的效率。第二，其增加了可控性以及时效性，这不仅是成本有效的，而且使得能够实现对整个过程的简化和更有效的控制。
然而，已经发现，简单地省去上述固体/液体分离单元是不够的。因为在没有其他措施的情况下，这将在操作期间导致色谱柱阻塞。因此，提出了使得色谱单元能够让大多数固体颗粒通过，从而那些固体颗粒不会导致色谱柱阻塞。
详细地讲，提出了在离开澄清单元的液体流段和离开色谱单元的液体流段之间的颗粒消耗在颗粒浓度方面小于10％，优选小于5％，并且分配给离心循环的步骤的执行和分配给色谱循环的步骤的执行通过电子过程控制在同步例程中基于分配的同步策略至少部分地彼此同步。
术语“颗粒消耗”涉及悬浮液中的固体颗粒(如培养基中的细胞)的浓度的任何降低。
权利要求2至4涉及在澄清单元和色谱单元之间的连接的优选实施方案。这些措施解决了上述由任何插置的部件阻尼和/或时间延迟流体流动以及流体压力传递如过滤器引起的干扰压降的问题，并且形成了澄清单元和色谱单元同步的基础。此外，这些单元之间的直接连接，没有任何插置的部件，基本上使得能够通过澄清单元，特别是通过离心机来控制色谱单元。
根据权利要求5至8的优选实施方案涉及不同的同步选项，其使得能够增加关于相应同步策略的选择的灵活性。
在权利要求9至11中，规定了关于要同步的相应步骤的尤其优选的实施方案。这些规定允许澄清单元和色谱单元的优化同步。这是特别有利的，因为缓冲液和/或洗涤液可以由两个所涉及的单元双重使用。这最小化了冗余并且节省了资源，如缓冲液或培养基。另一个重要的优点是，可以首先将含产物的上清液引导通过离心机，然后通过液体同步引导至色谱单元，其中将上清液直接装载到色谱仪上。以类似的方式，可以将洗涤缓冲液用于两个洗涤步骤。可以这样做一方面是为了用新鲜缓冲液或生长培养基漂洗细胞，并且另一方面是为了从色谱仪中洗出固体颗粒。新鲜缓冲液帮助细胞保持健康，而固体颗粒的洗出延长色谱单元的寿命。此外，固体颗粒的洗出解决了上述积聚颗粒的问题，否则这些问题将导致压降随时间的干扰增加。
根据权利要求12的优选实施方案涉及在第一和第二培养环境之间的可能差异，并且使得能够增加关于第一和第二培养环境的相应实体、液体特性和/或培养环境条件的选择的灵活性。这对于针对细胞的需求进行调节以使它们可以被重新用于随后的生物生产是特别有利的。
权利要求13至15涉及色谱单元和生物过程设备的优选实施方案。这些措施使固体颗粒和/或固体颗粒聚集体阻塞色谱柱的风险最小化，并且提供关于色谱分离技术的种类的灵活性。
根据权利要求16的第二独立教导，同样要求保护具有所提出的电子过程控制的整个生物过程设备(权利要求17)。对所提出的方法给出的所有解释完全适用于所提出的生物过程设备。
根据权利要求18的第三独立教导涉及一种电子过程控制。所述电子过程控制被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的所提出的方法。根据权利要求19，所述电子过程控制包括用于实现所提出的方法、特别是同步例程的数据处理系统。关于第一教导给出的所有解释完全适用于该第三教导。
根据权利要求20的具有同等重要性的另一教导，同样要求保护用于所提出的数据处理系统的计算机程序产品。所述计算机程序产品被配置成实现所提出的方法，特别是实现上述例程。再次，对所提出的方法给出的所有解释完全适用于所提出的计算机程序产品。
根据权利要求21的具有同等重要性的另一教导，同样要求保护其上存储计算机程序的计算机可读存储介质。再次，对所提出的方法给出的所有解释完全适用于所提出的可读存储介质。
下面，关于附图对本发明的实施方案进行解释。附图显示：
图1示意性地示出了所提出的生物过程设备的优选实施方案，利用所述生物过程设备可执行所提出的方法，
图2是表示根据图1的所提出的方法的工作原理的流程图，
图3示意性地示出了关于要同步的步骤的相应开始和/或结束的优选同步选项，
图4是表示关于根据所提出的方法要同步的相应步骤的优选的各种同步选项的表，
所提出的用于使用生物过程设备1生产生物制品的方法优选被分配给生物过程的上游和下游过程，处理以细胞培养液形式的液体用于细胞培育和/或生物生产。
术语“液体”应被广义地理解。它不仅包括纯液体本身，而且包括乳液和悬浮液，例如至少两种不同液体的非均相混合物或固体颗粒和液体的非均相混合物。
术语“细胞培养液”是细胞和/或细胞碎片在培养基中的悬浮液，并且描述了整个培育培养基和在培育培养基中培养的相应生物体。因此，术语“细胞培养液源”意指能够产生和/或储存细胞培养液的任何制造的装置或系统。
术语“上游过程”包括涉及细胞库、接种物(种子培养(seed train))开发、培养基开发、生长动力学优化和培育过程本身以及对应的过程中控制的所有步骤。细胞的收获可以被看作是上游处理的一部分和下游处理的一部分两者。
术语“下游过程”包括涉及从天然来源如动物或植物组织或细胞培养液中回收和纯化生物合成产物，特别是生物药品的所有步骤，包括可挽救组分的再循环和废物的适当处理和处置。
通常，细胞培育目前用于生产生物药品，特别是蛋白质，如人胰岛素、生长因子、激素、疫苗或抗体、抗体衍生物等。这些产品也可以是非生物药品，如用于食品加工的酶、衣物洗涤剂酶、可生物降解的塑料或生物燃料。本发明的焦点在于由细胞分泌到上清液中的生物制药产品，如抗体或外来体。另外地或可替代地，所述产品可以是细胞本身，特别是哺乳动物细胞，包括干细胞或免疫细胞，如用于治疗癌症的CAR-T细胞。
如图1至图4所示，根据所有实施方案，所提出的用于使用生物过程设备1生产生物制品的方法采用至少一个电子过程控制2和生物过程单元3。生物过程单元3包括细胞培养液源，所述细胞培养液源具有至少一个用于包括培育培养基和细胞的细胞培养液的容器4。在此并且优选地，所述至少一个容器4被设计为生物反应器(图1)。
术语“培育培养基”意指用于生物过程的优选微生物或真核细胞在特别设计的生长培养基中生长，所述生长培养基供应相应生物体或细胞所需的营养素。存在多种培养基，但始终如一地含有至少碳源、氮源、水、盐和微量营养素。
术语“生物反应器”在此上下文中意指通过允许监测和控制至少一个参数来支持生物活性环境的任何制造的装置或系统。
根据优选的实施方案，生物过程单元3另外包括第二容器，所述第二容器可以被设计为被动容器。
“被动容器”意指没有进料管线和/或没有电子过程控制的容器，其允许监测这个被动容器内的至少一个参数。相反，“主动容器”意指具有进料管线和/或具有电子过程控制的容器，因此允许监测和/或控制这个主动容器如生物反应器内的至少一个参数。
根据图1，生物过程单元3包括具有用于进行细胞培养液离心的离心机6的澄清单元5。
“离心”是在通过离心力产生的人工重力场中沉降颗粒的术语，其中通过大的加速力实现分离时间的显著减少。
在此并且优选地，离心机6被设计为用于执行连续离心过程的流化床离心机。离心机6的优选设置描述于EP 2 485 846 A1中，其内容通过引用特此并入本文。
离心机6包括转子，所述转子可以通过优选电动的马达围绕离心机转子轴线旋转。离心机转速和液体泵送速率可由电子过程控制2调节，目的是在离心机6中建立颗粒如细胞或细胞碎片的流化床。当颗粒上的离心力等于相反的流体流动力时，实现流化床，以便在颗粒上施加零净力。
根据图2，从至少一个容器4获得的细胞培养液被引导通过澄清单元5。具有其离心机6的澄清单元5以包括离心步骤如装载步骤、洗涤步骤和排放步骤的离心循环操作。
离心机6可以以正向操作进行操作以用于细胞分离和/或细胞洗涤。“正向操作”意指离心机6中两个可能的流体流动方向中的一个，并且描述了导致液体和固体颗粒如培养基和细胞分离的操作。这种“正向操作”一方面允许用缓冲液、优选PBS缓冲液，或培养基、优选培育培养基、进一步优选富集培养基洗涤分离的细胞，所述缓冲液/培养基来自缓冲液/培养基容器7，和/或另一方面允许澄清细胞培养液。这里的目的是从固体颗粒如细胞、细胞碎片等中澄清液体上清液，其中固体颗粒被认为是生物质。将要在这种正向操作中获得的产物是含有目的产物，例如重组蛋白、特别是抗体的细胞培养液的上清液。
术语“富集培养基”描述了包含更高浓度的维生素、生长因子、碳源、氮源和/或氨基酸浓度等的培养基，并且优选地，由于优化的营养素浓度而允许相应的生物体以其最大生长速率生长。生长因子和微量营养素被包含在不能产生它们需要的所有维生素的生物体的培养基中。无机营养素，包括微量元素如铁、锌、铜、锰、钼和钴，通常存在于未精制的碳源和氮源中，但当使用纯化的碳源和氮源时可能必须添加这些无机营养素。
装载步骤是指在离心机6的正向操作中用从生物过程单元3获得的要离心的细胞培养液装载相应的离心室的步骤。
洗涤步骤是指在离心机6的正向操作中用来自缓冲液/培养基容器7的培养基或缓冲液洗涤相应的离心室的步骤。这个洗涤步骤优选用于向细胞供应新鲜营养素。
可替代地，离心机6可以以反向操作进行操作。“反向操作”意指离心机6中两个可能的流体流动方向中的第二个，并且描述了导致分离的固体颗粒、优选细胞排放的操作。将要在反向操作中获得的产物是细胞培养液中的细胞。
因此，排放步骤是指分配给离心机6的步骤，其中在反向操作中，离心室排出固体颗粒、优选细胞。这个排放步骤还(i.a.)可以用于将细胞转移回到容器4中，以便在随后的生物过程中重新使用细胞。
如图2中可见，将从生物过程单元3获得的细胞培养液以液体流9的形式引导依序通过澄清单元5并且随后通过色谱单元8。色谱单元8进一步包括至少一个色谱仪10、至少一个缓冲液容器11和至少一个洗脱液容器12。具有其色谱仪10的色谱单元8以包括色谱步骤如平衡步骤、装载步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和再生步骤的色谱循环操作。
平衡步骤描述了系统进入其平衡状态的步骤。在色谱单元8的情况下，这是指用要用于随后生物制品纯化的相应缓冲液填充相应的色谱仪10，直到其整个体积被相应的缓冲液占据。
装载步骤是指用从离心机6获得的含产物的上清液装载相应的色谱仪10以便将产物结合到色谱仪10并在随后的纯化过程中通过色谱单元8纯化生物制品的步骤。
洗涤步骤是指用来自缓冲液容器11的培养基或缓冲液洗涤色谱仪10的步骤。这个洗涤步骤通常用于冲洗色谱仪10以去除非特异性结合的化合物。
洗脱步骤描述了例如通过用溶剂如水或咪唑洗涤将一种物质从另一种物质中萃取的步骤。在此，它是指使用具有pH和/或电导率梯度的水溶液从相应色谱仪10萃取生物制品。
再生步骤描述了回收材料或系统的步骤。在这个特定的上下文中，再生步骤是指例如用NaOH溶液进行色谱仪10的再平衡和/或清洁。
对于本发明特别必要的是，在离开澄清单元5的液体流段和离开色谱单元8的液体流段之间的颗粒消耗在颗粒浓度方面小于10％，优选小于5％，进一步优选小于2％。因此，在离开澄清单元5的液体流段和离开色谱单元8的液体流段之间，液体流9中的剩余颗粒将被消耗小于10％。在优选的实施方案中，这包括色谱单元8的特殊构造，使得色谱单元8能够通过较不易于阻塞来处理颗粒和/或颗粒聚集体。还优选地，色谱单元8被设置用于洗出固体颗粒和/或颗粒聚集体。
根据本发明，离心步骤的执行和色谱步骤的执行至少部分地彼此同步。这由电子过程控制2控制并在同步例程13中组织。这些同步例程13基于所分配的同步策略14。
术语“同步”意指事件在时间上的双向协调，以一致地操作系统。
在根据图1和图2的实施方案中，在此并且优选地，色谱单元8接收以未过滤的方式离开澄清单元5的液体流段。
术语“未过滤的”在此意指省略在离开澄清单元5的液体流段和离开色谱单元8的液体流段之间的任何种类的分离过程，这些分离过程导致固体颗粒消耗大于10％，优选大于5％，进一步优选大于2％。示例性的分离过程是过滤，特别是死端过滤或交叉流过滤、离心或反渗透。
在优选的实施方案中，色谱单元8包括直接连接到离心机6的出口的进料输入。根据这个实施方案，如图1和图2中可见，不需要在离心机6和色谱单元8之间插置另外的装置。
在另一个优选的实施方案中，液体流9至少暂时是连续的。因此，色谱单元8，特别是色谱仪10，可以通过控制澄清单元5、特别是离心机6来控制。
“连续的”在此意指来自生物过程单元3、通过澄清单元5并且最终通过色谱单元8的液体流9至少暂时是一个连续流，而不停止、延迟等。
根据另一个优选的实施方案，如图3中可见，对于至少一个同步例程13，同步策略14表示时间同步。根据时间同步，至少一个离心步骤与至少一个色谱步骤保持预定的时间方式关系。
术语“时间同步”在此意指事件根据相应离心步骤和相应色谱步骤之间的预定时间方式关系的双向协调。
在另一个实施方案中，根据时间同步并且如图3中可见，要同步的步骤同时开始(图3a)。另外地或可替代地，要同步的步骤同时结束(图3b)。在又另一个实施方案中，要同步的步骤同时开始和/或结束，或者以预定的延迟开始和/或结束(图3c)。要同步的步骤可以是任何离心步骤或任何色谱步骤。
术语“预定的”在此意指它可以被预先定义，优选地由用户预先定义。
根据尤其优选的实施方案，根据时间同步，要同步的步骤之一依赖于相应的其他步骤的开始而开始。可替代地，要同步的步骤之一依赖于相应的其他步骤的结束而开始(图3d)。
优选地，根据图4，对于至少一个同步例程13，同步策略14表示液体同步。除了时间同步之外，这是优选的。根据液体同步，在至少一个离心步骤中，将液体转移至色谱单元8。
术语“液体同步”在此意指事件根据相应离心步骤和相应色谱步骤之间的预定液体方式关系的双向协调。“液体方式”优选地意指所涉及的部件之间的流体连接。例如，可以将通过澄清单元5、特别是离心机6的液体直接引导至色谱单元8、特别是色谱仪10，以便对于两个单元5、8双重使用一种液体。这可以通过使用单独的液体管线15或同一液体管线来实现。液体可以是上清液、缓冲液、生长培养基等。
在根据图4的另一个尤其优选的实施方案中，对于至少一个同步例程13，根据同步策略14，离心循环的装载步骤与色谱循环的装载步骤同步。尤其值得注意的是，由正向操作中的离心产生的并离开离心机6的含产物的上清液可以通过液体同步直接装载到色谱仪10上。
根据图4的另一个尤其优选的实施方案，对于至少一个同步例程13，根据同步策略14，离心循环的洗涤步骤与色谱循环的装载步骤同步。优选地，同步策略14表示液体同步。这是特别令人感兴趣的，因为它考虑了死体积。由此，尽可能多的含产物的上清液被装载到色谱仪10上。
另外地或可替代地，离心循环的洗涤步骤与色谱循环的洗涤步骤同步。尤其令人感兴趣的是，可以将用于离心循环的洗涤步骤并离开离心机6的液体直接引导至色谱仪10以实现色谱循环的洗涤步骤，对于非特异性结合的化合物和固体颗粒的洗出进行设置。优选地，同步策略14表示液体同步。因此，相同的液体可以用于离心循环的洗涤步骤以及色谱循环的洗涤步骤两者。所述液体可以是任何缓冲液或培养基等，其一方面与离心机6内部的生产生物制品的细胞(生物)相容，另一方面与色谱仪10的固定相(生物)相容。尤其优选的是至少一种液体也是用于离心循环和色谱循环的双重用途液体。
在另一个实施方案中，根据图4，对于至少一个同步例程13，根据同步策略14，离心循环的排放步骤与色谱循环的平衡步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和/或再生步骤中的任一个同步。在此并且优选地，同步策略表示时间同步。
在此并且优选地，根据图1和图2，出自由生物过程单元3建立的第一培养环境A，将细胞培养液转移至离心机6。在离心机6的反向操作中，将排放的细胞的至少一部分转移至单独的第二培养环境B。培养环境B不同于第一培养环境A，并且被建立用于随后的细胞培育和/或生物生产。
另外地或可替代地，第二培养环境B在以下方面不同于第一培养环境A：液体特性，例如培养基的选择，特别是富集培养基的选择，还包括优化的碳源浓度、优化的氮源浓度、优化的氨基酸浓度和/或优化的生长因子浓度，和/或生物过程中使用的液体体积。
进一步另外地或可替代地，第二培养环境B在以下方面不同于第一培养环境A：培养环境条件，如气体浓度、特别是氧气和/或二氧化碳浓度的选择，和/或pH的选择，和/或温度的选择等。示例性氨基酸源可以是浓度为0.5％至2％的蛋白胨或胰蛋白胨。示例性碳源可以是浓度为0.1％至3％的葡萄糖或蔗糖。
还优选的是，在已经，优选完全地，更换培育培养基之后，第二培养环境B是第一培养环境A。在这些实施方案中，根据图1和图2，在已经至少部分地去除了培育培养基和/或细胞之后，可以将排放的细胞转移以重新使用细胞用于细胞培育和/或生物生产。由此，消耗的和新鲜的培育培养基和/或细胞的返混是单独可控的。
优选地，所得的消耗液体与新鲜液体的比率是可单独调节的。另外地或可替代地，第二培养环境B优选地提供培养环境条件，从而有利于细胞生长和/或生物生产。术语“有利于细胞生长和/或生物生产”意指反映细胞活力和/或细胞生产力的至少一个参数的增强和支持，所述参数包括但不限于生长速率、活力(即活细胞的百分比)、生产力、耗氧速率和/或生物质生产速率。
在另一个优选的实施方案中，第二培养环境B可以由容器4提供，为了建立第二培养环境B，在准备阶段使其达到无细胞和/或无液体状态。在优选的实施方案中，准备阶段由至少一个工作流程步骤组成，以建立用于细胞培育和/或生物生产的条件。
上述工作流程步骤可以是培养基制备、(完全)排空、清洁、维护、灭菌、更换和/或用培养基、优选富集培养基装载容器的组中的至少一个。“培养基制备”描述了组成要用于生物过程的培养基的行为，特别是特定组分比率的计算和培养基的实际制造。
在优选的实施方案中，工作流程步骤可以是容器4的至少部分排空、优选完全排空。在另一个实例中，容器4需要被至少部分地、优选完全地清洁。在进一步的实例中，工作流程步骤可以是容器4的维护，以便确保最佳的生物过程，或容器4的更换，特别是如果容器4、或特别是生物过程单元3的任何容器被设计为一次性装置。另一个可能的工作流程步骤可以是如上所述用培养基、特别是富集培养基装载容器4。对于这个程序，首先需要将培养基填充到容器中。可以使用任何培育培养基，优选任何包含较高营养素浓度等的富集培养基。进一步优选地，这些培养基不构成细胞培育和/或生物生产的限制性因素。在此并且优选地，并且仅作为实例，取决于所选择的生物过程，可以使用CHO培养基、hPSC XF培养基、RoosterNourishTM-MSC、Gibco细胞培养基、DMEM、IMDM等。进一步优选地，使用导致最佳细胞生长和增殖速率、健康生理学、形态学和/或适当基因表达的培养基。
优选地，第二培养环境B在建立相应培养环境A、B的结构实体方面不同于第一培养环境A。在这些实施方案中，第二培养环境B由与第一容器4分开的第二容器提供。这允许细胞从第一容器4转移至第二容器。优选地，当开始所提出的生物过程设备1的操作时，第二容器不含第一容器4的细胞培养液。建立第二培养环境B的实体可以例如是第二容器，如储存容器或第二生物反应器。
如图1所指示，澄清设置5包括废物容器16，所述废物容器(receptacle)优选被设计为废物器皿(vessel)。在此并且优选地，由电子过程控制2控制，在离心机6的反向操作中，将液体、优选排放液体中的固体颗粒、进一步优选排放液体中的细胞转移至第二培养环境B或废物容器21。
色谱单元8包括固定相，并且所述固定相优选由珠粒组成。这些优选球形的珠粒具有直径为至少250μm、进一步优选直径为至少350μm的尺寸。
根据另一个优选的实施方案，固定相由至少一个膜、优选多个堆叠的膜，或整料组成。根据这个实施方案，所述至少一个膜和所述整料包含多个孔。这些孔包括大于20μm、优选大于40μm的孔径。
因此，固定相的这些实施方案将防止尺寸为至多20μm、优选尺寸为至多40μm的颗粒渗透并最终阻塞固定相的孔。固定相的材料优选是琼脂糖、聚酰胺、聚砜、聚醚砜(PES)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、乙酸纤维素、硅酮、聚碳酸酯、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、苯基等。
特别优选的是，涉及色谱单元8的固定相的这些实施方案用于亲和色谱，特别是蛋白A亲和色谱，离子交换色谱(IEX)，如阴离子交换色谱(AEX)或阳离子交换色谱(CEX)，疏水相互作用色谱(HIC)，尺寸排阻色谱(SEC)或任何其他类型的色谱技术。此外，这些色谱技术可以以轴向流或径向流以及另外与模拟移动床色谱组合操作，从而使得能够进行多个平行色谱循环。因此，色谱单元包括至少一个色谱仪。该至少一个色谱仪包括至少一个色谱柱，优选多个色谱柱。
在另一个特别优选的实施方案中，生物过程单元3被设计成处理在10μm和100μm之间、优选在15μm和80μm之间、进一步优选在20和60之间的粒度。因此，可以将具有直径为至多20μm的尺寸的固体颗粒、特别是细胞引导通过生物过程单元3，优选地在色谱单元8中，而不引起色谱单元8、特别是色谱仪10的任何阻塞。
优选地，生物过程单元3的至少一个部件，优选容器4、澄清单元5、特别是离心机6和/或色谱单元8的至少一个部件，进一步优选生物过程单元3的所有部件，被设计为一次性部件。
根据另一独立的教导，同样要求保护生物过程设备1，其具有电子过程控制2和生物过程单元3。生物过程单元3包括至少一个容器4、具有离心机6的澄清单元5和具有色谱仪10的色谱单元8。首先将从容器4获得的细胞培养液引导通过澄清单元5。随后，将细胞培养液引导通过色谱单元8。两个单元5、8的通过以液体流9的形式依序进行。具有其离心机6的澄清单元5以包括离心步骤如装载步骤、洗涤步骤和排放步骤的离心循环操作。另一方面，具有其色谱仪10的色谱单元8以包括色谱步骤如平衡步骤、装载步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和再生步骤的色谱循环操作。
必要的是，在离开澄清单元5的液体流段和离开色谱单元8的液体流段之间的颗粒消耗在颗粒浓度方面小于10％，优选小于5％，进一步优选小于2％，并且分配给离心循环的步骤的执行和分配给色谱循环的步骤的执行通过电子过程控制2在同步例程13中基于分配的同步策略14至少部分地彼此同步。
电子过程控制装置2优选被设计为通过控制生物过程单元3、具有其离心机6的澄清单元5和/或具有其色谱仪10的色谱单元8来执行所提出的方法。可以实现电子过程控制2作为中央单元控制生物过程设备1的部件的全部或至少大部分。电子过程控制2也可以在包括多个分散单元的分散结构中实现。在一些实施方案中，至少一个电子过程控制2直接或经由马达来导向一个或多个阀17(图1)的打开和关闭、转子的旋转速度、和/或来自容器4如生物反应器的流体和/或颗粒的流动方向和/或速度。
这种电子过程控制2包括例如至少一个数字控制单元(DCU)和/或至少一个多发酵槽控制系统(MFCS)，其本身包括本地处理器单元和本地数据存储。MFCS还提供了集中过程管理系统，其将请求分派到数字控制单元。另外地或可替代地，这种电子过程控制2优选包括计算机和/或服务器和/或智能电话等。在此并且优选地，电子过程控制2是可单独调节的和/或可编程的，和/或包括至少一个微处理器，软件可以在所述微处理器上运行。前面给出的所有解释完全适用于本教导。
根据另一独立教导，同样要求保护生物过程设备1的电子过程控制。再次，参考前面给出的所有解释。
必要的是，电子过程控制2被设计用于通过控制澄清单元5、特别是离心机6，和/或色谱单元8、特别是色谱仪10来执行所提出的方法。
优选地，电子过程控制2包括用于实现上述方法的数据处理系统18，所述数据处理系统优选包括本地数据存储和本地处理器单元。
最后，独立的教导涉及用于电子过程控制2的计算机程序产品，并且涉及计算机可读存储介质，所述计算机程序产品优选地以非易失性方式存储在其上。

Claims (21)

1.使用生物过程设备(1)生产生物制品的方法，其中所述生物过程设备(1)包括电子过程控制(2)和生物过程单元(3)，其中所述生物过程单元(3)包括容器(4)、具有离心机(6)的澄清单元(5)和具有色谱仪(10)的色谱单元(8)，其中将从所述容器(4)获得的细胞培养液以液体流(9)的形式引导依次通过所述澄清单元(5)和所述色谱单元(8)，其中具有其离心机(6)的所述澄清单元(5)以包括离心步骤如装载步骤、洗涤步骤和排放步骤的离心循环操作，其中具有其色谱仪(10)的所述色谱单元(8)以包括色谱步骤如平衡步骤、装载步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和再生步骤的色谱循环操作，
其特征在于
在离开所述澄清单元(5)的液体流段和离开所述色谱单元(8)的液体流段之间的颗粒消耗在颗粒浓度方面小于10％，并且分配给所述离心循环的步骤的执行和分配给所述色谱循环的步骤的执行通过所述电子过程控制(2)在同步例程(13)中基于分配的同步策略(14)至少部分地彼此同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述色谱单元(8)接收以未过滤的方式离开所述澄清单元(5)的液体流段。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述色谱单元(8)包括直接连接到所述离心机(6)的出口的进料输入。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述液体流(9)至少暂时是连续的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于至少一个同步例程(13)，所述同步策略(14)表示时间同步，并且根据所述时间同步，至少一个离心循环与至少一个色谱循环保持预定的时间方式关系。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于根据所述时间同步，要同步的循环同时开始和/或结束，或者以预定的延迟开始和/或结束。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于根据所述时间同步，要同步的循环之一依赖于相应的其他循环的开始或结束而开始。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于至少一个同步例程(13)，所述同步策略(14)，优选除了表示时间同步之外，还表示液体同步，并且根据所述液体同步，在至少一个离心循环中，将液体转移至所述色谱单元(8)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于至少一个同步例程(13)，根据所述同步策略(14)，所述离心循环的装载步骤与所述色谱循环的装载步骤同步。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于至少一个同步例程(13)，根据所述同步策略(14)，所述离心循环的洗涤步骤与所述色谱循环的装载步骤和/或洗涤步骤同步。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于至少一个同步例程(13)，根据所述同步策略(14)，所述离心循环的排放步骤与所述色谱循环的平衡步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和/或再生步骤中的任一个同步。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于出自由所述生物过程单元(3)建立的第一培养环境(A)，将所述细胞培养液转移至所述离心机(6)，在所述离心机(6)的反向操作中，将排放的细胞的至少一部分转移至单独的不同于所述第一培养环境(A)的第二培养环境(B)，所述第二培养环境(B)用于随后的细胞培育和/或生物生产。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述色谱单元(8)包括固定相，所述固定相由优选球形的珠粒组成并且所述珠粒包含直径为至少250μm、进一步优选直径为至少350μm的尺寸。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述色谱单元(8)包括固定相，所述固定相由至少一个膜、优选多个堆叠的膜，或整料组成，并且所述固定相包含多个孔。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述生物过程单元(3)被设计成处理在10μm和100μm之间、优选在20μm和40μm之间的粒度。
16.具有电子过程控制(2)和生物过程单元(3)的生物过程设备(1)，其中所述生物过程单元(3)包括容器(4)、具有离心机(6)的澄清单元(5)和具有色谱仪(10)的色谱单元(8)，其中将从所述容器(4)获得的细胞培养液以液体流(9)的形式引导依次通过所述澄清单元(5)和所述色谱单元(8)，其中具有其离心机(6)的所述澄清单元(5)以包括离心步骤如装载步骤、洗涤步骤和排放步骤的离心循环操作，其中具有其色谱仪(10)的所述色谱单元(8)以包括色谱步骤如平衡步骤、装载步骤、洗涤步骤、洗脱步骤和再生步骤的色谱循环操作，
其特征在于
在离开所述澄清单元的液体流段和离开所述色谱单元(8)的液体流段之间的颗粒消耗在颗粒浓度方面小于10％，并且分配给所述离心循环的步骤的执行和分配给所述色谱循环的步骤的执行通过所述电子过程控制(2)在同步例程(13)中基于分配的同步策略(14)至少部分地彼此同步。
17.根据权利要求16所述的生物过程设备，其特征在于所述电子过程控制(2)被设计用于通过控制所述澄清单元(5)、特别是所述离心机(6)，和/或所述色谱单元(8)、特别是所述色谱仪(10)来执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。
18.根据权利要求16或17所述的生物过程设备(1)的电子过程控制，其特征在于所述电子过程控制(2)被设计用于通过控制所述澄清单元(5)、特别是所述离心机(6)，和/或所述色谱单元(8)、特别是所述色谱仪(10)来执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。
19.根据权利要求18所述的电子过程控制，其特征在于所述电子过程控制(2)包括用于实现根据权利要求1至15所述的方法的数据处理系统(18)。
20.用于根据权利要求18或19所述的电子过程控制(2)的计算机程序产品。
21.计算机可读存储介质，根据权利要求20所述的计算机程序产品优选地以非易失性方式存储在其上。
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