DE202010018640U1

DE202010018640U1 - Rührersystem

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Publication number: DE202010018640U1
Application number: DE202010018640.4U
Authority: DE
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: MX2012000730A; US20150175952A1; IL216666A0; JP2021007946A; JP2016073976A; EP2456547B2; CA2766836A1; ES2478294T3; KR20120031083A; JP5921433B2; US20180187138A1; JP6827389B2; CN102639221B; JP6505592B2; US20120135464A1; EP2456547A1; JP2012533419A; JP2017209676A; JP2014140378A; WO2011009625A1

Abstract

Vorrichtung zum Kultivieren von tierischen Zellen, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:a) ein Kultivierungsgefäß,b) eine vertikale Welle entlang der zentralen Achse des Kultivierungsgefäßes,c) ein Rührersystem, das aus zwei radial-fördernden Rührelementen und einem axial-fördernden Rührelement besteht, die an der vertikalen Welle übereinander angeordnet sind, wobei das axial-fördernde Rührelement oberhalb der radial-fördernden Rührelemente angeordnet ist,d) eine Gaseinspeisung am Boden des Kultivierungsgefäßes, unde) mindestens einen Einlass in dem Bereich oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche zur Zugabe von Korrektur- und/oder Nährlösungen.

Description

Hierin wird über ein Rührersystem für die tierische Zellkultur berichtet, bestehend aus einer Kombination von mindestens einem radial-fördernden Element und mindestens einem axial-fördernden Element, wobei mindestens drei Förderelemente vorhanden sein müssen und das oberste Element ein axial-förderndes Element ist. Die Förderelemente sind an einer Rührwelle übereinander in einem bestimmten Abstand angeordnet. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform besteht das Rührersystem aus zwei Scheibenrührern als radial-fördernde Elemente und einem Schrägblattrührer als axial-förderndes Element, wobei der Schrägblattrührer oberhalb der Scheibenrührer auf der Rührwelle angeordnet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Rührer wird unter anderem eine schonendere und bessere Durchmischung des Kulturmediums bei der Kultivierung von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen erreicht.
Technischer Hintergrund
Die Produktion von rekombinanten Polypeptiden, Vakzinen und Antikörpern mit Hilfe von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen spielt in der modernen pharmazeutischen Produktion eine wesentliche Rolle. Zur Herstellung komplex posttranslational modifizierter Proteine und Antikörper werden vornehmlich tierische Zellen eingesetzt. Die Verwendung von tierischen Zellen stellt jedoch hohe Ansprüche an den Fermentationsprozess, welche in den spezifischen Charakteristika dieser Zellen begründet liegen, wie z.B. das Kulturmedium, die Empfindlichkeit gegenüber Limitation und Inhibitionen (bspw. durch Laktat, CO₂, Ammonium, etc.), die empfindliche äußere Membran (Scherbeanspruchung), die geringen spezifischen Raten und die Sensitivität gegenüber Schwankungen in den Kultivierungsbedingungen (z.B. aufgrund räumlicher Inhomogenitäten, pH-Schwankungen, pO₂-Schwankungen, etc.). Diese Eigenschaften müssen bei der Auslegung von Bioreaktoren und bei der Prozessführung berücksichtigt werden.
In den letzten Jahren wurden verschiedene Reaktortypen zur Kultivierung von Zellen entwickelt. Unabhängig vom Typ muss jeder Reaktor die folgenden verfahrenstechnischen Grundaufgaben erfüllen können: ausreichende Suspension sowie Homogenisierung, ausreichender Stoff- und Wärmetransport sowie minimale Scherbeanspruchung der Zellen. Für den großtechnischen Einsatz eignet sich vor allem der Rührkesselreaktor. In diesem Reaktor wird die notwendige Energie zur Erfüllung der Grundaufgaben durch mechanisches Rühren eingetragen.
Wie aus der Literatur bekannt ist, sind Säugetierzellen gegenüber Scherkräften wesentlich empfindlicher als Mikroorganismen. Dies wird in der Literatur zumeist auf das Fehlen einer Zellwand zurückgeführt (siehe z.B. Glacken, M.W., et. al., Trends Biotechnol. 1 (1983) 102-108; van der Pol, L.A. und Tramper, J. Enzyme Microb. Technol. 17 (1995) 401-407; Nienow, A.W., Cytotechnol. 50 (2006) 9-33; Cervantes, M.I., et al., Chem. Eng. Sci. 61 (2006) 8075-8084; Frahm, B, et al., Chem. Ing. Tech. 79 (2007) 1051-1058). Die Scherempfindlichkeit führt in der technischen Handhabung in Suspensionskulturbioreaktoren zu erheblichen Schwierigkeiten. Zur Versorgung der Zellen werden in der modernen Biotechnologie zumeist Rührkesselreaktoren eingesetzt, da diese hinsichtlich der benötigten Prozessbedingungen flexibel steuer- und einsetzbar sind. Neben der Systemgeometrie und der Rheologie des Rührgutes werden die vorhergehend angeführten Grundaufgaben maßgeblich durch die eingesetzten Rührersysteme erfüllt.
Als Hauptursachen für die Scherbeanspruchung der zu kultivierenden Zellen werden u.a. die durch das Rührersystem erzeugten Scherströmungen genannt. Diese sind besonders im Bereich der Rührerblätter als auch der Strömungsstörer intensiv wirksam. Nach der Theorie von Kolmogorov zerfallen die durch die Rührer erzeugten Makrowirbel durch Energiedissipation zu kleinen Mikrowirbeln. Wenn deren Größe die Größe der zu fermentierenden Zellen annimmt, kann es zu Schädigungen der Zellen kommen. (Cherry, R.S., und Papoutsakis, E.T., Biotechnol. Bioeng. 32 (1988) 1001-1014; Papoutsakis, E.T., und Kunas, K.T., in „Advances in animal cell biology and technology for bioprocesses“, Spier, R.E., et al. (Eds) Butterworth, Sevenoaks, Kent, UK (1989) 203-211; Kunas, K.T. und Papoutsakis, E.T., Biotech. Bioeng. 36 (1990) 476-483; Zhang, Z.B., und Thomas, C.R., Gen. Eng. Biotechnol. 13 (1993) 19-29; Nienow, A.W., Cytotechnol. 50 (2006) 9-33).
Für den Einsatz von Rührern in tierischen Suspensionszellkulturen gibt es Empfehlungen (u.a. Feder, J. und Tolbert, W.R. Sci. Am. 248 (1983) 36- 43; Rührerhersteller wie z.B. Ekato, Chemineer, Bioengineering, Zeta), welche die Erzeugung niedriger Scherströmungen als wichtigstes Kriterium hervorheben. Um eine Schädigung durch die Rührer zu verringern, wurde daher von vielen Seiten eine große Anzahl von scherkraftarmen Rührern entwickelt (z.B. „Elephant Ear Impeller“, oder „Max Flow Impeller“).
In einem online-Artikel („Axial-flow down-pumping agitators in biological processes“, April 2009, http://www.postmixing.com/mixing%20forum/Micro/Liq- Solid-Gas/downpumpers.htm) wird gezeigt, dass eine Rührerkombination aus verschiedenen Rührern zu besserem Stofftransport fuhrt. Im Bezug auf tierische Zellen wird hier ebenfalls die Verwendung von drei Axialtransportern empfohlen, um die besten Resultate in der Zellkultur zu erzielen. Fujasova, M., et al. (Chem. Eng. Sci. 62 (2007) 1650-1669) berichten über Korrelationen im Massentransfer für Mehrstufen-Rührer. Massentransfer zwischen der Gasphase und der Flüssigphase mit dreistufigen Rührersystemen in einem Biorektor wird von Puthli et al. beschrieben (Puthli, M.S., et al., Biochem. Eng. J. 23 (2005) 25-30).
In US 5,633,165 wird die Verwendung eines Fermenters mit einer vertikalen Drehwelle zur Kultivierung von Bakterienzellen beschrieben, an den bevorzugt zwei oder drei Rushton-Rührer angebracht sind. Von Nienow (Cytotechnol. 50 (2006) 9-33) empfiehlt für die tierische Zellkultur ein Reaktorsystem mit einem H/D-Verhältnis von 1 bis 1,3 und den Einsatz von zwei nach unten fördernden Hydrofoil Rührern (Axial-Transporter) mit einem Begaser, der unter dem untersten Rührer angebracht ist.
In US 2004/0234435 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Carbonsäuren berichtet. Ein kontinuierlicher Polymerisationsreaktor wird in US 4,438,074 berichtet. In US 2004/0087814 wird ein Rührsystem für Alkylbenzol-Oxidationsreaktoren berichtet. In US 5,972,661 wird ein Mischsystem berichtet. In US 6,250,769 wird ein Rührgerät mit statischem Mischer oder Drallmittel berichtet. In US 5,198,156 werden Rührwerke berichtet. In US 4,779,990 wird ein Impellergerät berichtet.
Zusammenfassung der Erfindung
Hierin wird ein Rührersystem bestehend aus mindestens einem radial-fördernden Element und mindestens einem axial-fördernden Element berichtet, wobei mindestens drei Förderelemente vorhanden sein müssen und das oberste Förderelement ein axial-förderndes Element ist. Mit dem hierin berichteten Rührersystem kann im Vergleich zu den üblicherweise für die Kultivierung von scherempfindlichen tierischen Zellen verwendeten Rührern eine schnellere Durchmischung des Kultivierungsmediums (beispielsweise zum Einzug von Korrekturmitteln wie Säure oder Lauge über die Flüssigkeitsoberfläche) erreicht werden, ohne die Zellen im Kultivierungsmedium hohen Scherbelastungen auszusetzen.
Gemäß einer Ausführungsform besteht das Rührersystem aus 3 bis 5 Förderelementen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Rührersystem aus 3 oder 4 Förderelementen. Die Förderelemente des erfindungsgemäßen Rührersystems sind gemäß einer weiteren Ausführungsform an einer senkrechten Rührwelle übereinander in einem bestimmten Abstand angeordnet. Gemäß noch einer Ausführungsform sind die Förderelemente alle mit dem gleichen Abstand zueinander an der Rührwelle angeordnet. Gemäß noch einer Ausführungsform beträgt der bestimmte Abstand zwischen den Förderelementen zwischen einem und zwei Förderelementdurchmessern d. Die Förderelemente sind gemäß einer Ausführungsform des Rührersystems derart an einer senkrechten Rührwelle angeordnet, dass das oberste Förderelement einen bestimmten Abstand zum untersten Förderelement besitzt und einen ausreichenden Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche des Kultivierungsmediums besitzt, wenn das Rührersystem in einem Kultivierungsgefäß gefüllt mit Kultivierungsmedium betrieben wird, so dass das Rührersystem eine Durchmischung des Kultivierungsmediums gewährleistet. Gemäß einer Ausführungsform ist der Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche gleich dem Abstand zwischen dem obersten Förderelement und der zweitobersten Förderelement. Gemäß einer Ausführungsform haben alle Förderelemente denselben Durchmesser d.
Gemäß einer Ausführungsform besteht das Rührersystem aus zwei radial-fördernden Elementen und einem axial-fördernden Element, wobei das axial-fördernde Element auf der Rührwelle oberhalb der radial-fördernden Elemente angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform haben die radial-fördernden Elemente zwischen 2 und 8 Rührerblättern und das axial-fördernde Element zwischen 2 und 10 Rührerblättern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das radial-fördernde Element 3 bis 6 Rührerblätter, und gemäß einer weiteren Ausführungsform 6 Rührerblätter. Das axial-fördernde Element hat gemäß einer Ausführungsform 2 bis 6 Rührerblätter, und gemäß einer weiteren Ausführungsform 4 Rührerblätter. Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben alle radial-fördernden und axial-fördernden Elemente die gleiche Anzahl an Rührerblättern. Gemäß einer Ausführungsform haben alle radial-fördernden und axial-fördernden Elemente 4 oder 6 Rührerblätter. Gemäß einer Ausführungsform ist das radial-fördernde Element ein symmetrisches radial-förderndes Element. Ein „symmetrisches radial-förderndes Element“ ist ein Element, das einen symmetrischen Querschnitt entlang der Längsachse des Elements aufweist, d.h. der Querschnitt entlang und einschließlich der Drehachse ist punkt- und spiegelsymmetrisch.
Das Verhältnis des Durchmessers des Förderelements d zu dem Durchmesser des Kultivierungsgefäßes D für den Fall, dass das Rührersystem in dem Kultivierungsgefäß angeordnet ist, liegt gemäß einer Ausführungsform im Bereich zwischen 0,2 und 0,8, gemäß einer weiteren Ausführungsform im Bereich zwischen 0,3 und 0,6, gemäß einer weiteren Ausführungsform im Bereich zwischen 0,31 und 0,39, oder auch gemäß einer Ausführungsform bei in etwa 0,34. Das Verhältnis der Höhe des Rührerblatts des axial-fördernden Elements h_B zu der Breite der Rührerblätter des radial-fördernden Elements b liegt im Bereich zwischen 0,2 und 2.0, gemäß einer weiteren Ausführungsform im Bereich zwischen 0,3 und 1,4, oder gemäß einer weiteren Ausführungsform im Bereich zwischen 0,4 und 1,0. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Anstellwinkel der Rührerblätter des axial-fördernden Elements zwischen 10° und 80°, gemäß einer weiteren Ausführungsform zwischen 24° und 60°, oder gemäß einer weiteren Ausführungsform zwischen 40° und 50° mit Bezug auf die Rührerachse. Gemäß einer Ausführungsform haben alle Förderelemente ein Verhältnis von Durchmesser des Förderelements d zu dem Durchmesser des Kultivierungsgefäßes D von 0,32 zu 0,35.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Rührersystem eine Newtonzahl von 5,5 zu 8,0 bei einer Reynolds-Zahl von 5*10⁴ zu 5*10⁵ auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Rührersystem eine Mischzeit Θ_0,95 von in etwa 20 Sekunden bei einem Leistungseintrag von in etwa 0,05 W/kg und von in etwa 10 Sekunden bei einem Leistungseintrag von in etwa 0,3 W/kg.
Ein weiterer Gesichtspunkt wie hierin berichtet betrifft eine Vorrichtung mit einem Rührersystem und einem Kultivierungsgefäß. Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner ein Dialysemodul auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform dient die Vorrichtung zur Kultivierung von tierischen Zellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung folgende Komponenten auf:

a) ein Kultivierungsgefäß, der geeignet ist, ein Kultivierungsmedium und tierische Zellen, die darin kultiviert werden, aufzunehmen,
b) eine Rührwelle entlang der vertikalen Achse des Kultivierungsgefäßes,
c) ein hierin berichtetes Rührersystem, welches an der Welle angebracht ist,
d) eine Gaszuführung am Boden des Kultivierungsgefäßes, und
e) mindestens einen Zugang im oberen Bereich des Kultivierungsgefäßes oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche zur Zugabe von Korrektur- und/oder Fütterlösungen.

Ein weiterer Gesichtspunkt wie hierin berichtet betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polypeptids, mit den folgenden Schritten:

a) Kultivierung einer Zelle, die eine Nukleinsäure enthält, welche das Polypeptid kodiert, in einem Kultivierungsgefäß, der ein hierin berichtetes Rührersystem enthält, oder in einer Vorrichtung wie hierin berichtet,
b) Gewinnung des Polypeptids aus dem Kultivierungsmedium oder aus den Zellen, und
c) Reinigung des Polypeptids und dadurch Herstellen des Polypeptids.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Reinigung einen mehrstufigen chromatographischen Prozess. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Reinigung eine Affinitätschromatographie, eine Kationenaustauschchromatographie und eine Anionenaustauschchromatographie.
Ein weiterer Gesichtspunkt wie hierin berichtet betrifft ein Verfahren zur Kultivierung von tierischen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass die tierischen Zellen in einem Kultivierungsgefäß kultiviert werden, der mit einem Rührersystem wie hierin berichtet ausgestattet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kultivierung eine semikontinuierliche Kultivierung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die semikontinuierliche Kultivierung eine Dialyse. Gemäß einer Ausführungsform ist das Polypeptid ein Antikörper oder ein Antikörperderivat.
Ein weiterer Gesichtspunkt wie hierin berichtet betrifft die Verwendung eines Rührersystems wie hierin berichtet zum Mischen eines Kultivierungsmediums. Gemäß einer Ausführungsform der vorstehenden Gesichtspunkte ist das Kultivierungsmedium ein wässriges Medium, das sich für die Kultivierung von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen eignet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kultivierungsmedium eine Newton'sche Flüssigkeit. Gemäß einer Ausführungsform wird das Rührersystem mit einem Leistungseintrag von 0,01 W/kg bis 1 W/kg betrieben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Rührersystem mit einem Leistungseintrag von 0,04 W/kg bis 0,5 W/kg betrieben. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist die durch das Rührersystem induzierte Strömung im Kultivierungsmedium eine turbulente Strömung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kultivierungsmedium eine Viskosität von 3 mPas*s oder weniger auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Viskosität 2 mPas*s oder weniger.
Ein weiterer Gesichtspunkt wie hierin berichtet ist die Verwendung des Rührersystems für die Kultivierung von tierischen Zellen oder Hybridom-Zellen zur Produktion von Polypeptiden oder Antikörpern. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Kultivierung in einem submersbegasten Rührkesselreaktor. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die tierische Zelle eine Säugetierzelle. Gemäß noch einer Ausführungsform ist die Säugetierzelle eine CHO-Zelle, eine BHK-Zelle, eine NSO-Zelle, eine COS-Zelle, eine PER.C6-Zelle, eine Sp2/0-Zelle, eine HEK-293-Zelle oder eine Hybridom-Zelle. Gemäß noch einer Ausführungsform ist der Antikörper ein Antikörper gegen CD19, CD20, CD22, HLA-DR, CD33, CD52, EGFR, G250, GD3, HER2, PSMA, CD56, VEGF, VEGF2, CEA, Lewis Y Antigen, IL-6 Rezeptor, oder IGF-1 Rezeptor.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Hierin beschrieben ist ein Rührersystem bestehend aus mindestens einem radial-fördernden Element und mindestens einem axial-fördernden Element, wobei mindestens drei Förderelemente vorhanden sein müssen und das oberste Element ein axial-förderndes Element ist. Mit dem hierin beschriebenen Rührersystem kann im Vergleich zu den üblicherweise für die Kultivierung von scherempfindlichen tierischen Zellen verwendeten Rührersystemen eine schonendere und schnellere Durchmischung des Kultivierungsmediums erreicht werden. Ein Beispiel eines hierin beschriebenen Rührersystems ist in 1 dargestellt. Damit erzielt das hierin beschriebene Rührersystem kürzere Mischzeiten und zudem weniger auf die Zellen übertragene Beanspruchung ohne die Notwendigkeit von komplexen zusätzlichen Komponenten wie zum Beispiel Strömungsstörer, statische Mischer, Verwirbler, Zugrohre oder andere Mittel zum Leiten der Strömung im Inneren eines Kultivierungsgefäßes.
Die Begriffe „Element“ oder „Förderelement“, welche austauschbar verwendet werden können, bezeichnen eine (funktionelle) Einheit von Rührerblättern, die zueinander in einer festen räumlichen Anordnung bezüglich Abstand und Winkel stehen. Ein radial-förderndes Element bezeichnet ein Element, bei dem die Rührerblätter keinen Anstellwinkel bezüglich der Wellenachse aufweisen. Ein axial-förderndes Element bezeichnet ein Element, bei dem die Rührerblätter einen Anstellwinkel bezüglich der Wellenachse aufweisen. Die Rührerblätter der Förderelemente sind gemäß einer Ausführungsform rechtwinklige Platten, obwohl auch andere geometrische Formen verwendet werden können. Die Förderrichtung eines Elements wird mit Bezug auf die Drehachse des Elements bezeichnet. Die Rührerblätter der Förderelemente müssen nicht von der Welle selbst weggehen, sondern können an einem Arm oder einem äquivalenten Bauteil an der Welle montiert sein. Jedes der Förderelemente besteht aus einer definierten Anzahl an Rührerblättern. Jedes Blatt ist entweder direkt mit der Drehwelle verbunden, oder ist mit der Drehwelle über eine Nabe verbunden. Jedes Rührerblatt hat unabhängig von dem Förderelement einen Außenrand und einen Innenrand. Der Teil eines jeden Rührerblatts, der einen maximalen Abstand zu der Welle einnimmt, wird als die Spitze des Blatts bezeichnet. Jedes Förderelement hat einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser. Zum Beispiel ist der Außendurchmesser eines axial-fördernden Elements der maximale Abstand zwischen den Spitzen von zueinander entgegengesetzten Rührerblättern, und der Innendurchmesser eines radial-fördernden Elements ist der minimale Abstand zwischen den Innenrändern von zueinander entgegengesetzten Rührerblättern.
Der Begriff „Antikörper“ bezeichnet ein Protein, das aus einem oder mehreren Polypetid(en) besteht, die im Wesentlichen durch Immunglobulin-Gene kodiert sind. Zu den anerkannten Immunglobulin-Genen gehören die verschiedenen Konstante-Region-Gene sowie die unzähligen Variable-Region-Gene des Immunglobulins. Antikörper können in einer Vielzahl von Formen existieren, darunter z.B. Fv, Fab und F(ab)₂ sowie Einzelketten (scFv) oder Diabodies oder Triabodies, als monovalente, divalente, trivalente, tetravalente, fünfwertige und hexavalente Formen, sowie monospezifische, bispezifische, trispezifische oder tetraspezifische Antikörper.
Ein „Polypeptid“ ist ein Polymer, welches aus Aminosäuren besteht, die durch Peptidbindungen verbunden sind, unabhängig davon, ob sie natürlich oder synthetisch hergestellt werden. Polypeptide mit weniger als in etwa 20 Aminosäureresten können als „Peptide“ bezeichnet werden, während Moleküle, die aus zwei oder mehr Polypeptiden bestehen oder ein Polypeptid mit mehr als 100 Aminosäureresten umfassen, als „Proteine“ bezeichnet werden können. Ein Polypeptid kann auch Nicht-Aminosäure-Komponenten wie Kohlenhydratgruppen, Metallionen oder Carbonsäureester umfassen. Die Nicht-Aminosäure-Komponenten können der Zelle, in der das Polypeptid hergestellt wird, hinzugefügt werden, und können je nach Zelltyp variieren. Polypeptide sind hierin definiert in Bezug auf ihre Aminosäure-Grundgerüststruktur oder in Bezug auf die kodierende Nukleinsäure. Zusätze wie Kohlenhydratgruppen sind in der Regel nicht spezifiziert, können aber dennoch vorhanden sein.
Für die Kultivierung von tierischen Zellen zur Produktion von Polypeptiden oder Antikörpern werden im Allgemeinen submersbegaste Reaktoren verwendet. Dabei kommt ein ein- oder mehrstufiges, rein axial- oder rein radial-förderndes Rührersystem zum Einsatz. Der Begriff „axial-fördernd“ bedeutet hierin, dass das Förderelement eine vom Förderelement wegführende Strömung parallel zur Welle oder Drehachse des Förderelements erzeugt. Analog bedeutet der Begriff „radial-fördernd“, dass das Förderelement eine vom Förderelement wegführende Strömung senkrecht zur Welle oder Drehachse des Förderelements erzeugt. Diese Betrachtung ist unabhängig davon, dass zum einen der Reaktor eine begrenzte räumliche Ausdehnung hat und es somit an den Reaktorwänden zu einer Umlenkung der Strömung kommt, sowie zum anderen von der Tatsache, dass die zum Förderelement hinführende Strömung eine andere Form haben kann. Die Welle und auch die Wellenachse erstrecken sich durch die Längsachse des Kultivierungsgefäßes, in dem die Förderelemente des Rührersystems verwendet werden. Die Drehgeschwindigkeit n des Elements wird als charakteristische Geschwindigkeit verwendet, und der Elementdurchmesser d ist eine charakteristische Länge.
Ein wie hierin berichtet verbessertes Rührersystem kann durch Verwendung einer Kombination aus Förderelementen zur Verwendung bei der Kultivierung von Säugetierzellen bereitgestellt werden. Mit dem hierin berichteten Rührersystem können vergleichbare Viabilitäten, Zelldichten und Produkttiter bei gleichzeitiger geringerer Scherbelastung für die kultivierten Zellen erreicht werden. Es wurde herausgefunden, dass das hierin berichtete Rührersystem eine beschleunigte Durchmischung des Kultivierungsgefäßinhaltes ermöglicht, bei gleichzeitiger Beibehaltung der erreichbaren Zelldichte beispielsweise im Vergleich zu einem Rührersystem bestehend aus drei axial-fördernden Elementen (wie zum Beispiel drei Schrägblattrührern). Das hierin berichtete Rührersystem ist zudem insbesondere geeignet für das Einmischen von Flüssigkeiten an oder von der Oberfläche des Kultivierungsmediums, beispielsweise zum Einbringen von Korrekturmitteln, wie z.B. Säuren, Laugen, Nährmedium, Entschäumer oder auch CO₂ oder O₂ über die Flüssigkeitsoberfläche, und für eine schnelle Gesamtdurchmischung des Kultivierungsmediums bei der Kultivierung von tierischen Zellen.
Mit der Reynolds-Zahl (Re) wird in der Strömungslehre das Verhältnis von Trägheitskraft zu innerer Reibungskraft in einem hydrodynamischen System beschrieben. Daraus resultierend können auch Aussagen über den Turbulenzgrad des bewegten Mediums getroffen werden. Für gerührte Flüssigkeiten ist die Rührer-Reynolds-Zahl in Gleichung 1 definiert als $R e = \frac{n \cdot d^{2}}{ν} = \frac{n \cdot d^{2} \cdot ρ}{η}$
Die Newton-Zahl (Ne, auch als Leistungskennzahl/Power Number bekannt) beschreibt das Verhältnis von Widerstandskraft zu Fließkraft und ist somit ein Maß für den Strömungswiderstand eines Rührers in einem Rührgut und ist in Gleichung 2 beschrieben: $N e = \frac{P}{ρ \cdot n^{3} \cdot d^{5}}$
Die Ne-Zahlen für unterschiedliche Rührersysteme sind in 2 dargestellt.
Förderelemente mit niedriger Newton-Zahl, wie zum Beispiel Propeller- oder Schrägblattrührer, wandeln der Leistungseintrag in hydrodynamische Leistung, d.h. Fluidbewegung, wesentlich effizienter um als solche mit hoher Newton-Zahl, wie zum Beispiel Rushtonturbinen.
Ein Kriterium für die Bewertung von Rührvorgängen in Kultivierungsprozessen ist die Mischzeit. Die „Mischzeit“ eines inhomogenen flüssig-flüssig-Gemisches bezeichnet die Zeit, die zur Erlangung einer definierten Homogenität im Kultivierungsmedium benötigt wird. Einflussfaktoren auf die Mischzeit sind der Durchmischungsgrad und der Beobachtungsort. Der Durchmischungsgrad ist wiederum von der Reaktorgeometrie, der Rührergeometrie, der Drehfrequenz des Rührers und den Substanzen des Rührguts abhängig. Für Kultivierungsprozesse ist von Bedeutung, dass möglichst alle Zellen optimal und einheitlich mit den benötigten Substraten (wie zum Beispiel Nährmedium, O₂) versorgt werden, und dass Metabolite (wie zum Beispiel Overflowprodukte, CO₂) entsprechend abgeführt werden. Das bedeutet, dass Quellen und Senken, sowohl räumlich als auch zeitlich, im Kultivierungsgefäß vermieden oder zumindest minimiert werden müssen, um eine Schädigung der Zellen zu vermeiden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein verbessertes Rührersystem zur Durchmischung des Gefäßinhalts verwendet wird. Die Mischprozesse können in die Teilprozesse Mikro- und Makromischen unterteilt werden. Mikromischen ist definiert als der molekulare Konzentrationsausgleich durch Diffusion bzw. Mikroturbulenzen; Makromischen hingegen ist als die durch den Rührer hervorgerufene konvektive Grobvermischung definiert (siehe z.B. Houcine, I., et al., Chem. Eng. Technol. 23 (2000) 7; Zlokarnik, M., „Rührtechnik Theorie und Praxis“, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1999). Der Durchmischungsgrad kann gemäß Henzler (Henzler, H.-J., „Homogenisieren: Referenz-Rührsysteme und Methoden zur Erfassung der Homogenisierungseigenschaften von Rührsystemen“, GVC-Fachausschuss Mischvorgänge, 1998) wie folgt in Gleichung 3 definiert werden: $χ_{1} = 1 - \frac{Δ a}{\bar{a}}$

Dabei entspricht α der Konzentration der Tracersubstanz nach einer theoretisch vollkommenen Durchmischung und Δa dem maximalen Unterschied zwischen den örtlichen Konzentrationen der Tracersubstanz zu einem Zeitpunkt t. Allgemein wird ein Mischungsgrad von χ₁= 0,95 als ausreichend angesehen (siehe Henzler, supra). Die in Gleichung 4 beschriebene Mischkennzahl C_H0.95 ist auf diesen Durchmischungsgrad bezogen und ist das Produkt der Mischungszeit Θ_0.95 und der verwendeten Rührerdrehzahl n. Somit entspricht es der Anzahl an Rührerdrehungen, die notwendig sind, nachdem ein Mittel hinzugefügt wurde, um den Durchmischungsgrad von 0.95 zu erreichen.

C_{H 0,95} = Θ_{0,95} \cdot n

Tabelle 1: Mischkennzahlen verschiedener Rührer

Rührer	H/D	d/D	C_H(Re)
Rührersystem mit zwei getrennten Standardscheibenrührern (2SSR)	1,6	0,34	78
Rührersystem mit zwei getrennten Schrägblattrührern (2SBR)	1,6	0,34	95
Rührersystem mit drei getrennten Standardscheibenrührern (3SSR)	1,6	0,33	77

Rührer	H/D	d/D	C_H(Re)
Rührersystem mit drei getrennten Schrägblattrührern (3SBR)	1,6	0,33	65,5
Rührersystem mit einem Schrägblattrührer und zwei Standardscheibenrührern (1SBR+2SSR)	1,6	0,34	38
Rührersystem mit zwei Schrägblattrührern und einem Standardscheibenrührern (2SBR+1SSR)	1,6	0,34	39

Aus den Mischzeituntersuchungen mittels der Entfärbemethode ergaben sich die in Tabelle 1 und auszugsweise in 3 und 4 dargestellten Mischkennzahlen.
Im direkten Vergleich der verschiedenen Konfigurationen stellte sich heraus, dass das hierin beschriebene Rührersystem bei konstanter Reynolds-Zahl einen mittleren Mischkennzahlindex von in etwa 38 z.B. im Vergleich zu einem Rührersystem bestehend aus drei getrennten Schrägblattrührern (3SBR) oder aus drei getrennten Standardscheibenrührern (3SSR) mit einer mittleren Mischkennzahl von 65,5 und 77 hat. Demnach ist gemäß einer Ausführungsform der hierin berichteten Vorrichtung das Verhältnis von Füllhöhe des Kultivierungsgefäßes H zu dem Durchmesser des Kultivierungsgefäßes D in etwa 1,6. Der Ausdruck „in etwa“ bedeutet, dass der danach folgende Wert nicht der exakte Wert ist, sondern lediglich der Mittelwert eines Bereichs. Gemäß einer Ausführungsform bezeichnet der Ausdruck einen Bereich von +/- 25% um den Mittelwert, gemäß einer weiteren Ausführungsform von +/- 15%, und gemäß einer noch weiteren Ausführungsform von +/- 10%.
Ein weiterer Prozessparameter für die Fermentation von tierischen Zellen ist die Scherbeanspruchung der Zelle im Kultivierungsmedium. So sind tierische Zellkulturen unter anderem limitiert durch die auf die Zellen aufgebrachte mechanische und hydrodynamische Beanspruchung. Die Beanspruchung wird zum einen durch den Rührer selbst und zum anderen durch die Blasenbegasung des Kultivierungsmediums verursacht (siehe z.B. Wollny, S., und Sperling, R., Chem. Ing. Tec. 79 (2007) 199-208). Für die in Rührkesselgefäßen größtenteils vorherrschenden turbulenten Strömungsgebiete erfolgt die Beschreibung der hydrodynamischen Beanspruchung durch den Reynolds'schen Spannungsansatz nach Gleichung 5 (Henzler, H.J., und Biedermann, A., Chem. Ing. Tee., 68 (1996) 1546-1561): $τ_{t u r b} = ρ \cdot u^{' 2}$
Die hauptsächliche Beanspruchung kann nach Gleichung 5 auf die turbulente Schwankungsgeschwindigkeit u' der Fluidelemente zurückgeführt werden.

Die Charakterisierung der Scherbeanspruchung erfolgte für die Rührersysteme im unbegasten Zustand. Die Vergleichsflockendurchmesser d_VF beschreiben ein relatives Maß für die herrschende Beanspruchung und sind in 5 und Tabelle 2 dargestellt. Je größer der Vergleichsflockendurchmesser ist, desto geringer ist die hydrodynamische Beanspruchung. In diesem Fall erfolgt die einzige Beeinflussung durch das Rührersystem, da die Begasung nicht eingeschaltet ist. Tabelle 2: Beispiele von Vergleichsflockendurchmesser von verschiedenen Rührersystemen bei einem Leistungseintrag von 100 W/m³.

Rührer	H/D	d/D	d_VF(100 W/m³) [µm]
Rührersystem mit drei getrennten Standardscheibenrührern (3SSR)	1,6	0,33	65
Rührersystem mit drei getrennten Schrägblattrührern (3SBR)	1,6	0,33	65
Rührersystem mit einem Schrägblattrührer und zwei Standardscheibenrührern (1SBR+2SSR)	1,6	0,34	75
Rührersystem mit zwei Schrägblattrührern und einem Standardscheibenrührern (2SBR+1SSR)	1,6	0,34	75

Im Vergleich zu Rührersystemen mit nur axial-fördernden Elementen, wie zum Beispiel drei Schrägblattrührern, erzeugt das hierin berichtete Rührersystem eine deutlich niedrigere Beanspruchung, d.h. führt zu Flocken mit einem größeren Vergleichsflockendurchmesser d_VF .
2 zeigt einen Vergleich der Newton-Zahlen, aus welchen die unbegasten Leistungseinträge bestimmt werden können. Es ist zu sehen, dass das hierin berichtete Rührersystem eine deutlich höhere Newton-Zahl erzeugen kann, was auf einen schonenderen und gleichmäßigeren Energieeintrag rückschließen lässt.
Das hierin berichtete Rührersystem zeigt im direkten Vergleich zu verschiedenen Rührersystemen sowohl in der Durchmischung (3 und 4, Tabelle 1) als auch in der erzeugten Scherbeanspruchung (5, Tabelle 2) deutliche Vorteile.
Um möglichst hohe Produkttiter und eine gute Produktqualität zu erreichen, spielt beispielsweise neben der Zelllinienentwicklung, der Medienzusammensetzung und der Auslegung des geeigneten Kultivierungsgefäßes die Betriebsweise des Kultivierungsgefäßes eine wichtige Rolle. Es lässt sich unterscheiden zwischen den Betriebsmodi Batch oder Batch-Verfahren, Fed-Batch oder Zufütterungsverfahren, kontinuierliche Verfahren mit oder ohne Zellrückhaltung (beispielsweise Perfusion oder Chemostat) sowie semikontinuierliche Verfahren, wie z.B. die interne oder externe Dialyse.
Bei semikontinuierlichen Kultivierungsverfahren, wie z.B. der internen oder externen Dialyse, werden dem Kultivierungsgefäß über eine Membran Substrate zugeführt und gleichzeitig inhibierende Komponenten/Stoffwechselprodukte der kultivierten Zellen abgeführt. Hierbei handelt es sich um einen Stoffaustausch durch Diffusion. Die Haupteinflussfaktoren dafür sind die herrschende Konzentrationsdifferenz, das Membranmaterial, die Membranoberfläche, die Diffusionskennzahlen im Membranmaterial und die Dicke der Phasengrenzschicht, welche durch die Anströmung der Membran bestimmt wird. Bei Verwendung der Dialyse in der Hochzelldichtefermentation handelt es sich um ein perfusionsähnliches, halbkontinuierliches Verfahren, bei welchem ein im Reaktor befestigtes (Hohlfaser-) Dialysemodul als Austauschfläche zwischen dem Kultivierungsmedium und frischem Nährmedium dient. Dabei wird das Nährmedium ausgehend von einem Vorlagegefäß durch das Dialysemodul gepumpt und anschließend dem Vorlagegefäß wieder zugeführt (ein schematisches Diagramm ist in 13 gezeigt). Das Dialysemodul kann sich dabei außerhalb des Reaktors (externe Dialyse) oder innerhalb des Reaktors (interne Dialyse) befinden. Für beide Betriebsarten gelten die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Demnach wird gemäß einem Gesichtspunkt hierin eine Vorrichtung berichtet, die ein Rührersystem wie hierin berichtet und ein Kultivierungsgefäß aufweist, und optional ein Dialysemodul.
Das Kultivierungsgefäß hat einen oberen Abschnitt, einen mittleren Abschnitt und einen unteren Abschnitt, wobei sich die Längsachse des Gefäßes von der Mitte oder dem Zentrum des oberen Abschnitts bis zur Mitte oder Zentrum des unteren Abschnitts erstreckt. Das zylindrische Kultivierungsgefäß weist bei senkrechter Betrachtung zur Längsachse einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Der obere Abschnitt des Kultivierungsgefäßes kann ferner eine Gasabgabeauslasseinrichtung, eine oder mehrere Einlasseinrichtungen und/oder eine Mannlocheinrichtung zur Wartung und Reinigung umfassen. Der untere Abschnitt des Kultivierungsgefäßes kann ferner eine oder mehrere Flüssigmedieneinlasseinrichtungen, eine oder mehrere Flüssigmedienauslasseinrichtungen und/oder eine Gaseinlasseinrichtung umfassen. Der mittlere Abschnitt des Kultivierungsgefäßes kann ferner einen Wärmetauschermantel umfassen, welcher an der Außenwand des Kultivierungsgefäßes angebracht ist. Die Förderelemente des Rührersystems werden durch eine Welle in Drehung versetzt, welche mit einem geeigneten Mechanismus zum Einleiten dessen Drehung gekoppelt ist. Die Welle erstreckt sich entlang der Längsachse des Kultivierungsgefäßes und weist somit eine vertikal ausgerichtete Drehachse auf. Die Welle erstreckt sich nicht bis zum Boden des Gefäßes, sondern bis zu einem Punkt weit genug über dem Boden des Gefäßes und auch weit genug über einen optionalen Gasverteiler am Boden des Kultivierungsgefäßes. Die Welle wird durch einen geeigneten Koppelungsmechanismus mit einer Antriebswelle betriebsgekoppelt. Neben einer Einrichtung zum Koppeln der Welle an der Antriebswelle weist die Welle zusätzlich weitere Einrichtungen, d.h. mindestens drei Einrichtungen auf, um die Förderelemente einzeln mit der Welle zu koppeln. Die Förderelemente des Rührersystems sind mit der Welle an einer Position gekoppelt, welche sich unterhalb der Oberfläche des Kultivierungsmediums im Kultivierungsgefäß befindet bzw. befinden wird, sobald das Rührersystem in das Kultivierungsmedium eingetaucht ist. Die Oberfläche wird bestimmt, wenn das Kultivierungsmedium stationär ist, d.h. nicht umgewälzt wird. Das Kultivierungsgefäß enthält kein Saugrohr.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist das Kultivierungsgefäß ein mit Strömungsstörern versehenes Gefäß. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kultivierungsgefäß zwei oder vier Strömungsstörer. Ein „ Strömungsstörer“ bezeichnet eine Platte, die in einem Kultivierungsgefäß in gleicher Richtung wie die Wellenachse angeordnet ist und sich radial in dem Kultivierungsgefäß zum Rührwerk hin erstreckt. Der Strömungsstörer ist im Allgemeinen rechteckig. Gemäß einer Ausführungsform ist der Strömungsstörer in einem Abstand b_d zur Innenwand des Kultivierungsgefäßes angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Strömungsstörer um den Umfang des Inneren des Kultivierungsgefäßes herum gleichmäßig angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung auch ein Dialysemodul. Die Komponenten der Vorrichtung sind so dimensioniert, dass sie ihre bestimmungsgemäße Funktion erfüllen können, d.h. das Kultivierungsgefäß kann das Kultivierungsmedium aufnehmen, das Rührersystem kann das Medium mischen und darin hinzugefügte Gemische dispergieren und das Dialysemodul kann frisches Medium bereitstellen und die von der kultivierten Zelle ausgeschiedenen Stoffwechselverbindungen abführen. Somit weist das Rührersystem einen Durchmesser auf, der eine ungehinderte Drehung innerhalb des Gefäßes bei An- und Abwesenheit des Dialysemoduls ermöglicht. Mit der hierin berichteten Vorrichtung kann eine hochzelldichte Kultivierung als Perfusionskultivierung oder als Dialysekultivierung vorteilhaft durchgeführt werden. Die Kultivierung erfolgt gemäß einer Ausführungsform bei einer Drehzahl des Rührersystems, bei der ein Reynolds-Zahl-unabhängiger konstanter Leistungseintrag in das Kultivierungsmedium erreicht werden kann, d.h. während der Kultivierung wird ein turbulenter Strom an Kultivierungsmedium im Kultivierungsgefäß bereitgestellt. Mit einer hierin berichteten Vorrichtung ist es möglich, scherempfindliche Säugetierzellen mit einer niedrigen Drehzahl des Rührersystems aber bei gleichem Leistungseintrag im Vergleich zu anderen Rührersystemen zu kultivieren.
Die Form des Kultivierungsgefäßes ist nicht beschränkt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Kultivierungsgefäß ein zylindrisches Gefäß. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kultivierungsgefäß ein Rührkesselreaktor. Das Kultivierungsgefäß kann jede beliebige Abmessung haben. Gemäß einer Ausführungsform hat das Kultivierungsgefäß ein Arbeitsvolumen von 5l bis 25.000l.
Aus dem Inneren des Dialysemoduls diffundieren dabei aus dem Inneren des Dialysemoduls durch die semipermeablen Hohlfasermembran in das Kultivierungsgefäß, und zeitgleich in entgegengesetzter Richtung diffundieren Metabolite der kultivierten Zellen aus dem Kultivierungsgefäß in das Nährmedium, gemäß dem Konzentrationsunterschied. Die Zielstellung dabei ist, die absolute Konzentration an inhibierenden Metaboliten im Kultivierungsgefäß möglichst gering zu halten (Verdünnung) und gleichzeitig die Konzentration an essentiellen Nährstoffen möglichst lange auf einem optimalen Niveau in der Kultur zu halten. Hierdurch wird eine Verbesserung der Kultivierungsbedingungen im Vergleich zu einem Vorgang ohne Dialyse erreicht, wodurch höhere maximale Zelldichten bzw. Produkttiter erzielt werden können.
Die Beschreibung der Transportprozesse am Dialysemodul kann äquivalent zum Stofftransport an einer Gasblase durch die Zweifilmtheorie in Verbindung mit dem 1. Fick'schen Gesetz erfolgen. Dabei ergibt sich bei Annahme linearer Gradienten, bezogen auf die Austauschfläche A_H des Hohlfaserdialysemoduls, der effektiv übergehende Diffusionsstrom J_eff nach Gleichung 6 mit: $J_{e f f, i} = - D_{e f f, i} \cdot A_{H} \cdot \frac{c_{2, i} - c_{1, i}}{x_{2} - x_{1}} = - D_{e f f, i} \cdot A_{H} \cdot \frac{Δ c_{i}}{z_{e f f}}$
Triebkraft der Diffusion ist die Konzentrationsdifferenz Δ_Ci zwischen dem Inneren und Äußeren des Dialysemoduls, bezogen auf die effektive Diffusionsstrecke Z_eff . Diese effektive Diffusionsstrecke setzt sich aus den Einzelwegstrecken durch die innere laminare Grenzschicht an der Innenseite der Hohlfasermembran des Dialysemoduls δ_BI , durch die Hohlfasermembran δ_M selbst und durch die äußere laminare Grenzschicht an der Außenseite der Hohlfasermembran in dem Reaktor δ_HI zusammen. Diese sind allgemein abhängig von der Größe und Form des diffundierenden Moleküls, den Eigenschaften des umgebenden Mediums und der Temperatur.
Für die jeweiligen Einzelabschnitte können separate Stofftransportkennzahlen definiert werden, und aus deren reziproker Aufsummierung ergibt sich der gesamte Stofftransportwiderstand 1/k nach Gleichung 7: $\frac{1}{k} = \frac{1}{k_{H I}} + \frac{1}{k_{M}} + \frac{1}{k_{B I}}$
Die Transportwiderstände in den laminaren Grenzschichten an der Innen- und Außenseite der Hohlfasermembran sind zudem von der Anströmung der Hohlfasermembran abhängig. Je besser, d.h. je senkrechter die Strömung gegen die Membran ist, je schmaler werden die laminaren Grenzschichten und desto geringer sind die entsprechenden Transportwiderstände. Für ein Dialysemodul in einem Kultivierungsgefäß ergibt sich dadurch eine direkte Abhängigkeit des Transportwiderstandes der äußeren laminaren Grenzschicht u.a. von folgenden Faktoren:

• der Drehzahl des Rührersystems,
• der Art des Rührersystems,
• der Anströmung der Membranen,
• dem primär vom Rührersystem erzeugten Strömungsprofil.

Der Widerstand der laminaren Grenzschicht auf der Innenseite der Hohlfasermembran kann aufgrund des geringen Innendurchmessers und den damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten vernachlässigt werden. Innerhalb dieser Anmeldung bedeutet der Begriff „Innenseite der Hohlfasermembran“ die dem Vorlagegefäß zugewandte Seite der Hohlfasermembran. Der Begriff „Außenseite der Hohlfasermembran“ bedeutet die dem Kultivierungsgefäß zugewandte Seite der Hohlfasermembran. Der gesamte Stofftransportwiderstand ergibt sich somit als Serienwiderstand, zu dem lediglich der Widerstand innerhalb der Membran und der Widerstand der laminaren Grenzschicht außerhalb der Membran beitragen (Rehm, et al., „Biotechnology - volume 3: Bioprocessing“, VCH Weinheim, 1993). Aus dem reziproken Gesamtstofftransportwiderstand ergibt sich der Gesamtstofftransportkennzahl k und kann durch Multiplikation mit der volumenspezifischen Oberfläche a des Hohlfaserdialysemoduls auf den Oberflächenbereich bezogen werden (ka-Wert). Für die Beschreibung der Konzentrationsverläufe über die Zeit kann für die Balanceräume Reaktor und Vorlagegefäß die folgende Gleichung 8 verwendet werden: $\frac{d c_{R}}{d t} = k a \cdot (c * - c_{R})$
Bei der Zellkultivierung werden im Allgemeinen submersbegaste Kultivierungsgefäße verwendet. Dabei wird vorwiegend ein ein- oder zweistufiges, axial-förderndes Rührersystem verwendet. Dieses erzeugt ein Strömungsprofil hauptsächlich parallel zur Drehwelle. Bei der in 12 gezeigten Anordnung mit dem Dialysemodul parallel zur Drehwelle wird somit keine direkte Anströmung des Dialysemoduls erzielt. Dies hat einen nachteiligen Effekt auf den Stofftransport im Dialysemodul (größere laminare Grenzschicht an der Faseroberfläche).
Vorteilhaft wirkt sich eine direkte tangentiale oder radiale Anströmung der Dialysemembran aus, welche beispielsweise durch einen Standardankerimpeller erzielt werden kann. Dieser Impeller erzeugt eine Strömung, welche direkt auf das oder die Dialysemodule im Reaktor gerichtet ist und somit die laminare Grenzschicht an der Oberfläche des Dialysemoduls verringert. Diese einfache radiale Strömung ist jedoch unvorteilhaft für die anderen verfahrenstechnischen Grundaufgaben, insbesondere in Bezug auf die Durchmischung des Reaktors und den Stofftransport, insbesondere in submersbegasten Reaktoren. Das Gas kann in das Kultivierungsgefäß beispielsweise durch einen Rohrverteiler oder einen Ringverteiler eingebracht werden.
Das hierin berichteten Rührersystem kann im Vergleich zu anderen Rührersystemen für eine schnellere Durchmischung von Kultivierungsmedium beispielsweise zum Einzug von Korrekturmitteln wie Säure oder Lauge über die Flüssigkeitsoberfläche verwendet werden, um die Schaumbildung zu vermindern und um in Dialyseverfahren Biofowling zu verringern und die Stoffaustauschrate durch die direkte orthogonale Anströmung des Dialysemoduls zu erhöhen.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Rührersystems bei der Kultivierung von tierischen Zellen, welche einen Antikörper gegen IGF-1R oder CD20 oder HER2 produzieren, wurde beispielhaft gezeigt (siehe WO 2004/087756 ; siehe WO 2007/045465, WO 2007/115814 und WO 2005/044859 ; siehe WO 99/057134 und WO 92/022653). Dies stellt keine Beschränkung der Offenbarung dar, sondern dient lediglich der Darstellung der Erfindung. Wie aus den 6 bis 11 entnommen werden kann, zeigt das hierin berichtete Rührersystem im Vergleich zu einem anderen Rührersystem (wie z.B. drei Schrägblattrührer) ähnliche zeitliche Verläufe für die Lebendzelldichte, die Viabilität und die Produktbildung.
Die in dieser Anmeldung verwendeten Abkürzungen haben die folgenden Bedeutungen (siehe auch 1a):

b:: Breite der Blätter des radial-fördernden Elements
d:: Rührergesamtaußendurchmesser
d_w:: Durchmesser der Welle
h:: Höhe der Rührerblätter des radial-fördernden Elements
h_B:: Höhe eines axial-fördernden Elements
Δh:: Höhenunterschied von zwei Förderelementen
l:: Länge der Rührerblätter eines axial-fördernden Elements
α:: Blattanstellwinkel der Blätter eines axial-fördernden Elements
z:: Anzahl an Rührerblätter pro Rührer
d_i:: innerer Abstand zwischen den Rührerblättern des radial-fördernden Elements
D:: Kultivierungsgefäßinnendurchmesser
H:: Füllhöhe des Kultivierungsgefäßes.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Verhältnis des Höhenunterschieds (Δh) von zwei Förderelementen zu dem Kultivierungsgefäßdurchmesser D zumindest 0,75. Hierin wird als ein Gesichtspunkt die Verwendung des hierin berichteten Rührersystem zur Kultivierung von Zellen zur Herstellung von Polypeptiden oder Antikörpern berichtet. Gemäß einer Ausführungsform ist die Kultivierung eine Dialyse. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kultivierung in einem submersbegasten Rührkesselkultivierungsgefäß ausgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Zelle eine eukaryotische Zelle, gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Säugetierzelle. Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist die Zelle eine CHO-Zelle, eine BHK-Zelle, eine NS0-Zelle, eine COS-Zelle, eine PER.C6-Zelle, eine Sp2/0-Zelle oder eine HEK 293-Zelle. Gemäß einer Ausführungsform ist die Zelle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Arthrobacter protophormiae, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis, BHK-Zellen, Candida boidinii, Cellulomonas cellulans, Corynebacterium lilium, Corynebacterium glutamicum, CHO-Zellen, E.coli, Geobacillus stearothermophilus, H. Polymorpha, HEK-Zellen, HeLa-Zellen, Lactobacillus delbruekii, Leuconostoc mesenteroides, Micrococcus luteus, MDCK-Zellen, Paenebacillus macerans, P. pastoris, Pseudomonas-Arten, S. Cerevisiae, Rhodobacter-Arten, Rhodococcus erythropolis, Streptomyces-Arten, Streptomyces anulatus, Streptomyces hygroscopicus, Sf-9-Zellen und Xantomonas campestris. Gemäß noch einer Ausführungsform ist der Antikörper ein Antikörper gegen CD19, CD20, CD22, HLA-DR, CD33, CD52, EGFR, G250, GD3, HER2, PSMA, CD56, VEGF, VEGF2, CEA, Lewis Y Antigen, IL-6 Rezeptor, oder IGF-1 Rezeptor.
Das nachfolgende Beispiel und die nachfolgenden Figuren werden bereitgestellt, um den Gegenstand der Erfindung darzustellen. Der Schutzbereich wird durch die angehängten Ansprüche festgelegt. Es wird als klar angenommen, dass Abwandlungen des Gegenstands der offenbarten Verfahren durchgeführt werden können, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Figurenliste

1 a) Darstellung des hierin berichteten Rührersystems in einem Reaktor mit D = Gefäßinnendurchmesser, d = Rührersystemaußendurchmesser, d_sp = Durchmesser des Gasverteilers (Austrittsöffnungen), H = Gefäßfüllhöhe, H_B = Gefäßhöhe, h_sp = Einbauhöhe des Gasverteilers, h_1m = Einbauhöhe des unteren Rührelements, h_2m = Abstand zwischen Rührelement 1 und Rührelement 2, h_3m = Abstand zwischen Rührelement 2 und Rührelement 3, b_d = Abstand des Strömungsstörers von der Gefäßwand, w = Blattbreite des Strömungsstörers; b) Darstellung eines Standardscheibenrührers mit: d = Rühreraußendurchmesser, b = Rührerblattbreite, h = Rührerblatthöhe; c) Darstellung eines Schrägblattrührers mit: a = Anstellwinkel des Rührerblattes, 1 = Rührerblattlänge, h = h_SB = (projizierte Rührerblatthöhe).
2 Diagramm der Leistungskennzahl Ne verschiedener Rührersysteme als eine Funktion der Reynolds-Zahl; SSR = Standardscheibenrührer; SBR = Schrägblattrührer.
3 Diagramm der Mischzeit für einen Durchmischungsgrad von 95% als eine Funktion des Leistungseintrags für verschiedene Rührersysteme.
4 Vergleich der Durchmischungskennzahlen C_H für verschiedene Rührersysteme als eine Funktion der Reynolds-Zahl; SSR = Standardscheibenrührer; SBR = Schrägblattrührer.
5 Abhängigkeit des Vergleichsflockendurchmesser d_VF in Abhängigkeit vom volumenspezifischen Leistungseintrag und dem Rührersystem; SSR = Standardscheibenrührer; SBR = Schrägblattrührer.
6 Normierter zeitlicher Verlauf der Lebendzelldichte (a) und der Viabilität (b) als eine Funktion der Fermentationszeit und des verwendeten Rührersystems für die Kultivierung einer anti-IGF-IR-Antikörper produzierenden Zelllinie.
7 Normierter zeitlicher Verlauf der Produktkonzentration als eine Funktion der Fermentationszeit und des verwendeten Rührersystems für die Kultivierung einer anti-IGF-IR Antikörper produzierenden Zelllinie.
8 Normierter zeitlicher Verlauf der Lebendzelldichte (a) und der Viabilität (b) als eine Funktion der Fermentationszeit mit einem hierin berichteten Rührersystems für die Kultivierung einer anti-CD20-Antikörper produzierenden Zelllinie.
9 Normierter zeitlicher Verlauf der Produktkonzentration als eine Funktion der Fermentationszeit und des verwendeten Rührersystems für die Kultivierung einer anti-CD20-Antikörper produzierenden Zelllinie.
10 Normierter zeitlicher Verlauf der Lebendzelldichte (a) und der Viabilität (b) als eine Funktion der Fermentationszeit unter Verwendung eines hierin berichteten Rührersystems für die Kultivierung einer anti-HER2-Antikörper produzierenden Zelllinie.
11 Normierter zeitlicher Verlauf der Produktkonzentration als eine Funktion der Fermentationszeit und des verwendeten Rührersystems für die Kultivierung einer anti-HER2 Antikörper produzierenden Zelllinie.
12 Stoffübergangskennzahl bei der Dialyse als eine Funktion des spezifischen Leistungseintrags.
13 Schematische Darstellung einer Vorrichtung für die Dialysekultivierung.
14 Schematische Darstellung der Konzentrationsgradienten an den Hohlfasern des Dialysemoduls.

Beispiel 1
Kultivierungsgefäß
Alle Untersuchungen wurden in einem 330L-Plexiglas®-Modellgefäß (nachfolgend als DN 640 bezeichnet) oder den Produktionsreaktoren selbst durchgeführt. Die Untersuchungen zur Dialyse wurden in einem 100L-Plexiglas®-Modellgefäß (nachfolgend als DN 440 bezeichnet) durchgeführt.
Beispiel 2
Leistungseintrag
Der Leistungseintrag der Rührersysteme wurde über die Messung des Drehmoments an der Drehwelle bestimmt. Für die Aufzeichnung des Drehmoments wurde ein Datenverarbeitungssystem Modell GMV2 in Verbindung mit dem Drehmomentsensor Modell DRFL-II-5-A (beides von der Firma „ETH Messtechnik“, Gschwend, Deutschland) verwendet. Für jedes Rührersystem erfolgte zunächst die Aufnahme des Drehmoments bei verschiedenen Drehzahlen im unbefüllten Zustand (M_leer ) und anschließend über eine Dreifachbestimmung im befüllten Zustand (M_Last ). Das Drehmoment ergibt sich nach Gleichung 9: $M = M_{l o a d} - M_{e m p t y}$
Im Anschluss wurde für jeden Punkt die entsprechende Newton-Zahl (Ne-Zahl) und die Reynolds-Zahl (Re-Zahl) berechnet. Da sich im turbulenten Strömungsbereich konstante Newton-Zahlen für ein Rührersystem einstellen, wurden anschließend die berechneten Newton-Zahlen in diesem Bereich gemittelt (Uhl, V.W., und Gray, J.B., Mixing Theory and Practice, Academic Press, 1966). Dieser Mittelwert stellt die Gesamt-Newton-Zahl des betroffenen Rührers dar.
Beispiel 3
Homogenisierung
Die Homogenisierung wurde sowohl mit der Farbumschlagsmethode als auch mit der Leitfähigkeitsmethode bestimmt.
Die Farbumschlagsmethode beruht auf der Entfärbung einer mit Jod-Kaliumiodid angefärbten Stärkelösung durch die Zugabe von Natriumthiosulfat (I, Kl, Stärke, Na₂S₂0₃ bezogen von der Fa. Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Deutschland). Als Ausgangslösungen wurden eine einmolare Natriumthiosulfat-Lösung und eine einmolare Jod-Kaliumiodid-Lösung (Lugol'sche Lösung) sowie eine Stärkelösung mit einer Konzentration von 10 g/l verwendet. Korrespondierend zu den Leitfähigkeitsversuchen wurden pro Rührer mindestens vier Drehzahlstufen (Vierfachbestimmung pro Drehzahlstufe) untersucht,wobei pro Gefäßbefüllmenge maximal vier Versuche durchgeführt wurden. Die Stärkelösung wurde jeweils einmal pro Befüllung des Gefäßes zugegeben. Für jede Einzelmessung wurde zunächst das entsprechende Volumen der Jod-Kaliumiodid-Lösung vorgelegt und anschließend das Natriumthiosulfat zugegeben. Die Mischzeit wurde ab dem Zugabezeitpunkt des Natriumthiosulfats von Hand gestoppt, wobei jeweils eine Sekunde abgezogen wurde, um die Zugabezeit zu berücksichtigen. Nach Beendigung der Messung erfolgte die Auftitrierung (Neutralisation) des Gefäßfüllvolumens mit Jod-Kaliumiodid, um den Überschuss des zuvor zugesetzten Natriumthiosulfats auszugleichen.
Bei der Leitfähigkeitsmethode ist die Mischzeit definiert als die Zeit von der Zugabe einer Elektrolytlösung bis zu dem Zeitpunkt, an dem die gemessenen Leitfähigkeitsschwankungen letztmalig ein Toleranzband von ±5% um den sich stationär einstellenden Leitfähigkeitswert überschreiten. Werden mehrere Sonden verwendet, dann ist die jeweils längste detektierte Mischzeit als repräsentativ für das gesamte System anzusehen.
Für die Bestimmung der Mischzeit über die Leitfähigkeitsmethode wurde als Elektrolytlösung eine 30%-ige (w/v) NaCI-Lösung (NaCI kristallin, Fa. Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) verwendet. Diese wurde pulsweise an der Drehwelle des Rührers auf die Flüssigkeitsoberfläche gegeben, wobei das Volumen pro Zugabe so gewählt wurde, dass die sich stationär einstellenden Leitfähigkeitssprünge 200 mS/cm nicht überschritten.
Für jedes Rührersystem wurden mindestens vier Drehzahlstufen untersucht. Pro Drehzahlstufe wurde dabei die Mischzeit mindestens achtmal bestimmt und eine Mittelung über diese acht Werte vorgenommen. Die Mischkennzahl der jeweiligen Rührersysteme ergibt sich als Mittelwert der pro Drehzahlstufe gemittelten Mischkennzahlen. Die Messungen der Leitfähigkeit erfolgten jeweils über drei an verschiedenen radialen bzw. axialen Positionen im Gefäß befestigten 4-Pol-Leitfähigkeitssonden (TetraCon, Fa. WTW, Weilheim). Über die verwendeten Messverstärker (Cond813, Fa. Knick „Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG“, Berlin, Deutschland) wurden die Leitfähigkeitssignale online ausgelesen. Die Abspeicherung der Messwerte erfolgte online und zeitgleich für alle Sonden über die Software Paraly SW 109 (Fa. Knick „Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG“, Berlin, Deutschland) mit einer Abtastrate von 5 Sekunden. Nach Beendigung der Messreihe erfolgte die Auswertung der Daten separat für jede Sonde.
Beispiel 4
Scherbeanspruchung
Zur Bestimmung der Scherbeanspruchung wurde ein Modellpartikel-System, das BlauTon-Polymer-Flockensystem, verwendet. Hierbei handelt es sich um ein Modell-Partikel-System bestehend aus einem kationischen Polymer (Praestol BC 650) und einem Tonmineral (Blauton), welches in das Gefäß vorgelegt wird. Durch Zugabe des Praestol BC 650 wird eine Flockungsreaktion gestartet, welche Flocken definierter Größe erzeugt. Diese Flocken werden im Anschluss durch die mechanische und hydrodynamische Beanspruchung der Rührersysteme zerkleinert. Bei blasenbegasten Systemen erfolgt eine Zerkleinerung zusätzlich durch die Energiedissipation beim Entstehen und Zerplatzen der Blasen. Als Messgröße für die Charakterisierung der Scherbelastung wird der mittlere Partikeldurchmesser des Modell-Partikel-Systems verwendet. Die Messung der Partikelgrößenänderung erfolgt dabei in situ über eine Focused Beam Reflectance Measurment-Sonde der Firma Mettler Toledo (nachfolgend als FBRM^® bezeichnet). Die ermittelten Partikelgrößenänderungsraten sind ein Maß für die im Modellsystem vorherrschende Scherbeanspruchung. Dabei verringert sich der Gradient der Partikelgrößenänderungsrate im Verlauf des Experiments, wobei sich jedoch kein Gleichgewichtszustand einstellt (Partikelzerkleinerung bis zum Durchmesser der Blauton-Primärteilchen ≈ 15 µm). Aus diesem Grund wird für das Blauton-Polymer-Flockensystem ein Endflockendurchmesser d_P50' nach folgendem Kriterium (Gleichung 10) bestimmt: $\frac{d (d_{P 50})}{d t} \leq 0.0055 [μ m / s] \to d_{P 50} = d_{P 50}' .$

Um Vergleichbarkeit der ermittelten Endflockendurchmesser bei unterschiedlichen Leistungseinträgen und zwischen unterschiedlichen Rührersystemen zu gewährleisten, wurde der Vergleichsflockendurchmesser wie folgt berechnet (Gleichungen 11 bis 13):

d_{V F} = m \cdot d_{P 50}' - b .

m = 1,3 \cdot 10^{- 6} {(\frac{P}{V})}^{2} + 1,37 + 10^{- 3} \cdot (\frac{P}{V}) + 2,46

b = 8,12 \cdot 10^{- 5} \cdot {(\frac{P}{V})}^{2} + 6,48 \cdot 10^{- 3} \cdot (\frac{P}{V}) + 76,9.

Tabelle 3: Verwendete Substanzen zum Bestimmen der Partikelbelastung (Konzentrationen beruhen auf dem Gefäßfüllvolumen)

Einsatzstoff	Konzentration	Hersteller
Wittschlicker Blauton	5g/l	Fa. Braun Tonbergbau, Deutschland
Praestol 650 BC (Lösung 2 g/l)	5 ml/l	Stockhaus GmbH & Co. KG, Krefeld, Deutschland
NaCl	1 g/l	Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland
CaCl2 (Lösunq 30 g/l)	--	Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Deutschland

Zunächst wurde das 100l-Modellgefäß mit einem entsprechenden Volumen (H/D-Verhältnis) vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) gefüllt und auf 20°C temperiert. Anschließend wurde die Leitfähigkeit durch Titration mit einer CaCL₂-Lösung auf einen Wert von 1000 µS/cm eingestellt. Die Messung der Leitfähigkeit erfolgte über eine 4-Pol-Leitfähigkeitssonde (Sonde: TetraCon, Fa. WTW, Weilheim; Messverstärker: Cond813, Fa. Knick „Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG“, Berlin, Deutschland). Danach wurden der Blauton und das NaCI in entsprechender Menge zur Lösung zugegeben. Anschließend erfolgte bei höchster Drehzahl eine Homogenisierungsphase mit einer Dauer von mindestens 20 Minuten. Die FBRM^®-Sonde (FBRM^® Lasentec^® D600L, Fa. Mettler-Toledo GmbH Co., Giessen, Deutschland) wurde senkrecht von oben (Eintauchtiefe 300mm) mit einem radialen Abstand von 70mm zur Wandung im Gefäß montiert. Die Flockungsreaktion konnte im Anschluss durch die Zugabe des Praestol 650 BS bei einer definierten Drehzahl gestartet werden. Die Aufzeichnung der Messwerte erfolgte online über das Programm-Data-Acquisition-Control-Interface Version 6.7.0 (Fa. Mettler-Toledo GmbH, Giessen, Deutschland). Aus den Messdaten wurde der Vergleichsflockendurchmesser ermittelt. Je Rührerkombination wurden mindestens drei Leistungseinträge vermessen. Pro Leistungseintrag wurden jeweils drei Messungen durchgeführt.
Beispiel 5
Dialyse (Stoffübergang flüssig- flüssig)
Für die Bestimmung der Konzentrationshalbwertzeit des Moduls (DIADYN-DP 070 F1 OL, Fa. MICRODYN-NADIR GmbH, Wiesbaden, Deutschland) in Abhängigkeit vom eingesetzten Rührersystem und des volumenspezifischen Leistungseintrags wurde eine NaCI-Lösung (NaCI kristallin, Fa. Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) als Tracersubstanz verwendet. Die Tracersubstanz wurde zu Beginn eines jeden Versuchslaufes im Vorlagegefäß auf eine Basisleitfähigkeit von 1500 µS/cm eingestellt. Der Reaktor wurde für jeden Versuchslauf mit vollentsalztem Wasser befüllt. Das Füllvolumen des Reaktors betrug 100l (H/D = 1,6) und das des Vorlagegefäßes betrug 400l (H/D = 2,0), wobei beide Gefäße zu Beginn eines jeden Experiments auf 20°C temperiert wurden. Die Messung der Leitfähigkeit in beiden Gefäßen wurde über eine 4-Pol-Leitfähigkeitssonde (Sonde: TetraCon, Fa. WTW, Weilheim, Deutschland; Messverstärker: Cond813, Fa. Knick „Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG“, Berlin, Deutschland) durchgeführt. Die Abtastrate der Messverstärker betrug 5 Sekunden und die Abspeicherung der Messwerte erfolgte online und zeitgleich für alle Sonden über die Software Paraly SW 109 (Fa. Knick „Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG“, Berlin, Deutschland). Die Zirkulation der NaCI-Lösung zwischen Vorlagegefäß und Dialysemodul wurde durch eine Schlauchpumpe (Gehäusepumpe 520U, Fa. Watson-Marlow GmbH, Rommerskirchen, Deutschland) bei einer konstanten Flussrate von 2,1 l/min umgesetzt. Für die Auswertung wurde Sonde 1 als Referenzsonde für den Reaktor und Sonde 3 als Referenzsonde für den Vorlagegefäß herangezogen. Die Auswertung der Daten dieser beiden Sonden erfolgt über eine Auswertroutine. Pro Rührer wurden jeweils mindestens sechs verschiedene Leistungseinträge im Reaktor untersucht.
Um die über die NaCI-Lösung ermittelten Stofftransportcharakteristika zu vergleichen, wurden zusätzliche Messungen mit einer Glucose-Lösung als Tracersubstanz durchgeführt. Der Versuchsaufbau wurde hierfür nicht geändert. Im Vorlagegefäß wurde eine definierte Glukoselösung (Glukose solid, Fa. Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) mit einer Konzentration von 3 g/l bereitgestellt. Die Glukosekonzentrationsbestimmung erfolgt manuell und zeitgleich für den Vorlagegefäß und den Reaktor in einem Zeitintervall von 10 Minuten über ein Blutzuckermessgerät (ACCU-CHEK^® Aviva, Fa. Roche Diagnostics GmbH, Mannheim, Deutschland).
Beispiel 6
Anti-IGF-1R-Antikörper
Die Herstellung und Kultivierung einer anti-IGF-IR-Antikörper sekretierenden Zellline wurde in Anlehnung an die in den internationalen Patentanmeldungen WO 2004/087756 , WO 2007/045465 , und WO 2007/115814 publizierte Daten und mittel allgemein bekannter Methoden durchgeführt.
Beispiel 7
Anti-CD20-Antikörper
Die Herstellung und Kultivierung einer anti-CD20-Antikörper sekretierenden Zellline wurde in Anlehnung an die in der internationalen Patentanmeldung WO 2005/0044859 publizierten Daten und allgemein bekannter Methoden durchgeführt.
Beispiel 8
Anti-HER2-Antikörper
Die Herstellung und Kultivierung einer anti-HER2-Antikörper sekretierenden Zellline wurde in Anlehnung an die in den internationalen Patentanmeldung WO 92/022653 und WO 99/057134 publizierten Daten und allgemein bekannter Methoden durchgeführt.
Bezugszeichenliste

1 =: Welle
11 =: Wellenachse
12: = Nabe
2 =: Verbinder
3 =: Rührerblatt
31 =: Innenrand des Rührerblatts
32 =: Außenrand des Rührerblatts
33 =: Spitze des Rührerblatts
4 =: Gefäß
5 =: Tank
6 =: Modul
7 =: Pumpe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5633165 [0008]
US 4438074 [0009]
US 5972661 [0009]
US 6250769 [0009]
US 5198156 [0009]
US 4779990 [0009]
WO 2004/087756 [0058, 0075]
WO 2007/115814 [0058, 0075]
WO 2005/044859 [0058]
WO 2007/045465 [0075]
WO 2005/0044859 [0076]
WO 92/022653 [0077]
WO 99/057134 [0077]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Puthli, M.S., et al., Biochem. Eng. J. 23 (2005) 25-30 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Kultivieren von tierischen Zellen, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: a) ein Kultivierungsgefäß, b) eine vertikale Welle entlang der zentralen Achse des Kultivierungsgefäßes, c) ein Rührersystem, das aus zwei radial-fördernden Rührelementen und einem axial-fördernden Rührelement besteht, die an der vertikalen Welle übereinander angeordnet sind, wobei das axial-fördernde Rührelement oberhalb der radial-fördernden Rührelemente angeordnet ist, d) eine Gaseinspeisung am Boden des Kultivierungsgefäßes, und e) mindestens einen Einlass in dem Bereich oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche zur Zugabe von Korrektur- und/oder Nährlösungen.
Verwendung eines Rührersystems zum Mischen eines Kultivierungsmediums für Säugetierzellen, wobei das Rührersystem aus zwei radial-fördernden Rührelementen und einem axial-fördernden Rührelement besteht, die an einer vertikalen Rührwelle übereinander angeordnet sind, wobei das axial-fördernde Rührelement oberhalb der radial-fördernden Rührelemente angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Verwendung nach Anspruch 2, wobei das Rührersystem, wenn es in einem Kultivierungsgefäß verwendet wird, das ein Kultivierungsmedium aufweist, eine Newton-Zahl von 5,5 bis 8,0 bei einer Reynolds-Zahl von 5*10⁴ bis 5*10⁵ hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei das Rührersystem, wenn es in einem Kultivierungsgefäß verwendet wird, das ein Kultivierungsmedium aufweist, eine Mischzeit Θ_0,95 von ungefähr 20 Sekunden bei einem Leistungseintrag von ungefähr 0,05 W/kg und von ungefähr 10 Sekunden bei einem Leistungseintrag von ungefähr 0,3 W/kg hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 4 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Rührersystem aus zwei Scheibenrührern oder zwei Rushton-Turbinen als radial-fördernde Rührelemente und einem Schrägblattrührer als ein axial-förderndes Rührelement besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 5 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die radial-fördernden Rührelemente zwischen 2 und 8 Rührblätter aufweisen und das axial-fördernde Rührelement zwischen 2 und 10 Rührblätter aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei alle Förderelemente den gleichen Durchmesser d haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Verhältnis des Durchmessers d der Rührelemente zum Durchmesser D des Kultivierungsgefäßes im Bereich von 0,32 bis 0,35 liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Anstellwinkel der Rührerblätter des axial-fördernden Rührelements zwischen 10° und 80° relativ zur Rührwelle liegt.