DE102013200822A1 - Parallel implementation of number of bio-experiments to identify optimal process parameters, comprises e.g. providing disposable bioreactors, setting first and second value, determining parameter vectors and determining result value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur parallelen Durchführung einer Mehrzahl von Bioexperimenten, ein Bioexperimentsteuerungssystem zur parallelen Durchführung einer Mehrzahl von Bioexperimenten sowie ein Computersystem.The invention relates to a method for carrying out a plurality of bioexperiments in parallel, to a bioexperiment control system for carrying out a plurality of bioexperiments in parallel, and to a computer system.
In vielen Bereichen der Pharmazie und der experimentellen Biochemie werden heute Bioreaktoren eingesetzt, die eine experimentelle Umgebung für bioverfahrenstechnische Anwendungen bieten, die in einem bestimmten Stoffsystem ablaufende biotechnologische Prozesse hinsichtlich Konzeption, Entwicklung und Tests von mikrobiologischen Verfahren zulassen sowie eine Übertragung des Verfahrens in einen technischen Maßstab zeitsparend und effektiv ermöglichen. Dafür werden zunehmend auch Einweg-Bioreaktoren benutzt, die den Vorteil haben, dass sie nicht nach jedem Versuchslauf vollständig gereinigt werden müssen. Bioreaktoren für experimentelle Umgebungen sind in aller Regel wesentlich kleiner dimensioniert als Bioreaktoren für einen produktiven Einsatz. Ein Einsatz im Labormaßstab erfordert ohnehin viele kleine, einfach zu handhabende Bioreaktoren, die eine hohe Anzahl von Versuchen problemlos durchführbar machen. Durch eine zunehmend wachsende Zahl von beeinflussbaren Prozessparameter wächst die Zahl der notwendigen Experimente aber auch überproportional, so dass selbst bei einer Verwendung von Einweg-Bioreaktoren erhebliche Kosten und ein hoher Zeitaufwand – trotz einer Nutzung der „Single-Use-Bioreaktoren” – entstehen, um ein möglichst optimales Set an Prozessparametern, welches durch vordefinierte Ergebnisse der Bioreaktionen determiniert ist, zu ermitteln.Today, bioreactors are used in many areas of pharmacy and experimental biochemistry, providing an experimental environment for bioprocessing applications that allow biotechnological processes in a given material system to be designed, developed and tested for microbiological processes, and for transferring the process to a technical scale enable time-saving and effective. For this purpose, one-way bioreactors are increasingly being used, which have the advantage that they do not have to be completely cleaned after each test run. Bioreactors for experimental environments are usually much smaller in size than bioreactors for productive use. In any case, use on a laboratory scale requires many small, easy-to-use bioreactors, which make a high number of experiments easily feasible. Due to an increasing number of influenceable process parameters, the number of necessary experiments also increases disproportionately, so that even with the use of disposable bioreactors considerable costs and a lot of time - despite a use of "single-use bioreactors" - arise To determine the best possible set of process parameters, which is determined by predefined results of the bioreactions.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zu Grunde, einen einfach zu handhabbaren, universellen und kosteneffektiven Prozess für Bioexperimente zur Verfügung zu stellen, der mit einer geringen Anzahl von Versuchen auskommt, um einen optimierten Satz von Prozessparametern zu ermitteln, so dass sich diese auf großtechnische Anlagen übertragen lassen. Das trifft insbesondere auf eine Entwicklung von diskontinuierlich und kontinuierlich ablaufenden biotechnologischen Prozessen zu.The invention is therefore based on the technical task of providing an easy-to-handle, universal and cost-effective process for bioexperiments, which manages with a small number of experiments in order to determine an optimized set of process parameters, so that these are based on large-scale Have plants transferred. This applies in particular to the development of discontinuous and continuous biotechnological processes.
Ziele derartiger Bioexperimente können eine Erhöhung der Biomassekonzentration oder der Produktbildung im Bioreaktor sowie eine Integration und Kopplung von Aufarbeitungsschritten in bzw. an den Bioreaktor sein. Die biotechnologischen Prozesse können dabei unter aeroben oder anaeroben Bedingungen, steril oder unsteril, in einer oder mehreren Verfahrensstufen ablaufen. Die bioverfahrenstechnische Gestaltung des Bioreaktors sichert eine gleichmäßige Verteilung der Zellen und Nährstoffe über das gesamte Kultivierungsvolumen, eine ausreichende Versorgung der Biomasse mit Nährstoffen, die Abführung bzw. Zuführung von Wärme, die Dissipation von Energie, hohe Transportkoeffizienten, Variation der Flüssigphasendurchmischung, definiertes Führen von Stoffströmen, etc., zu, so dass ein sicheres Scale-up des bzw. der Bioprozesse ermöglicht wird.The aim of such bioexperiments may be to increase the biomass concentration or product formation in the bioreactor as well as to integrate and couple work-up steps in or to the bioreactor. The biotechnological processes may take place under aerobic or anaerobic conditions, sterile or non-sterile, in one or more stages of the process. The bioprocess engineering design of the bioreactor ensures a uniform distribution of cells and nutrients over the entire cultivation volume, adequate supply of biomass with nutrients, the removal or supply of heat, the dissipation of energy, high transport coefficients, variation of liquid phase mixing, defined guiding of material flows , etc., so that a safe scale-up of the bioprocess is possible.
Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die genannte Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche beschrieben.The above object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described by the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur parallelen Durchführung einer Mehrzahl von Bioexperimenten zur Ermittlung optimaler Prozessparameter bei einer gleichzeitigen Minimierung einer Anzahl der Bioexperimente vorgestellt. Das Verfahren weist dabei auf: eine Bereitstellung einer Mehrzahl von Einweg-Bioreaktoren, ein Festlegen eines ersten Wertes und eines zweiten Wertes für jeweils einen aus einer Mehrzahl von Parametern zur Durchführung der Bioexperimente in jeweils einem der Einweg-Bioreaktoren aus der Mehrzahl der Einweg-Bioreaktoren und ein Bestimmen von Parametervektoren, deren Komponenten jeweils die festgelegten ersten Werte und zweiten Werte sind, so dass eine Mehrzahl von Kombinationen der jeweiligen ersten Werte und zweiten Werte jeweils einmal in einer so entstehenden Gesamtheit der Parametervektoren vorhanden sind, und wobei die Gesamtheit der Parametervektoren eine Parametervektorengruppe bildet.According to a first aspect of the invention, a method is presented for performing a plurality of bioexperiments in parallel to determine optimal process parameters while simultaneously minimizing a number of bioexperiments. The method comprises providing a plurality of disposable bioreactors, setting a first value and a second value for each of a plurality of parameters for performing the bioexperiments in each one of the disposable bioreactors of the plurality of disposable bioreactors and determining parameter vectors whose components are respectively the predetermined first values and second values such that a plurality of combinations of the respective first values and second values are respectively present once in a resultant ensemble of the parameter vectors, and wherein the entirety of the parameter vectors is one Parameter vector group forms.
Das Verfahren weist weiterhin ein Reduzieren der Anzahl der Parametervektoren der Parametervektorgruppe, basierend auf einem Vergleich jedes konkreten Parametervektors mit bereits existierenden, konkreten Parametervektoren auf, für die jeweils ein Messergebnis eines auf dem konkreten Parametervektor beruhenden vergleichbaren Bioexperiments existiert, so dass eine reduzierte Parametervektorgruppe aus der Gesamtheit der Parametervektoren entsteht. Außerdem ist ein Zuweisen von jeweils einem konkreten Parametervektor aus der reduzierten Parametervektorgruppe zu jeweils einem Einweg-Bioreaktor aus der Mehrzahl der Einweg-Bioreaktoren und ein Bereitstellen der Parametervektorenkomponentenwerte an eine Experimentkontrolleinheit vorgesehen.The method further comprises reducing the number of parameter vectors of the parameter vector group, based on a comparison of each specific parameter vector with existing concrete parameter vectors, for each of which a measurement result of a comparable bioexperiment based on the specific parameter vector exists, such that a reduced parameter vector group from the Entirety of the parameter vectors arises. In addition, each of a specific parameter vector is assigned from the reduced parameter vector group to a one-way bioreactor of the plurality of single-use bioreactors and the parameter vector component values are provided to an experiment control unit.
Weiterhin weist das Verfahren auf: ein Befüllen der Einweg-Bioreaktoren mit Ausgangsstoffen für die Bioexperimente, ein Steuern mittels der Experimentkontrolleinheit der für jeden Einweg-Bioreaktor spezifischen Werte der Parametervektoren mittels Detektoren an jedem Einweg-Bioreaktor und Stellgliedern für die Werte der Parametervektoren, ein Messen von Einweg-Bioreaktor-spezifischen Messergebnissen der Bioexperimente, und ein Ermitteln von Ergebniswerten für die Komponenten eines konkreten Parametervektors basierend auf den gemessenen Einweg-Bioreaktor-spezifischen Messergebnissen und den zugehörigen konkreten Parametervektorwerten sowie den bereits existierenden konkreten Parametervektoren und zugehörigen Messergebnissen, so dass eine minimale Anzahl von Experimenten zur Ermittlung optimaler konkreter Prozessparameterwerte benötigt wird.Furthermore, the method comprises: filling the disposable bioreactors with starting materials for the bioexperiments, controlling by means of the experimental control unit the values of the parameter vectors specific to each disposable bioreactor by means of detectors at each disposable bioreactor and actuators for the values of the parameter vectors Measuring one-way bioreactor-specific measurement results of the bioexperiments, and determining result values for the components of a specific parameter vector based on the measured one-way bioreactor-specific measurement results and the associated concrete parameter vector values as well as the existing concrete parameter vectors and associated measurement results, so that a minimal number of experiments is needed to determine optimal concrete process parameter values.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bioexperimentsteuerungssystem zur parallelen Durchführung einer Mehrzahl von Bioexperimenten in einer Mehrzahl von Bioexperimenten zur Ermittlung optimaler Prozessparameter bei einer gleichzeitigen Minimierung der Anzahl der Bioexperimente vorgestellt. Das Bioexperimentsteuerungssystem weist dabei auf: eine Interface-Komponente zum Empfangen eines ersten Wertes und eines zweiten Wertes für jeweils einen aus einer Mehrzahl von Parametern zur Durchführung der Bioexperimente in jeweils einem Einweg-Bioreaktoren aus der Mehrzahl von Einweg-Bioreaktoren, und ein Kombinationsmodul, das angepasst ist zur Bestimmung von konkreten Parametervektoren, dessen Komponenten jeweils die festgelegten ersten Werte und zweiten Werte sind, so dass eine Mehrzahl von Kombinationen der jeweiligen ersten Werte und zweiten Werte jeweils einmal in einer so entstehenden Gesamtheit der Parametervektoren vorhanden sind, und wobei die Gesamtheit der Parametervektoren eine Parametervektorengruppe bildet. Weiterhin weist das Bioexperimentsteuerungssystem ein Reduktionsmodul auf, das angepasst ist zum Reduzieren der Anzahl der Parametervektoren der Parametervektorgruppe, basierend auf einem Vergleich jedes konkreten Parametervektors mit bereits existierenden konkreten Parametervektoren, für die jeweils ein Messergebnis eines auf dem konkreten Parametervektor beruhenden Bioexperiments existiert, so dass eine reduzierte Parametervektorgruppe aus der Gesamtheit der Parametervektoren entsteht.According to another aspect of the invention, a bioexperiment control system for performing a plurality of bioexperiments in a plurality of bioexperiments in parallel to determine optimal process parameters while minimizing the number of bioexperiments is presented. The bioexperiment control system comprises an interface component for receiving a first value and a second value for a respective one of a plurality of parameters for carrying out the bioexperiments in a respective one-way bioreactor from the plurality of disposable bioreactors, and a combination module is adapted to determine concrete parameter vectors whose components are respectively the predetermined first values and second values, such that a plurality of combinations of the respective first values and second values are respectively present once in an ensuing ensemble of the parameter vectors, and wherein the entirety of the Parameter vectors forms a parameter vector group. Furthermore, the bioexperiment control system has a reduction module which is adapted to reduce the number of parameter vectors of the parameter vector group based on a comparison of each specific parameter vector with already existing concrete parameter vectors for which a measurement result of a bioexperiment based on the specific parameter vector exists, such that a reduced parameter vector group arises from the totality of the parameter vectors.
Ferner weist das Bioexperimentsteuerungssystem auf: ein Zuweisungsmodul, das angepasst ist zum Zuweisen von jeweils einem konkreten Parametervektor aus der reduzierten Parametervektorgruppe zu jeweils einem Einweg-Bioreaktor aus der Mehrzahl der Einweg-Bioreaktoren, ein Sendemodul, das angepasst ist zur Bereitstellung der Parametervektorenkomponentenwerte an eine Experimentkontrolleinheit sowie ein Steuermodul, das angepasst ist zum Steuern mittels der Experimentkontrolleinheit der für jeden Einweg-Bioreaktor spezifischen Werte der Parametervektoren mittels Detektoren an jedem Einweg-Bioreaktor und Stellgliedern für die Werte der Parametervektoren.The bioexperiment control system further comprises: an assignment module adapted to assign each of a particular parameter vector from the reduced parameter vector group to a single-use bioreactor of the plurality of one-way bioreactors; a transmit module adapted to provide the parameter vector component values to an experiment control unit and a control module adapted to be controlled by the experimental control unit of the values of the parameter vectors specific to each disposable bioreactor by means of detectors at each disposable bioreactor and actuators for the values of the parameter vectors.
Darüber hinaus weist das Bioexperimentsteuerungssystem auf: ein Messmodul, das angepasst ist zum Messen von Einweg-Bioreaktor-spezifischen Messergebnissen der Bioexperimente, und ein Berechnungsmodul, das angepasst ist zum Ermitteln von Ergebniswerten für die Komponenten eines Parametervektors basierend auf den gemessenen Einweg-Bioreaktor-spezifischen Messergebnissen und den zugehörigen konkreten Parametervektorwerten sowie bereits existierenden Parametervektoren und zugehörigen Messergebniswerten für die Komponenten eines Parametervektors, so dass eine minimale Anzahl von Experimenten benötigt wird.In addition, the bioexperiment control system comprises: a measurement module adapted for measuring one-way bioreactor-specific measurement results of the bioexperiments, and a calculation module adapted to determine result values for the components of a parameter vector based on the measured one-way bioreactor-specific ones Measurement results and the associated specific parameter vector values and existing parameter vectors and associated measurement result values for the components of a parameter vector, so that a minimum number of experiments is needed.
Es sei darauf hingewiesen, dass optimale Prozessparameter experimentbedingt nach unterschiedlichen Gesichtspunkten optimiert sein können. Zum Beispiel kann „optimal” bedeuten, dass eine maximale Menge an Bioreaktionsstoff produziert wurde, dass eine möglichst geringe Zeit dafür beansprucht wurde, dass ein Gradient der Biomasseproduktion möglichst groß ist, oder dass beispielsweise der Verbrauch an Rohstoffen möglichst minimal ist. Kombinationen dieser oder anderer Bedingungen sind ebenso möglich.It should be noted that optimal process parameters can be optimized experimentally for different aspects. For example, "optimal" may mean that a maximum amount of bioreactor has been produced, the shortest possible time has been claimed for a gradient of biomass production to be as large as possible, or that, for example, the consumption of raw materials is as minimal as possible. Combinations of these or other conditions are also possible.
Die Einweg-Bioreaktoren weisen insbesondere eine Mehrzahl von verschließbaren Öffnungen auf. Sie können auch für eine Aufnahme von Mess- oder Steuerinstrumenten für die Bioexperimente dienen.The disposable bioreactors in particular have a plurality of closable openings. They can also be used to record measurement or control instruments for bioexperiments.
„Bereits existierende konkrete Parametervektoren” können Parametervektoren mit konkreten Werten bedeuten, die beispielsweise in einem Datenhaltungssystem – wie beispielsweise einer Datenbank – zusammen mit den zugehörigen Messergebnissen gespeichert werden. Sie müssen nicht zum aktuellen Satz von Bioexperimenten gehören, sondern zugehörige Experimente können bereits zu einem früheren Zeitpunkt durchgeführt worden sein. Unter konkreten Parametervektoren können regelmäßig Parametervektoren mit konkreten Werten für die Parameter des Parametervektors verstanden werden."Existing concrete parameter vectors" can mean parameter vectors with concrete values that are stored, for example, in a data storage system-such as a database-together with the associated measurement results. They do not have to belong to the current set of bioexperiments, but related experiments may have already been performed earlier. Specific parameter vectors can be understood to mean parameter vectors with concrete values for the parameters of the parameter vector.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass unter einer parallelen Durchführung von Bioexperimenten auch eine parallel-sequenzielle Durchführung der Experimente verstanden werden kann. Das heißt, dass ein Teil der Bioexperimente zeitlich parallel durchgeführt wird, während ein anderer Satz von Experimenten zeitversetzt zu einem ersten Satz von Bioexperimenten durchgeführt werden kann.It should also be noted that a parallel execution of bioexperiments can also be understood as a parallel-sequential execution of the experiments. This means that one part of the bioexperiments is performed in parallel with one another, while another set of experiments can be performed with a time delay to a first set of bioexperiments.
Folgende Begriffe und Ausdrücke werden in diesem Dokument genutzt:
Als „Bioexperiment” wird eine Versuchsanordnung zur Durchführung und Untersuchung von Reaktionen von Ausgangsstoffen oder Edukten und Ergebnisstoffen oder Produkten auf biologischer Basis verstanden. Dabei werden häufig biologische Ergebnisstoffe mit Hilfe von Bakterien, tierischen oder humanen (Stamm)Zellen oder anderen lebenden Organismen als resultierende Biomasse produziert.The following terms and expressions are used in this document:
"Bioexperiment" is understood to mean a test arrangement for carrying out and investigating reactions of starting materials or educts and resultants or products based on biology. In doing so, biological resultants are often produced with the aid of bacteria, animal or human (stem) cells or other living organisms as the resulting biomass.
Unter „Einweg-Bioreaktor” können Bioreaktorbehälter zur Durchführung von Bioexperimenten verstanden werden. Typischerweise lassen sich Prozessparameter der Bioexperimente sowohl messen als auch steuern bzw. kontrollieren. Einweg-Bioreaktoren können dabei aus Kunststoff bestehen, die durchsichtig sein können. Es können mehrere verschließbare Öffnungen vorhanden sein durch die Ausgangsstoffe (Edukte) eingefüllt werden können, bzw. Mess- oder Steuerinstrumente eingeführt werden können. Einweg-Bioreaktoren können für einen einmaligen Gebrauch als Gefäß für ein Bioexperiment vorgesehen sein. Typischerweise ist eine Reinigung und Wiederverwendung für ein weiteres Experiment nicht erforderlich bzw. technisch verhindert.By "disposable bioreactor" bioreactor containers can be understood to carry out bioexperiments. Typically, process parameters of the bioexperiments can both be measured and controlled. Disposable bioreactors can be made of plastic, which can be transparent. There may be a plurality of closable openings through which starting materials (educts) can be filled, or measuring or control instruments can be introduced. Disposable bioreactors may be intended for single use as a vessel for a bioexperiment. Typically, cleaning and reuse is not required or technically prevented for another experiment.
„Regeln” unterscheidet sich von „Steuern” dadurch, dass beim Regeln ein Sollwert mit einem aktuell gemessenen Istwert für einen Parameter verglichen wird und entsprechende Regelsignale erzeugt werden, um eine Angleichung zu ermöglichen. Beim Steuern wird nur ein Steuerwert erzeugt, der basierend auf historischen Erfahrungs- und/oder Messwerten den gewünschten Zielwert für einen Parameter erzeugt."Rules" differs from "Control" in that a setpoint is compared with a currently measured actual value for a parameter during control, and corresponding control signals are generated in order to allow an adjustment. During control, only a control value is generated which generates the desired target value for a parameter based on historical experience and / or measured values.
„Werte von Parametern” bezeichnen explizite numerische Angaben bezüglich der Parameter. Dabei kann es sich beispielsweise jeweils um einen unteren Wert beziehungsweise einen oberen Werte für den jeweiligen Parameter handeln. Diese können auch als erste und zweite Werte bezeichnet werden und Rahmenparameter für ein Bioexperiment bezüglich der Parameter darstellen. Als Parameter kommen beispielsweise Ausgangsstoffkonzentrationen verschiedener Bioexperimentausgangsstoffe, Temperatur, Sauerstoffpartialdruck, pH-Wert, Glukose-Konzentration, Rührgeschwindigkeit und so weiter in Betracht."Values of parameters" designate explicit numerical information regarding the parameters. For example, each may be a lower value or an upper value for the respective parameter. These can also be referred to as first and second values and represent framework parameters for a bioexperiment with respect to the parameters. Suitable parameters are, for example, starting material concentrations of different bioexperiment starting materials, temperature, oxygen partial pressure, pH, glucose concentration, stirring speed and so forth.
Der Begriff „Mehrzahl von Kombinationen von jeweiligen ersten und zweiten Werten” kann alle möglichen Kombinationen der Werte in Parametervektoren bezeichnen. Damit wären 2n Kombinationen möglich, wobei n die Anzahl der Dimensionen bzw. Komponenten des Parametervektors wäre. Alternativ kann auch ein vordefinierter Teilsatz von Kombinationen gemeint sein, der beispielsweise erforderlich ist, um eine statistische Relevanz von Bioexperimentreihen sicherzustellen. Es kann auch mit einem erhöhten Satz von Parametervektoren gearbeitet werden.The term "plurality of combinations of respective first and second values" may refer to all possible combinations of the values in parameter vectors. This would allow 2 n combinations, where n would be the number of dimensions or components of the parameter vector. Alternatively, it may also mean a predefined subset of combinations that is required, for example, to ensure statistical relevance of bioexperiment series. It is also possible to work with an increased set of parameter vectors.
Unter „Stellgliedern” können Einflussmodule für Prozessparameterwerte verstanden werden. Das betrifft beispielsweise Komponenten für eine Temperatursteuereinheit, eine Rührgeschwindigkeitseinheit, Ventile zur Begasung, Pumpen zur Flüssigkeitsdosierung im Bioreaktor, usw. Zu Stellgliedern können auch automatische Ventile an z. B. unten liegenden Auslässen des Bioreaktors, zählen."Actuators" can be understood to mean influencing modules for process parameter values. This concerns for example components for a temperature control unit, a stirring speed unit, valves for gassing, pumps for liquid metering in the bioreactor, etc. To actuators can also automatic valves to z. B. downstream outlets of the bioreactor count.
In diesem Zusammenhang bedeutet „steuern” eine aktive Einflussnahme auf physikalische Parameter innerhalb des Bioreaktors um einen gemessenen Parameterwert mit einem vorgegebenen Parameterwert in Übereinstimmung zu bringen.In this context, "controlling" means actively influencing physical parameters within the bioreactor to match a measured parameter value with a predetermined parameter value.
„Messergebnisse” bedeuten im Kontext dieser Anmeldung ermittelte Werte, die den Bioprozess charakterisieren. Diese Werte können während oder nach dem Versuch messtechnisch erfasst werden. Sie können ebenso aus anderen gemessenen Werten und Parameterwerten rechnerisch ermittelt werden. Die rechnerische Ermittlung kann Algorithmus basierend sein."Measurement results" in the context of this application means determined values that characterize the bioprocess. These values can be measured during or after the experiment. They can also be computationally determined from other measured values and parameter values. The computational determination can be algorithm based.
”Ergebniswerte” bedeuten im Gegensatz zu ”Messergebnissen” hier konkrete Werte für Komponenten eines Parametervektors, so dass das jeweilige Bioexperiment optimal durchgeführt werden kann.In contrast to "measurement results", "result values" here mean concrete values for components of a parameter vector, so that the respective bioexperiment can be optimally performed.
Der Begriff „Parameter-Mittelpunktsvektor” bezieht sich auf eine Kombination von Werten unterschiedlicher Experimentparameter, die als Vektor darstellbar sein können. Alle Werte des Parameter-Mittelpunktsvektors liegen dabei innerhalb der jeweiligen vorgegebenen ersten und zweiten Werte des jeweiligen Prozessparameters.The term "parameter midpoint vector" refers to a combination of values of different experimental parameters that can be represented as a vector. All values of the parameter center point vector are within the respective predetermined first and second values of the respective process parameter.
Der Begriff „aseptische Bedingungen” kann spezielle Bioexperimentbedingungen beschreiben. Diese können eine Keimfreiheit für das Bioexperiment bedeuten. D. h., dass beispielsweise auch keine Keime durch die Öffnungen eines Einweg-Bioreaktors eingeschleust werden können.The term "aseptic conditions" may describe specific bioexperiment conditions. These can mean a sterility for the bioexperiment. This means, for example, that no germs can be introduced through the openings of a disposable bioreactor.
Unter „konkreten Parametervektorkomponenten” sollen spezifische Werte für einen Parametervektor verstanden werden. Ein konkreter Parametervektor gibt dann die Bioexperiment-Parameterwerte für ein Bioexperiment an. Diese können beispielsweise aus konkreten Werten für die Temperatur, bei der das Bioexperiment ablaufen soll, die Rührgeschwindigkeit, die verwendet werden soll, und/oder der Sauerstoffpartialdruck, der bei dem Bioexperiment eingehalten werden soll, bedeuten. Viele weitere Parameter für die Bioexperimente sind denkbar, wie an anderer Stelle dieses Dokumentes dargelegt ist. Ein konkreter Parametervektor weist also genau so viele numerische Werte auf wie der Vektor Komponenten aufweist.By "concrete parameter vector components" is meant specific values for a parameter vector. A concrete parameter vector then gives the bioexperiment parameter values for a bioexperiment. These may for example consist of specific values for the temperature at which the bioexperiment is to proceed, the stirring rate to be used and / or the oxygen partial pressure to be maintained in the bioexperiment. Many other parameters for the bioexperiments are conceivable, as set out elsewhere in this document. A concrete parameter vector thus has exactly as many numerical values as the vector has components.
Das oben geschriebene Verfahren bzw. das System zur parallelen Durchführung einer Mehrzahl von Bioexperimenten zur Ermittlung optimaler Prozessparameter kann folgende Vorteile aufweisen. The method or system described above for carrying out a plurality of bioexperiments in parallel to determine optimum process parameters may have the following advantages.
Das oben beschriebene Verfahren erlaubt eine kostengünstige Ermittlung von Bioexperimentprozessparametern für optimale Ergebnisse des Bioexperimentes. „Optimal” kann hier mehrere Bedeutungen haben, wie bereits oben erwähnt. Es kann darum gehen, möglichst wenig Ausgangsmaterial zu verbrauchen oder möglichst viel Ziel-Biomasse aus dem Bioexperiment zu generieren. Andere Bedeutungen sind möglich. Dazu ist es unter Nutzung des Verfahrens nicht erforderlich sehr umfangreiche Versuchsreihen, die zeit- und kostenraubend waren, durchzuführen. Das Verfahren nutzt vorhandene Ressourcen optimal aus, indem eine geringe bzw. minimale Anzahl von Bioexperimenten erforderlich ist, so dass optimierte Prozessparameter gefunden werden können, damit ein Scale-Up und ggfs. eine Umsetzung der Bioprozesse im großtechnischen Massstab wirtschaftlich möglich wird. Das Verfahren nutzt Messergebnisse und Parametervektoren bereits früher durchgeführter Bioexperimente und führt einen Abgleich mit geplanten Bioexperimenten aus, wobei solche Bioexperimente, für die bereits Messergebnisse vorliegen, nicht mehr durchgeführt werden. Die Messergebnisse und Parametervektoren können aus einer Datenbank abgerufen werden. Auch dies trägt zu einer Reduktion der erforderlichen Anzahl von Experimenten bei. Somit ergänzen sich die Nutzung von Einweg-Bioreaktoren und eine Algorithmus-basierende Durchführung der erforderlichen Experimente, so dass insgesamt eine kostengünstige und zeitsparende Methode vorliegt, möglichst effizient geeignete Prozessparameter für Bioexperimente zu bestimmen.The method described above allows cost-effective determination of bioexperiment process parameters for optimal results of the bioexperiment. "Optimal" can have several meanings here, as mentioned above. It can be about consuming as little starting material as possible or generating as much target biomass as possible from the bioexperiment. Other meanings are possible. For this purpose, it is not necessary to carry out very extensive test series using the method, which were time consuming and costly to perform. The process optimally exploits existing resources by requiring a small or minimal number of bioexperiments, so that optimized process parameters can be found so that scale-up and, if necessary, implementation of bioprocesses on an industrial scale is economically feasible. The method uses measurement results and parameter vectors of previously performed bioexperiments and performs a comparison with planned bioexperiments, whereby those bioexperiments for which measurement results are already available are no longer performed. The measurement results and parameter vectors can be retrieved from a database. This too contributes to a reduction in the required number of experiments. Thus, the use of disposable bioreactors and an algorithm-based implementation of the required experiments complement each other, so that overall there is a cost-effective and time-saving method of determining suitable process parameters for bioexperiments as efficiently as possible.
Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens beziehungsweise des Bioexperimentsteuerungssystems beschrieben.Hereinafter, further advantageous embodiments of the method or the Bioexperimentsteuerungssystems will be described.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich ein Definieren von mindestens einem Parameter-Mittelpunktsvektor aufweisen, bei dem die Komponenten so gewählt sind, dass entsprechende Werte zwischen dem entsprechenden ersten Wert und zweiten Wert für jeweils einen aus einer Mehrzahl von Experimentarametern liegen. Es wäre also nicht nur erforderlich, die ersten und zweiten Werte der jeweiligen Parameter als Bioexperimentparameter zu nutzen, sondern es können auch zusätzlich Zwischenwerte der konkreten Parametervektoren genutzt werden, aus denen sich Ergebnisse extrahieren lassen. Durch eine solche Kombination müssten zwar mehr Experimente durchgeführt werden, aber die statistische Relevanz der Experimente würde sich erhöhen.According to an embodiment of the method, the method may additionally comprise defining at least one parameter midpoint vector, wherein the components are selected such that respective values lie between the respective first value and second value for a respective one of a plurality of experimental parameters. Not only would it be necessary to use the first and second values of the respective parameters as bioexperiment parameters, but also intermediate values of the concrete parameter vectors could be used, from which results can be extracted. Such a combination would require more experiments, but the statistical relevance of the experiments would increase.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens können die Komponenten des Parametervektors mindestens folgendermaßen ausgewählt sein: aus der Gruppe bestehend aus Temperatur, pH-Wert, Sauerstoffpartialdruck, Kohlendioxidpartialdruck, Rührgeschwindigkeit, Leitfähigkeit, Druck, Eduktkonzentration – z. B. Glukosekonzentration, Produktkonzentration, Supplementkonzentration und Inhibitorkonzentration. Andere Messgrößen sind abhängig vom Typ des Bioexperiments denkbar. Die Rührgeschwindigkeit oder die Leitfähigkeit kann sich jeweils auf den Inhalt des Einweg-Bioreaktors beziehen. Die Inhibitorkonzentration kann sich beispielsweise auf eine im Verlauf des Bioexperiments dem Inhalt des Einweg-Bioreaktors hinzugefügt Substanz beziehen.According to an advantageous embodiment of the method, the components of the parameter vector may be selected at least as follows: selected from the group consisting of temperature, pH, oxygen partial pressure, carbon dioxide partial pressure, stirring speed, conductivity, pressure, educt concentration - e.g. Glucose concentration, product concentration, supplement concentration and inhibitor concentration. Other parameters are conceivable depending on the type of bioexperiment. The stirring rate or the conductivity can each refer to the contents of the disposable bioreactor. The inhibitor concentration may refer, for example, to a substance added to the contents of the disposable bioreactor during the bioexperiment.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens können die Komponenten des Parametervektors mindestens teilweise eine Zeitabhängigkeit darstellen bzw. aufweisen. Damit lassen sich die Experimentverläufe in weiten Grenzen einstellen und variieren. Beispielsweise kann eine Substanz (Inhibitor) dem Inhalt des Einweg-Bioreaktors zu einem bestimmten Zeitpunkt des Experimentes zugefügt werden, um den ursprünglichen Verlauf des Bioexperimentes in eine andere Richtung zu lenken. Auch kann auf diese Weise die zeitliche Änderung (Gradient) einer Stellgröße als Parameter genutzt werden.According to a further advantageous embodiment of the method, the components of the parameter vector can at least partially represent or have a time dependency. This makes it possible to set and vary the experimental processes within wide limits. For example, a substance (inhibitor) may be added to the contents of the disposable bioreactor at some point in the experiment to redirect the original course of the bioexperiment. Also in this way the temporal change (gradient) of a manipulated variable can be used as a parameter.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei neben einem ersten Wert und einem zweiten Wert für die Komponenten des Parametervektors ein dritter Wert für mindestens eine Komponente des Parametervektors festgelegt wird, wobei der dritte Wert zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegt, wodurch die Anzahl von konkreten Parametervektoren einer Gesamtheit von konkreten Parametervektoren erhöht wird. Durch eine derartige Wahl von konkreten Werten für Bioexperimentparameter lässt sich die statistische Relevanz der Bioexperimentergebnisse erhöhen. Das kann zu einer Verringerung von Fehlinterpretationen der Bioexperimentergebnisse führen und so dazu beitragen, die Kosten der Experimentreihen zu senken. Dies gilt, obwohl keiner aus der Gesamtheit der konkreten Parametervektoren ein optimales Ergebnis der Bioexperimente darstellt und sich dieses Optimum erst aus einer Algorithmus basierenden Bestimmung ergibt.The method of
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens können die Bioexperimente in zeitlich gestaffelten Teilgruppen durchgeführt werden, falls die Anzahl der konkreten Parametervektoren in der reduzierten Parametervektorgruppe größer als die Anzahl der für Bioexperimente verfügbaren Bioreaktoren ist. Dabei kann die Zuordnung von konkreten Parametervektoren zu den Einweg-Bioreaktoren randomisiert sein, so dass zwei konkrete Parametervektoren mit einem ersten Wert einer Komponente des Parametervektors und einem zweiten Wert derselben Komponente des Parametervektors in Einweg-Bioreaktoren an unterschiedlichen Versuchsorten innerhalb einer Versuchsanordnung durchgeführt werden.In a further advantageous embodiment of the method, the bioexperiments can be performed in time-graduated subgroups if the number of specific parameter vectors in the reduced parameter vector group is greater than the number of bioreactors available for bioexperiments. The assignment of concrete parameter vectors to the disposable bioreactors may be randomized, so that two concrete Parameter vectors are performed with a first value of a component of the parameter vector and a second value of the same component of the parameter vector in disposable bioreactors at different experimental locations within a test arrangement.
Der Begriff ”unterschiedliche Versuchsorte” kann dabei so verstanden werden, dass Einweg-Bioreaktoren beispielsweise in Batterien von jeweils vier Einweg-Bioreaktoren – entsprechend auch vier Versuchsorten – zusammengefasst werden. Es sollte also vermieden werden, jeweils ein Bioexperiment für einen unteren Wert einer Parameterkomponente und den zugehörigen oberen Wert in einem Einweg-Bioreaktor zeitversetzt durchzuführen, wenn die Einweg-Bioreaktoren am gleichen Platz bzw. Versuchsort in der Batterie von Einweg-Bioreaktoren stehen. Eine verteilte Zuordnung von zugehörigen konkreten Parametervektoren zu Versuchsorten von Bioreaktoren in einer Versuchsanordnung kann systematische Fehler reduzieren.The term "different test sites" can be understood to mean that disposable bioreactors, for example, in batteries of four disposable bioreactors - are summarized - corresponding to four test locations. It should therefore be avoided, each time a bioexperiment for a lower value of a parameter component and the associated upper value in a disposable bioreactor perform delayed, when the disposable bioreactors are in the same place or trial in the battery of disposable bioreactors. Distributed allocation of associated concrete parameter vectors to bioreactor sites in a trial can reduce systematic errors.
Der Begriff ”zeitlich gestaffelt” kann auch bedeuten, dass eine Teilgruppe von Bioexperimenten parallel abläuft und eine weitere Teilgruppe von Bioexperimenten zeitlich nach der ersten Teilgruppe abläuft. Dieses Vorgehen lässt sich als partiell-parallel bezeichnen. Für eine neue Teilgruppe von Bioexperimenten würden neue Einweg-Bioreaktoren genutzt. Es wären also nur kleine Rüstzeiten zwischen den resultierenden Experimentreihen erforderlich, da keine Reinigungsschritte der Bioreaktoren erforderlich wären. Eine Gesamtanzahl von notwendigen Bioexperimentläufen wäre von der Anzahl der vorhandenen parallel zu betreibenden Einweg-Bioreaktoren abhängig.The term "staggered in time" can also mean that one subgroup of bioexperiments runs in parallel and another subgroup of bioexperiments runs chronologically after the first subgroup. This procedure can be described as partial-parallel. For a new subgroup of bioexperiments new disposable bioreactors would be used. So it would be necessary only small set-up times between the resulting series of experiments, since no purification steps of the bioreactors would be required. A total number of necessary bioexperiment runs would depend on the number of disposable bioreactors to be operated in parallel.
In einer weiter modifizierten Ausführungsform des Verfahrens kann jede der zeitlich gestaffelten Teilgruppen von Bioexperimenten jeweils ein Bioexperiment enthalten, das basierend auf einem Parameter-Mittelpunktsvektor durchgeführt wird. Außerdem kann die Zuordnung von konkreten Parametervektoren zu Bioreaktoren randomisiert sein, so dass zwei konkrete Parametervektoren mit einem ersten Wert einer Komponente des Parametervektors und einem zweiten Wert derselben Komponente des Parametervektors in Einweg-Bioreaktoren an unterschiedlichen Versuchsorten innerhalb einer Versuchsanordnung durchgeführt werden. Auf diese Weise können Fehlmessungen bei den Bioexperimenten, die auf systematischen Fehlern beruhen besser erkannt und eliminiert werden.In a further modified embodiment of the method, each of the time-graduated sub-groups of bio-experiments may each contain a bio-experiment, which is carried out based on a parameter-midpoint vector. In addition, the assignment of concrete parameter vectors to bioreactors can be randomized, so that two concrete parameter vectors are performed with a first value of one component of the parameter vector and a second value of the same component of the parameter vector in one-way bioreactors at different test sites within a test setup. In this way, incorrect measurements in the bioexperiments, which are based on systematic errors, can be better detected and eliminated.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann eine erste Gruppe von Bioexperimenten an einem ersten Ort und eine zweite Gruppe von Bioexperimenten an einem zweiten Ort durchgeführt werden, wobei die konkreten Parametervektoren jeweils aus der reduzierten Parametervektor ausgewählt sind und eine Zuordnung von konkreten Parametervektoren zu Einweg-Bioreaktoren randomisiert ist. Dieses Vorgehen kann sich anbieten, wenn in einem Ort, beispielsweise einem Labor, nicht genügend Experimentierplätze oder Messeinrichtungen für Einweg-Bioreaktoren oder andere Einschränkungen vorhanden sind. In diesem Falle würden die Werte der konkreten Parametervektoren aus der reduzierten Parametervektorgruppe zu einem geographisch entfernten Labor mit weiteren Einweg-Bioreaktorexperimentplätzen, ggfs. elektronisch, übertragen werden. Das geographisch entfernte Labor kann sich im gleichen Gebäude wie der Versuchsaufbau für die erste Gruppe von Bioexperimenten befinden. Alternativ ist jeder andere beliebige Standort – wie in einer anderen Stadt, einem anderen Land oder auf einem anderen Kontinent – denkbar. Dieses Vorgehen kann alle verfügbaren Ressourcen eines Unternehmens bzw. einer Unternehmensgruppe auch an unterschiedlichen Orten optimal ausnutzen.In an alternative embodiment of the method, a first group of bioexperiments may be performed at a first location and a second group of bioexperiments at a second location, wherein the specific parameter vectors are each selected from the reduced parameter vector and an assignment from concrete parameter vectors to disposable bioreactors is randomized. This approach can be useful if there is not enough experimental space or measuring equipment for disposable bioreactors or other restrictions in one place, such as a laboratory. In this case, the values of the concrete parameter vectors from the reduced parameter vector group would be transferred to a geographically distant laboratory with further disposable bioreactor experiment sites, if necessary electronically. The geographically distant laboratory may be located in the same building as the experimental setup for the first group of bioexperiments. Alternatively, any other arbitrary location - such as in another city, another country or on another continent - conceivable. This procedure can optimally utilize all available resources of a company or a group of companies at different locations.
Außerdem ist vorstellbar, eine zeitliche und eine örtliche Schachtelung der Bioexperimente vorzunehmen. Dabei können zeitliche versetzte Teilgruppen von Bioexperimenten an unterschiedlichen Labororten durchgeführt werden. Wenn beispielsweise 16 Bioexperimente durchzuführen wären und an jedem Laborstandort nur jeweils vier Versuchsplätze für jeweils einen Einweg-Bioreaktor vorhanden wären, könnten an jedem Laborstandort zeitlich nacheinander zeitlich gestaffelte Bioexperimente durchgeführt werden. Dabei würden vier Teilgruppen von Bioexperimenten durchgeführt werden – jeweils zwei Vierergruppen an jedem Laborstandort.It is also conceivable to perform a temporal and a local nesting of the bioexperiments. Time-shifted subgroups of bioexperiments can be carried out at different laboratory locations. If, for example, 16 bio-experiments were to be carried out and only four test sites each for a single-use bioreactor were present at each laboratory site, chronologically staggered bioexperiments could be carried out at each laboratory site. Four subgroups of bioexperiments would be carried out - two groups of four at each laboratory site.
In einer weiter modifizierten Ausführungsform des Verfahrens kann die erste Gruppe von Bioexperimenten und die zweite Gruppe von Bioexperimenten, die jeweils an unterschiedlichen Orten durchgeführt werden können, ein Bioexperiment enthalten, das basierend auf einem Parameter-Mittelpunktsvektor durchgeführt wird. Wie bereits bei den zeitlich gestaffelt durchgeführten Bioexperimenten erwähnt, lassen sich auch hierdurch fehlerhafte Ergebnisse, die auf systematischen Fehlern beruhen, besser erkennen und eliminieren.In a further modified embodiment of the method, the first group of bioexperiments and the second group of bioexperiments, each of which may be performed at different locations, contain a bioexperiment performed based on a parameter midpoint vector. As already mentioned in the time-staggered bioexperiments, it is also possible to better recognize and eliminate erroneous results that are based on systematic errors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können zwei aufeinanderfolgende Bioexperimente mit zwei unterschiedlichen konkreten Parametervektoren aus der reduzierten Parametervektorgruppe nacheinander im gleichen Einweg-Biorektor ausführbar sein. Dies kann sich insbesondere bei Bioexperimenten mit kontinuierlichen Bioprozessen eignen. Auf diese Weise können für eine zweite Gruppe von Bioexperimenten Einweg-Bioreaktorrüstzeiten vermieden werden. Außerdem kann ein Einweg-Bioreaktor für mehr als ein Bioexperiment genutzt werden. Eine konkrete Ausführung des Verfahrens dieser Ausführungsform kann geschehen, indem Parameterwerte der Parametervektoren während einer Kultivierung so verändert werden, dass ein erster konkreter Parametervektor in einen zweiten konkreten Parametervektor der Parametervektorgruppe – bzw. erster konkreter Parametervektorwert in einen zweiten konkreten Parametervektorwert – überführt wird und die Messergebnisse erster und zweiter Messungen den jeweiligen Parametervektoren zugeordnet werden.According to a further embodiment of the method, two consecutive bioexperiments with two different concrete parameter vectors from the reduced parameter vector group may be successively executable in the same one-way biorector. This can be particularly useful in bio-experiments with continuous bioprocesses. In this way, disposable bioreactorrhea times can be avoided for a second set of bioexperiments. In addition, a disposable bioreactor can be used for more than one bioexperiment. A concrete execution of the procedure This embodiment can be done by changing parameter values of the parameter vectors during a cultivation so that a first concrete parameter vector is converted into a second concrete parameter vector of the parameter vector group or first concrete parameter vector value into a second concrete parameter vector value and the first and second measurements result associated with respective parameter vectors.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens können Detektoren und Stellglieder mindestens teilweise über Öffnungen in entsprechende Bioreaktoren unter aseptischen Bedingungen eingeführt und betrieben werden. Die aseptischen Bedingungen sorgen dafür, dass die Bioexperimentergebnisse nicht verfälscht werden. Beispielsweise lassen sich die Prozesswerte wie beispielsweise pH-Wert, Gelöstsauerstoff und die Temperatur innerhalb des Bioreaktors von außen, ohne Öffnungen im Einweg-Bioreaktor vorzusehen, messen. Konzentrationen von Stoffen innerhalb des Inhaltes des jeweiligen Bioreaktors lassen sich oft nur unter Kontakt eines Sensors mit dem Medium messen. In diesem Fall sind Öffnungen für ein Einführen von Sensoren in den Einweg-Bioreaktor vorteilhaft.According to an advantageous embodiment of the method, detectors and actuators can be at least partially introduced and operated via openings in corresponding bioreactors under aseptic conditions. The aseptic conditions ensure that the bioexperiment results are not falsified. For example, the process values such as pH, dissolved oxygen and the temperature within the bioreactor can be measured from the outside without providing openings in the disposable bioreactor. Concentrations of substances within the contents of the respective bioreactor can often only be measured by contact of a sensor with the medium. In this case, openings for introducing sensors into the disposable bioreactor are advantageous.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann jeweils eine Repräsentation der gemessenen Bioreaktor-spezifischen Ergebnisse und eine Repräsentation der zugehörigen konkreten Parametervektorwerte elektronisch gespeichert werden. Das kann mittels einer Datenbank oder eines anderen Speichermechanismus geschehen. Eine Datenbank hat den Vorteil, dass die Parametervektoren und Messergebnisse problemlos gefunden, extrahiert und zur Bildung der reduzierten Parametervektorgruppe leicht herangezogen werden können. Außerdem sind statistische Auswertungen der Bioexperimente und zugehöriger Ergebnisse zur Planung von neuen Experimenten leichter möglich.According to a further embodiment of the method, in each case a representation of the measured bioreactor-specific results and a representation of the associated concrete parameter vector values can be electronically stored. This can be done using a database or other storage mechanism. A database has the advantage that the parameter vectors and measurement results can easily be found, extracted and easily used to form the reduced parameter vector group. In addition, statistical evaluations of the bioexperiments and associated results for planning new experiments are more easily possible.
Das erfinderische System kann ganz oder teilweise als Datenverarbeitungsprogramm oder Computerprogramm bzw. Programm-Element implementiert sein. Dazu kann es ganz oder teilweise auf einem Computer-lesbaren Medium gespeichert sein.The inventive system may be implemented in whole or in part as a data processing program or computer program or program element. For this purpose, it may be stored in whole or in part on a computer-readable medium.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines Computer-lesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.For the purposes of this document, the mention of such a computer program is synonymous with the notion of a program element, a computer program product, and / or a computer-readable medium containing instructions for controlling a computer system to suit the operation of a system or method to coordinate to achieve the effects associated with the method according to the invention.
Jede Kombination aus einem computerlesbaren Medium oder mehreren computerlesbaren Medien kann verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein Medium mit einem computerlesbaren Signal oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein computerlesbares Speichermedium kann zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, -vorrichtung, -einrichtung oder jede geeignete Kombination aus den Vorhergehenden sein. Zu den weiteren speziellen Beispielen (eine nicht erschöpfende Liste) von computerlesbaren Speichermedien gehören folgende: eine elektrische Verbindung mit einen oder mehreren Kabeln, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, Direktzugriffsspeicher (RAM bzw. Random Access Memory), Festspeicher (ROM bzw. Read-only Memory), ein löschbarer programmierbarer Festspeicher (EPROM- oder Flash-Speicher), eine Glasfaser, ein tragbarer Compact-Disc-Festspeicher (CD-ROM bzw. Compact Disc Read-only Memory), eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung oder jede geeignete Kombination des Vorhergehenden. Im Kontext dieses Dokuments kann ein computerlesbares Speichermedium jedes materielle Medium sein, das ein Programm für die Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Anweisungsausführungsvorrichtung oder einer Anweisungsausführungseinrichtung speichern kann.Any combination of a computer-readable medium or multiple computer-readable media may be used. The computer readable medium may be a medium having a computer readable signal or a computer readable storage medium. For example, a computer-readable storage medium may be, but is not limited to, an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor system, device, device, or any suitable combination of the foregoing. Other specific examples (non-exhaustive list) of computer-readable storage media include: an electrical connection to one or more cables, a portable computer disk, a hard disk, Random Access Memory (RAM), Read Only Memory (ROM). only memory), an erasable programmable read only memory (EPROM or flash memory), a glass fiber, a compact disc read-only memory (CD-ROM), an optical storage device, a magnetic storage device or each suitable combination of the preceding. In the context of this document, a computer-readable storage medium may be any tangible medium that may store a program for use by or in connection with an instruction execution system, an instruction execution device, or an instruction execution device.
Zu den computerlesbaren Signalmedien kann ein weitergeleitetes Datensignal mit darin enthaltenem computerlesbarem Programmcode gehören, zum Beispiel im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Solch ein weitergeleitetes Signal kann eine beliebige einer Vielzahl an Formen annehmen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, in elektromagnetischer Form, optischer Form oder jede geeignete Kombination der genannten Formen. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein beliebiges computerlesbares Medium sein, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm zur Verwendung oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Anweisungsausführungsvorrichtung oder einer Anweisungsausführungseinrichtung kommunizieren, weiterleiten oder transportieren kann.The computer readable signal media may include a forwarded data signal having computer readable program code therein, for example, in baseband or as part of a carrier wave. Such a propagated signal may take any of a variety of forms, including but not limited to, electromagnetic, optical, or any suitable combination of the foregoing forms. A computer readable signal medium may be any computer readable medium that is not a computer readable storage medium and that may communicate, forward, or transport a program for use or in connection with an instruction execution system, an instruction execution device, or an instruction execution device.
Auf einem computerlesbaren Medium enthaltener Programmcode kann mit einem angemessenen Medium übertragen werden, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, Funk, Kabel, Glasfaser, HF oder jede geeignete Kombination aus dem Vorhergehenden.Program code contained on a computer readable medium may be transmitted with an appropriate medium including, but not limited to, radio, cable, fiber, HF, or any suitable combination of the foregoing.
Computerprogrammcode zum Ausführen der Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder beliebigen Kombination einer oder mehreren Sprachen geschrieben sein, darunter objektorientierte Programmiersprachen wie Java, Smalltalk, C++ oder Ähnliche und herkömmliche Programmiersprachen, wie die Programmiersprache „C” oder ähnliche Programmiersprachen. Der Programmcode kann ganz auf dem Rechner des Benutzers ausgeführt werden, teilweise auf dem Rechner des Benutzers, als eigenständiges Softwarepaket, teilweise auf dem Rechner des Benutzers und teilweise auf einem entfernten Computer oder ganz auf dem entfernten Computer oder Server. Im letzteren Szenario kann der Ferncomputer mit dem Computer des Benutzers über jede Art von Netzwerk verbunden sein, darunter ein lokales Netzwerk (LAN bzw. Local Area Network) oder ein Fernnetzwerk (WAN bzw. Wide Area Network), oder die Verbindung kann zu einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet mit einem Internetdienstanbieter).Computer program code for performing the operations for aspects of the present invention may be written in any combination of one or more languages, including Object-oriented programming languages such as Java, Smalltalk, C ++ or similar and conventional programming languages, such as the programming language "C" or similar programming languages. The program code can be executed entirely on the user's computer, partly on the user's computer, as a stand-alone software package, partly on the user's computer and partly on a remote computer or entirely on the remote computer or server. In the latter scenario, the remote computer may be connected to the user's computer via any type of network, including a local area network (LAN) or a wide area network (WAN), or the connection may be to an external network Computer (for example, over the Internet with an internet service provider).
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ eines Erfindungsgegenstandes gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features associated with a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments. The individual figures of the drawing of this application are merely to be regarded as schematic and not to scale.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten unterschiedlicher Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem anderen Bezugszeichen versehen sind, welches sich lediglich in seiner ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.It should be noted that features or components of different embodiments, which are the same or at least functionally identical to the corresponding features or components of the embodiment, are provided with the same reference numerals or with a different reference numeral, which is only in its first digit of the reference number of a (functionally) corresponding feature or a (functional) corresponding component. In order to avoid unnecessary repetitions, features or components already explained on the basis of a previously described embodiment will not be explained in detail later.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.It should also be noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. In particular, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed to the person skilled in the art with the embodiment variants explicitly illustrated here.
Das Verfahren weist dabei eine Reihe von Elementen auf: Bereitstellung
Wenn alle möglichen Kombinationen aus ersten und zweiten Werten für die Bildung der konkreten Parametervektoren herangezogen werden würden, würde die Gesamtheit der konkreten Parametervektoren 2n betragen, wobei n die Anzahl der unterschiedlichen Komponenten des Parametervektors wäre. Alternativ kann ein definierter Teilsatz aus der Gesamtheit bestimmt werden. Dabei kann die statistische Aussagekraft der Gesamtheit der Bioexperimente herangezogen werden.If all possible combinations of first and second values were used for the formation of the concrete parameter vectors, the totality of the concrete parameter vectors would be 2 n , where n is the number of different components of the parameter vector would. Alternatively, a defined subset of the entirety can be determined. The statistical significance of the totality of the bioexperiments can be used.
Weiterhin weist das Verfahren ein Reduzieren
Durch diese Reduktion ergibt sich eine reduzierte Gruppe konkreter Parametervektoren aus der Gesamtheit der Parametervektoren, die weniger als 2n konkrete Parametervektoren aufweist. Dadurch verringert sich die Anzahl der notwendigen Experimente auf natürliche Weise. Diejenigen Parametervektoren, für die bereits Messergebnisse des Bioexperimentes vorliegt, müssen nicht noch einmal durchgeführt werden.This reduction results in a reduced group of concrete parameter vectors from the totality of the parameter vectors, which has fewer than 2 n concrete parameter vectors. This naturally reduces the number of experiments required. Those parameter vectors for which measurement results of the bioexperiment already exist do not have to be performed again.
Anschließend findet ein Zuweisen
Anschließend wird ein Bereitstellen
Die Bioreaktoren werden mit Ausgangsstoffen oder Edukten für jeweils ein Bioexperiment befüllt,
Schließlich werden Einweg-Bioreaktor-spezifischen Messergebnisse der Bioexperimente gemessen,
In einem weiteren Schritt
Wie bereits oben erwähnt können die erste Teilgruppe und die zweite Teilgruppe der Einweg-Bioreaktoren an unterschiedlichen Standorten bzw. Labors aufgebaut sein. In dem Fall können auch räumlich getrennte Steuerungssysteme vorgesehen sein. Jede Teilgruppe von Einweg-Bioreaktoren kann durch ein gemeinsames Modul
Für den Fall, dass nur eine Teilgruppe – z. B. Teilgruppe 1, bestehend aus den Einweg-Bioreaktoren
Über eine Interface-Komponente
Ein Kombinationsmodul
Um dieser Umstand zu vermeiden, kann die Gruppe der möglichen Parametervektoren verkleinert werden. Dabei kann auch auf historische Bioexperimente zurückgegriffen werden. Eine Reduktionsmodul
Ein Zuweisungsmodul
Ein Sendemodul
Ein Steuermodul
Das Steuerungsmodul
Mittels eines Messmoduls
Das Berechnungsmodul
Ausführungsformen der Erfindung können praktisch mit jedem Computertyp unabhängig davon, ob die Plattform zum Speichern und/oder einer Ausführung von dem Programm-Code geeignet ist, ausgeführt werden. Wie in
Das Computersystem
Der Fachmann weiß auch, dass ein oder mehrere Elemente des genannten Computersystems
Darüber hinaus können Softwarebefehle zur Ausführung von Ausführungsbeispielen der Erfindung auf einem Computer-lesbaren Medium, wie einer CD, einer Diskette, einem Band, oder jedem anderen Computer-lesbaren Speichermedium gespeichert sein.In addition, software instructions for carrying out embodiments of the invention may be stored on a computer-readable medium such as a CD, a floppy disk, a tape, or any other computer-readable storage medium.
Die im Computer
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Abbildungen (FIG.) veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und Operation der möglichen Implementierungen der Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukte gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Codeabschnitt darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) aufweist. Es sollte ebenso beachtet werden, dass in einigen alternativen Implementierungen die im Block angegebenen Funktionen nicht in der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. Zum Beispiel können in Abhängigkeit von der beinhalteten Funktionalität zwei aufeinanderfolgende Blöcke im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder Blöcke können manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es sollte auch beachtet werden, dass jeder Block in den Blockdiagramm- und/oder Flussdiagrammabbildungen und den Kombinationen der Blöcke in den Blockdiagramm- und/oder Flussdiagrammabbildungen durch hardwarebasierte Spezialsysteme, die die angegebenen Funktionen oder Vorgänge ausführen, oder Kombinationen von Spezialhardware und Computeranweisungen implementiert werden kann.The flowchart and block diagrams in the figures (FIG. 1) illustrate the architecture, functionality, and operation of the possible implementations of the systems, methods, and computer program products according to various embodiments of the present invention. In this regard, each block in the flowcharts or in the block diagrams may represent a module, segment, or code section having one or more executable instructions for implementing the specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative implementations, the functions specified in the block may not occur in the order shown in the figures. For example, depending on the functionality involved, two consecutive blocks may be executed substantially simultaneously, or blocks may sometimes be executed in the reverse order. It should also be noted that each block in the block diagram and / or flowchart illustrations and the combinations of blocks in the block diagram and / or flowchart illustrations are implemented by specialized hardware-based systems that perform the specified functions or operations, or combinations of specialized hardware and computer instructions can.
Die hier verwendete Terminologie dient dem Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung einzuschränken. Wie hier verwendet, sind die Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die” „das” dazu gedacht, auch die Pluralformen einzuschließen, sofern der Kontext dies nicht klar anders angibt. Es versteht sich, dass der Begriff „aufweist” oder „aufweisend”, wenn er in dieser Beschreibung verwendet wird, zur Angabe des Vorhandenseins angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten verwendet wird, dies aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, einer oder mehrerer Ganzzahlen, einer oder mehrerer Schritte, einer oder mehrerer Operationen, eines oder mehrerer Elemente, einer oder mehrerer Komponenten und/oder Gruppen hiervon ausschließt.The terminology used herein is for the purpose of describing only particular embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the," "the" are intended to include plurals, unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that the term "comprising" or "comprising" when used in this specification is used to indicate the presence of specified features, integers, steps, operations, elements and / or components, but not the presence or absence thereof excludes adding one or more features, one or more integers, one or more steps, one or more operations, one or more elements, one or more components, and / or groups thereof.
Die zugehörigen Strukturen, Materialien, Vorgänge und Entsprechungen aller Mittel oder Schritte plus Funktionselemente in den folgenden Ansprüchen sind dazu gedacht, jede beliebige Struktur, jedes beliebige Material oder jeden beliebigen Vorgang einzuschließen, um die Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie im Besonderen beansprucht, durchzuführen. Die Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Es ist aber nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend oder auf die offengelegte Form der Erfindung beschränkt ist. Für Fachleute werden viele Veränderungen und Variationen ersichtlich sein, ohne dabei vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen wurden gewählt und in der Reihenfolge beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und der praktischen Anwendung am besten zu erklären und um anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen Änderungen zu verstehen, wie sie für die bestimmte vorgesehene Verwendung geeignet sind, zu verstehen.The associated structures, materials, acts, and equivalents of all means or steps plus functional elements in the following claims are intended to encompass any structure, material, or act to perform the function in combination with other claimed elements as specifically claimed to perform. The description of the various embodiments of the present invention has been presented for purposes of illustration and description. It is not intended, however, to be exhaustive or limited to the disclosed form of the invention. Many changes and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. The embodiments have been chosen and described in order to best explain the principles of the invention and of practical application, and to enable others skilled in the art to understand the invention in various embodiments with various changes as appropriate to the particular intended use , to understand.
Zusammenfassend bleibt festzustellen: Das Verfahren zur parallelen Durchführung einer Mehrzahl von Bioexperimenten bietet eine elegante, effektive und kostengünstige Möglichkeit optimale Versuchsparameter aus eine Vielzahl möglicher Parameterwertekombinationen herauszufinden. Dazu ist nur eine begrenzte Anzahl von tatsächlichen Versuchen notwendig. Historische Information bzgl. vergleichbarer Versuche können bei der Auswertung hinzugezogen werden, so dass Algorithmus basierend ein Satz von passenden Parameterkomponentenwerten ermittelt werden kann. Dabei können auch Einschränkungen in Verfügbarkeiten – räumlich oder zeitlich – von Einweg-Bioreaktoren bzw. deren Plätze in Versuchsanordnungen berücksichtigt werden.In summary, the process of performing a plurality of bioexperiments in parallel offers an elegant, effective and cost-effective way of finding optimal experimental parameters from a large number of possible parameter value combinations. This requires only a limited number of actual trials. Historical information regarding comparable experiments may be included in the evaluation so that algorithm based on a set of matching parameter component values may be determined. Restrictions in availability - in terms of space or time - of disposable bioreactors or their locations in experimental setups can also be taken into account.
Claims (16)
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