DE60103498T2

DE60103498T2 - Fläschchen und verfahren zur kryokonservierung

Info

Publication number: DE60103498T2
Application number: DE60103498T
Authority: DE
Inventors: Richard Wisniewski
Original assignee: Integrated Biosystems Inc
Current assignee: Sartorius Stedim Freeze Thaw Inc
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: EP1246524B1; JP2003519513A; DE60103498D1; US6858424B2; US20020110907A1; WO2001050852A2; WO2001050852A3; EP1246524A2; ES2220778T3; CA2390917A1; US6337205B1; DK1246524T3; ATE267519T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte, insbesondere auf die Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte unter Verwendung eines Fläschchens und unter Anwendung von Verfahren zur Kryokonservierung.
Beschreibung verwandter Technik:
Die Kryokonservierung und Tieftemperaturbearbeitung biopharmazeutischer Produkte ist bei der Herstellung, beim Gebrauch und beim Verkauf dieser Produkte wichtig. Um jedoch viele dieser Produkte bearbeiten zu können, muss die Kryokonservierung oder Tieftemperaturbearbeitung gleichmäßig und kontrolliert stattfinden, da sonst Qualität und Wert der Produkte verloren gehen. Werden bei der Bearbeitung von Zellen für die Kryokonservierung die Zellen beispielsweise zu schnell mit einem zu hohen Wassergehalt gefroren, so können die Zellen intrazelluläre Eiskristalle entwickeln. Folglich können die Zellen reißen und unbrauchbar werden. Ein weiteres Beispiel ist das Gefrieren von Proteinlösungen, die für pharmazeutische Verwendung zusammengesetzt werden. Idealerweise findet das Gefrieren dieser Lösungen in dem gesamten gefrorenen Volumen gleichmäßig statt. Durch die Gleichmäßigkeit des gefrorenen Volumens ergibt sich in dem gefrorenen Volumen die Tendenz zu Konzentrationen gelöster Substanzen, die denen von Eiskristallmustern ähnlich sind, sowie zu ähnlichen Glaszuständen der gefrorenen Grundsubstanz (Gleichmäßigkeit des eingeschlossenen Feuchtigkeitsgrads, der Glasübergangstemperatur, oder des lokalen Glas-Eis-Volumenvexhältnisses, und der Glaszusammensetzung). Diese Eigenschaften sind erwünscht, um in dem gesamten Volumen gleichmäßige Produktattribute zu erreichen und eine Produktminderung zu verringern. Es ist erwünscht, unabhängig vom Gefriervolumen ähnliche Gefrierbedingungen beizubehalten. Die Reproduzierbarkeit des Gefrierens in großen und kleinen Proben ermöglicht die Ausdehnung des Vorgangs und das Testen kleiner Produkt proben bei Gefrierbedingungen, die sich später beim Gefrieren großer Volumen biopharmazeutischer Produkte einstellen können.
Die Kryokonservierung und Tieftemperaturbearbeitung großer Volumen ist insbesondere hinsichtlich biopharmazeutischer Produkte wünschenswert Eine Bearbeitung in großem Maßstab kann beispielsweise bei der Herstellung biopharmazeutischer Produkte von Nutzen sein. Eine Bearbeitung in solch großem Maßstab ist im US-Patent Nr. 5,964,100 und in den Patenten Nr. WO-A-98 34 078 und US-A-6079215 beschrieben. Bei der Entwicklung von Herstellungsverfahren für biopharmazeutische Produkte haben die Forscher jedoch möglicherweise nicht viel von dem biopharmazeutischen Produkt in Händen. Dies macht die Verfahrensentwicklung und die Optimierung schwierig. Es ist durchaus möglich, dass zu diesem Zeitpunkt nicht genügend von dem Produkt vorhanden ist, um ein Gefäß mit einem Volumen von zehn oder Hunderten von Litern zu füllen. Daher sind „Verkleinerungs"-Techniken erforderlich, um ein Gefrieren und Auftauen (d.h. eine Kryokonservierung) in großem Maßstab, beispielsweise im Produktionsmaßstab, mit einem sehr kleinen Volumen, beispielsweise im Labormaßstab, zu simulieren.
Eine Lösung ist, die Kryokonservierung oder Tieftemperaturbearbeitung im großen Umfang unter Verwendung kleinvolumiger Behälter zu simulieren. Der Erfinder hat jedoch beim Gefrieren kleiner Volumen, die biopharmazeutische Produkte enthalten, ein Problem entdeckt. Beim externen Abkühlen unterkühlt ein kleines Volumen eines Mediums, das ein biopharmazeutisches Produkt enthält, zunächst in flüssiger Form (erreicht ein thermodynamisches Ungleichgewicht), und erstarrt dann schnell. Die Temperatur fällt zunächst bis zu einem unterkühlten Zustand in einer Flüssigkeit ab (die Unterkühlung findet in dem ganzen Volumen der Flüssigkeit statt). Dann erstarrt das kleine Volumen nach der Kristallkeimbildung schnell und nimmt die Erstarrungswärme. Das kleine Volumen erwärmt sich daher schnell bis zur Erstarrungstemperatur (zu diesem Zeitpunkt erfolgt ein kleines Plateau, dem ein Temperaturabfall folgt (das erstarrte kleine Volumen wird durch externes Kühlen gekühlt)).
Bei der schnellen Erstarrung des unterkühlten kleinen Volumens könnte das ganze kleine Volumen schnell erstarren, während Eiskristalle schnell in dem (und durch das) erstarrende Volumen „schießen". Typischerweise schießen solche Kristalle von den kältesten Punkten auf der Innenfläche des kleinen Volumens aus. Ein derart schnelles Kristallwachstum kann für das biopharmazeutische Produkt schädlich sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das schnelle Wachstum sehr feine Kristalle produziert, was in einer großen Grenzschicht von Eis und biopharmazeutischem Produkt, etc. resultiert. Außerdem ist der Unterkühlungseffekt in kleinen Volumen ausgeprägter, als in größeren Volumen. Solche kleinen Volumen können daher die Kryokonservierung und Tieftemperaturbearbeitung größerer Volumen von biopharmazeutischen Produkten nicht genau nachbilden.
Es besteht daher ein Bedarf an Verfahren und Vorrichtungen zur Kryokonservierung und Tieftemperaturbearbeitung biopharmazeutischer Produkte, mit denen die vorgenannten Mängel behoben werden.
Das US-Patent Nr. 5,059,399 offenbart ein Fläschchen zur Aufnahme einer biologischen Probe während eines Tieftemperatur-Gefriervorgangs. Das Fläschchen weist einen Behälter auf, dessen Wand aus einem Material mit einem vorgegebenen Wärmeleitungskoeffizienten K₁ besteht, und der einen Innenhohlraum zur Aufnahme der Probe definiert, und einen Stift, der sich von der Außenseite des Behälters in die Nähe des Innenhohlraums erstreckt. Der Stift weist einen Wärmeleitungskoeffizienten K₂ auf, der wesentlich größer ist, als K₁, und definiert einen Pfad erhöhter Wärmeleitfähigkeit vom Inneren zum Äußeren des Behälters, um eine darin enthaltene Probe abzukühlen.
Das US-Patent Nr. 4,799,358 beschreibt eine Vorrichtung zum Abkühlen und Tiefgefrieren von Proben biologischer Substanzen. Der Abkühlbereich, der die geschlossenen Plastikgefäße mit den Proben enthält, ist zwischen zwei parallelen, plattenförmig geschichteten Kühlelementen eingeschlossen.
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0 642 828 A1 offenbart eine Einweg-Anordnung von Reaktionsbehältern gleicher Form und gleichen Ausmaßes zum Durchführen von Temperaturzyklen einer Flüssigkeitsmischung, die sich in den Reaktionsgefäßen befindet, wobei jeder Reaktionsbehälter einen ersten, konisch geformten Wandbereich und einen zweiten, zylindrisch geformten Wandbereich aufweist, der die Öffnung des Reaktionsbehälters an einem Ende bildet, wobei die Wandstärke des ersten Wandbereichs kleiner ist, als die Wandstärke des zweiten Wandbereichs, und wobei die Öffnung des Reaktionsbehälters einen Verschluss aufnehmen kann, der den Reaktionsbehälter gasdicht abschließen kann, wenn der Verschluss auf die Öffnung des Reaktionsbehälters aufgesetzt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Gemäß einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte zum Kryokonservieren biopharmazeutischer Produkte, mit einem Kryokonservierungsbehälter, einer Kryokonservierungsflüssigkeit, die sich in dem Kryokonservierungsbehälter befindet, und einem Fläschchen zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte, das sich in dem Kryokonservierungsbehälter befindet und von der Kryokonservierungsflüssigkeit umgeben ist, wobei das Fläschchen zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte einen Körper aufweist, der horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist, der die proximalen und distalen Enden des Körpers definiert, und wenigstens eine keimbildende Struktur, die mit wenigstens einem distalen Ende des Körpers verbunden ist, wobei die wenigstens eine keimbildende Struktur die Kryokonservierungsflüssigkeit kontaktiert, und wobei der Körper ein tieftemperatur-stabiles Material enthält, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist.
Nach einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Kryokonservieren biopharmazeutischer Produkte, das aufweist: Bereitstellen eines Kryokonservierungsbehälters, Platzieren eines Fläschchens zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte in dem Kryokonservierungsbehälter, wobei das Fläschchen zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte einen Körper aufweist, der horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist, der die proximalen und distalen Enden des Körpers definiert, und wenigstens eine keimbildende Struktur, die mit wenigstens einem distalen Ende des Körpers verbunden ist, und wobei der Körper ein tieftemperatur-stabiles Material enthält, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist, Einbringen einer Kryokonservierungsflüssigkeit in einen Raum außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens, jedoch innerhalb des Kryokonservierungsbehälters, und Entziehen von Wärme aus dem Kryokonservierungsbehälter, wodurch die Kryokonservierungsflüssigkeit gefroren wird.
Nach einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Fläschchen zum Kryokonservieren biopharmazeutischer Produkte, das einen Körper aufweist, der horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist, der die proximalen und distalen Enden des Körpers definiert, wenigstens eine keimbildende Struktur, die mit wenigstens einem distalen Ende des Körpers verbunden ist, und wobei der Körper ein tieftemperatur-stabiles Material enthält, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kryokonservierungssystems.
2A–D zeigen Querschnitte erfindungsgemäßer Kryokonservierungsfläschchen.
3A–C zeigen Querschnitte und einen Aufriss erfindungsgemäßer Kryokonservierungsfläschchen.
4A–V zeigen Querschnitte erfindungsgemäßer keimbildender Strukturen.
5A–H zeigen Querschnitte erfindungsgemäßer Fläschchenfokussierspitzen.
6A–E zeigen Querschnitte erfindungsgemäßer Fläschchenablenkspitzen.
7A–D zeigen einen Aufriss und Querschnitte erfindungsgemäßer Kryokonservierungsfläschchen.
8A–B zeigen Ansichten eines erfindungsgemäßen Kryokonservierungsfläschchen-Nests.
9 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kryokonservierungssystems.
10 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kryokonservierungssystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Erfinder hat unerwartet entdeckt, dass die Probleme in der vorgenannten Technik durch Verwendung eines Fläschchens zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte gelöst werden können, das einen Körper aufweist, der ein tieftemperatur-stabiles Mate rial aufweist, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist, wobei der Körper horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist und Eiskristall-keimbildende Strukturen sich an entgegengesetzten Enden des länglichen Querschnitts befinden.
Typischerweise wird, wie in 1 gezeigt ist, das erfindungsgemäße Fläschchen 102 zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte innerhalb des Systems 100 zur Kryokonservierung biopharmazeutischer Produkte platziert. Im Betrieb nähert sich eine Geftier-Front 106 in dem Kryokonservierungsbehälter 112, die durch Gefrieren der Kryokonservierungsflüssigkeit in dem Kryokonservierungsbehälter 112 definiert ist, einer keimbildenden Endstruktur 114 des Kryokonservierungsfläschchens 102. Während des Fortschreitens der Gefrier-Front 106 fällt die Wandtemperatur der keimbildenden Struktur 114 unter 0°C, z.B. unter die Erstattungstemperatur von wässrigen Lösungen. Dies deshalb, weil in der festen Front ein Temperaturgradient besteht (fallende Temperatur von der flüssig-festen Grenzfläche gegen die abgekühlte Wand 104 des Kryokonservierungsbehälters). Folglich wird die keimbildende Struktur 114 in die feste Front 106 flach eingebettet.
Der längliche Querschnitt des Körpers des Kryokonservierungsfläschchens reduziert bzw. verhindert das Unterkühlen von Medien in dem Kryokonservierungsfläschchen, wenn die Längsachse des länglichen Querschnitts im Winkel zu der festen Front orientiert ist. Eine derartige Orientierung hat die Tendenz sicherzustellen, dass der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich zwischen dem Fläschchen und der flüssigen Kryokonservierungsflüssigkeit (diese flüssige Phase beginnt bei nahe 0°C) während des anfänglichen Gefriervorgangs größer ist, als der Wärmeübertragungs-Oberflächenbereich zwischen dem Fläschchen und der gefrorenen Kryokonservierungsflüssigkeit. Folglich verbleibt das Medium, das das biopharmazeutische Produkt enthält, bei nahe 0°C (z.B. die Temperatur der äußeren Flüssigkeitsphase) und fällt nur nahe der keimbildenden Struktur ab (diese Wand wird durch die umgebende äußere feste Front gekühlt). Dieser lokale Temperaturabfall-Bereich nimmt einen Bereich 108 des internen Produktvolumens des Kryokonservierungsfläschchens ein.
Es ist zwar nicht erwünscht ist, an einen bestimmten Handlungsmechanismus gebunden zu sein, da eine derartige Kenntnis zur Ausführung der Erfindung nicht notwendig er scheint, doch es ist, offensichtlich, dass die Eiskristallbildung in dem Kryokonservierungsfläschchen durch die Anwesenheit einer keimbildenden Struktur erhöht wird, die die Bildung relativ unbeweglicher Klumpen von Medienmolekülen, vorzugsweise Wassermolekülen, in makroskopischem Umfang ermöglicht. Dies kann durch Verwendung einer keimbildenden Struktur erreicht werden, um die Grenzschicht des flüssigen biopharmazeutischen Produkts nahe der Innenwände des Kryokonservierungsfläschchens unbeweglich zu machen, wodurch Konvektionseffekte reduziert oder ausgeschlossen werden. Zusätzlich bewirkt die keimbildende Struktur die Senkung der lokalen Temperatur der relativ unbeweglichen Klumpen von Medienmolekülen.
1 zeigt weiterhin, wie die erfindungsgemäße keimbildende Struktur diese Ziele erreichen kann.
Ein Temperaturgradient bildet sich im Bereich 108 (in der Flüssigkeitsphase), was zu lokalem Unterkühlen in oder nahe der keimbildenden Struktur 114 führt. Die Menge der Masse des biopharmazeutischen Produkts, das durch das Unterkühlen in dem gesamten Volumen des Kryokonservierungsfläschchens beeinflusst wird, ist gegenüber Behältern ohne keimbildende Struktur wesentlich verringert. Vorzugsweise ist die so beeinflusste Menge der Masse des Produkts im wesentlichen auf das in und um die keimbildende Struktur herum befindliche pharmazeutische Produkt beschränkt. Tatsächlich zeigen Ablesungen der Temperaturgröße der Masse innerhalb des Kryokonservierungsfläschchens keinerlei Unterkühlungseffekte. Folglich bleibt die Flüssigkeitstemperatur in dem Kryokonservierungsfläschchen bei nahe 0°C, ähnlich zur Temperatur der im Kryokonservierungsbehälter enthaltenen Kryokonservierungsflüssigkeit.
Der Temperaturgradient fördert die Bildung von Eiskristallen an der kalten Wand und ihr Wachstum in der Form von Dendriten. Die dendritische Front bildet sich innerhalb des Kryokonservierungsfläschchens, und ihre Position stimmt mit der Position der Erstarrungs-Front außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens überein. Beide Fronten bewegen sich dann zusammen entlang des Kryokonservierungsfläschchens, bis das Ende des Kryokonservierungsfläschchens erreicht ist (das gesamte im Fläschchen befindliche Produkt erstarrt). Das Kryokonservierungsfläschchen kann zwischen zwei sich nähernden festen Fronten platziert werden, dann findet das Gefrieren im Kryokonservierungsfläschchen von mehr als einer keimbildenden Struktur aus statt und erfolgt in etwa an einem mittigen Punkt des Kryokonservierungsfläschchens. Die Erstarrungs-Fronten können sich an mittigen Punkten außerhalb und innerhalb der Kassette treffen. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Kryokonservierungssystem das Gefrieren in einem großen Flüssigkeitsvolumen unter Verwendung von sehr wenig Produkt nachbilden.
Viele verschiedene Querschnittsgeometrien sind für das erfindungsgemäße Kryokonservierungsfläschchen geeignet. Die 2A–D zeigen verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kryokonservierungsfläschchen, die aufweisen: eine Kryokonservierungsbehälter-Wand 202, eine Gefrier-Front 204, und Kryokonservierungsfläschchen 208, 210, 212 und 214, die keimbildende Strukturen 218, 220, 222, 224, 226 und 228 enthalten. Bei diesen Ausführungsformen ist jedes der Kryokonservierungsfläschchen 208, 210, 212 und 214 in die Gefrier-Front 204 eingebettet, die durch die Abkühleffekte der Kryokonservierungsbehälter-Wand 202 erzeugt wird. Die keimbildenden Strukturen 218, 220, 222, 224, 226 und 228 dienen dazu, das erfindungsgemäße lokale Unterkühlen einzuleiten.
Kryokonservierungsfläschchen mit Querschnittsgeometrien, die mehr als eine keimbildende Struktur aufweisen, können bei der Realisierung dieser Ausführungsform nützlich sein. Mehrere keimbildende Strukturen oder mehrere Punkte, an denen Fläschchenwände lokal benachbart Nähe sind, können verwendet werden, um den Gefriervorgang in dem Kryokonservierungsfläschchen zu beschleunigen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die bei einem erfindungsgemäßen Kryokonservierungsfläschchen zur Verfügung stehende Anzahl von keimbildenden Strukturen von eins bis ca. einhundert betragen, noch bevorzugter von ca. zwei bis ca. 10. Beispielsweise können die in den 2A–D gezeigten Geometrien verwendet werden. Eine Darstellung hiervon ist in der 3A gezeigt. Das Kryokonservierungsfläschchen 300 hat einen Querschnitt, der dem Querschnitt des Kryokonservierungsfläschchens 210 ähnlich ist, wobei die keimbildenden Strukturen 302 und 304 in die Gefrier-Fronten 306 und 308 eingebettet sind, die sich in die durch die Pfeile 310 und 312 vorgegebenen Richtungen vorwärtsbewegen. Wie in der 3B gezeigt ist, ist die Länge der besonderen Ausführungsform des Kryokonservierungsfläschchens 300 im allgemeinen größer als die Breite. Weiterhin ist der Innenwinkel Alpha, der Winkel, der durch die keimbildende Struktur 302 gebildet wird, vorzugsweise kleiner als ca. 90°. Die 3C zeigt einen isometrischen Aufriss des Kryokonservierungsfläschchens 300 mit dem in den 3A–B gezeigten Querschnitt.
Der Körper, aus dem das erfindungsgemäße Kryokonservierungsfläschchen besteht, sollte horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweisen, z.B. sollte die Länge der Körperachsen wesentlich unterschiedlich sein, so dass ein proximales Ende und ein distales Ende definiert wird. Das distale Ende ist von einem Mittelpunkt des Kryokonservierungsfläschchens distal (z.B. die Enden eines Ovals oder die Punkte eines Sterns). Die längliche Form des Körpers erzeugt gegenüber dem Innenvolumen des Kryokonservierungsfläschchens einen großen Wandoberflächenbereich. Dieser Oberflächenbereich wird für die Wärmeübertragung verwendet, die die Innenflüssigkeitstemperatur stabil und nahe an der Außenflüssigkeitstemperatur hält (kein Unterkühlen der Innenflüssigkeit). Das Längenverhältnis der Achsen liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1,3:1 bis ca. 450:1, noch bevorzugter zwischen ca. 8:1 und ca. 26:1. Die Entfernungen zwischen den Innenwänden entlang der längeren Achse bewegen sich vorzugsweise zwischen ca. 0,1 mm und ca. 500 mm, noch bevorzugter zwischen ca. 5 mm und ca. 35 mm. Das Längenverhältnis der keimbildenden Struktur zur Längsachse des Kryokonservierungsfläschchens liegt vorzugsweise in einem Bereich von ca. 1:1 (beispielsweise eine dreieckige Form des Fläschchens) über ca. 1:2 (beispielsweise eine Rautenform) bis hin zu ca. 1:500.000 (beispielsweise leichte Wellen an der Endwand des Fläschchens). Ein noch bevorzugterer Bereich dieses Verhältnisses liegt zwischen ca. 1:2 und ca. 1:800.
Die erfindungsgemäßen keimbildenden Strukturen können eine Vielzahl von Formen aufweisen. Im allgemeinen sind die erfindungsgemäßen keimbildenden Strukturen an wenigstens ein distales Ende des Körpers gekoppelt. Beispielsweise können die keimbildenden Strukturen in einer konvexen Ausdehnung vom Körper ausgestaltet und vorzugsweise einer ankommenden festen Front gegenüberstehend angeordnet sein. Die Ausdehnungen können eine Vielzahl von Formen aufweisen. Beispielweise können die keimbildenden Strukturen in der Form von einzelnen oder mehreren engen Nuten, vorzugsweise mit konvexen Ecken, vorliegen. Diese Ecken können verschiedene Winkel aufweisen, vorzugsweise von ca. 0,01° bis ca. 90°, noch bevorzugter von ca. 5° bis ca. 40°. Bei einer bevorzugten Ausführungsform soll eine prinzipielle Ausgestaltung der keimbildenden Struktur einen Punkt lokaler Nähe schaffen (bis zu und einschließlich eines Kontaktpunkts, wobei die beiden Oberflächen, die sich treffen, am Kontaktpunkt einen im wesentlichen spitzen Winkel beschreiben), an dem noch einiges Medium lokal unterkühlt werden kann, ohne das Unterkühlen der Masse des Volumens des Mediums in dem Kryokonservierungsfläschchen auszulösen.
Bei bestimmten Ausführungsformen können die keimbildenden Strukturen so ausgestaltet sein, dass die Innenwände der keimbildenden Strukturen in lokaler Nähe des Spitzenhohlraums positioniert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die keimbildende Struktur einen oder mehrere Punkte lokaler Nähe auf, noch bevorzugter zwei oder mehr Punkte lokaler Nähe. Solche Bereiche lokaler Nähe können eine Quelle von Gefrierkeimen mit relativ sehr geringem lokalem Unterkühlen in der umgebenden Flüssigkeit werden, während der Rest der Medien nicht unterkühlt wird, z.B. kann das Unterkühlen nur in der keimbildenden Struktur des Kryokonservierungsfläschchens stattfinden. Genauer gesagt, kann das Unterkühlen nahe des Punkts lokaler Nähe konzentriert werden. Die Punkte lokaler Nähe können dadurch geschaffen werden, dass die Innenseiten der Fläschchenwand in Ausdehnungen (Nippel), die einander gegenüberliegend angeordnet sind, eingeformt werden, vorzugsweise so, dass die Spitzen ihrer Innenflächen zwischen ca. 0,001 mm und ca. 5,0 mm, noch bevorzugter zwischen ca. 0,04 mm und ca. 0,5 mm, auseinanderliegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Wände so nahe beieinander liegen, dass, wenn während des Einbettens der keimbildenden Struktur in die feste Front ein Biegen der Wände des Kryokonservierungsfläschchens erfolgt, die Wände, die sich in lokaler Nähe zueinander befinden, in tatsächlichen Kontakt miteinander bewegt werden.
Die Wärmeleitung durch die Wände verursacht, dass diese Nippel kalte Stellen sind, und die Nähe ihrer Spitzen verursacht die Bildung eines lokal unterkühlten mikroskopischen Bereichs zwischen den Spitzen. Dieser Bereich wird zu einer keimbildenden Stelle für die ersten Eiskristalle. Bei der Bildung dieser ersten Eiskristalle füllt sich die keimbildende Struktur mit Eiskristallen, die weiter wachsen und dem Temperaturgradienten, der zwischen einem distalen Teil des Körpers und dem Rest des Fläschchenvolumens gebildet wird, folgen. Die Eiskristalle bilden eine dendritische Kristall-Front, die sich zusammen mit der dendritischen Kristall-Front außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens bewegt (das Fläschchen wird durch extern erstarrende Substanzen eingebettet).
Beispielhafte Geometrien für keimbildende Strukturen, die Punkte lokaler Nähe aufweisen, sind in den 4A–V gezeigt. Die 4A–K, M und P zeigen erfindungsgemäße keimbildende Strukturen, die nur mit distalen Enden eines Körpers verbunden sind, aus dem ein Kryokonservierungsfläschchen besteht. In den 4A–K besitzen die keimbildenden Strukturen wenigstens einen Punkt lokaler Nähe. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, z.B. bei der in der 4F gezeigten Ausführungsform, weist die keimbildende Struktur zwei oder mehrere Punkte lokaler Nähe auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen des Spitzendetails können die Wellen und Nippel einen einzigen oder mehrere Kontaktpunkte bilden, beispielsweise zwei Nippel, die sich nahe der Spitze des Kassettenendes befinden, um die erste keimbildende Zone zu bilden, wie in den 4L–N gezeigt ist. Verschiedene Ausführungsformen mehrerer keimbildender Strukturen, die an einzelne Körper gekoppelt sind, sind in den 4N–O und 4Q–V gezeigt.
Die Konstruktion der keimbildenden Strukturen an dem Körper kann vielfältiger Art sein. Beispielsweise kann die äußere Oberfläche der keimbildenden Struktur durch Wellen, eckige Vorsprünge, etc. erweitert sein, um die Wärmeübertragung zwischen der keimbildenden Struktur und der äußeren erstarrenden Kryokonservierungsflüssigkeit zu erhöhen.
Das erfindungsgemäße Kryokonservierungsfläschchen ist so ausgestaltet, dass es angemessene Bedingungen zum Testen biopharmazeutischer Produkte bereitstellt. Es kann sterilisiert sein (unter Verwendung von Dampf oder anderen herkömmlichen Techniken) und kann während des Testens versiegelt bleiben (aseptische Bedingungen können beibehalten werden), um so biologische Produktminderung, beispielsweise durch Proteasen oder Verschmutzung, zu verhindern.
Das tieftemperatur-stabile Material ist mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel und weist Kompatibilität mit der Kryokonservierungsflüssigkeit im flüssigen und gefrorenen Zustand auf. Wichtige Eigenschaften, die die Kompatibilität des tieftemperatur-stabilen Materials mit biopharmazeutischen Produkten beeinflussen, sind beispielsweise ein Mangel an Auslaugen biotoxischer Zusammensetzungen, minimaler biologischer Abbau, minimale Oberflächeninteraktionen mit dem Produkt auf molekularer (Beispiel: Bildung von Wasserstoffverbindungen, molekulare Adsorption), mikroskopischer (Beispiel: Adsorptionsbindungserleichterung durch Oberflächenrauhigkeit) und makroskopischer (Beispiel: Sprünge, Ansammlung biologischer Substanzen) Ebene, sowie chemische Widerstandsfähigkeit (gegenüber Reinigungsmitteln, Lösungspuffern, etc.). Das Fehlen bzw. wesentliche Fehlen bestimmter Bestandteile (beispielsweise Kupfer oder Schwermetalle) ist bevorzugt, um biologische Moleküldenaturierung oder Chelierung zu verhindern.
Verschiedene Polymere können als tieftemperatur-stabiles Material verwendet werden, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, Polystyrol, Polyäthylen oder Polypropylen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können Oberflächenbehandlungen an der Oberfläche des Kryokonservierungsfläschchens für biopharmazeutische Produkte angewandt werden, beispielsweise um die Adsorption biologischer Moleküle oder Zellen zu reduzieren (z.B. kann eine RF-Plasmabehandlung an der Oberfläche des Fläschchens angewandt werden). Hydrophile Beschichtungen können an der Oberfläche des Fläschchens die Adsorption und Denaturierung des biopharmazeutischen Produkts wesentlich verringern.
Das erfinderische Kryokonservierungsfläschchen weist eine Wandstärke auf (anders als die keimbildende Struktur, die eine andere Wandstärke haben kann), die, bestimmt durch die Strukturstärke und die Fläschchenintegrität, eine niedrigere Grenze aufweist (z.B. eine Polymerschicht, die eine funktional adäquate Strukturstärke und Fläschchenintegrität aufweist). Vorzugsweise sollte diese Stärke wenigstens ca. 0,001 mm, noch bevorzugter wenigstens ca. 0,05 mm, betragen. Die maximale Stärke der Fläschchenwand ist nicht zwingend begrenzt; vorzugsweise kann die maximale Stärke der Fläschchenwand ca. 150 mm, noch bevorzugter ca. 30 mm, betragen. Das Verhältnis der Stärke der Fläschchenwand zur Stärke des Fläschcheninneren kann zwischen ca. 20:1 bis ca. 1:500.000, bevorzugt zwischen ca. 5:1 und ca. 1:50.000 liegen. Die Stärke der Wände der keimbildenden Strukturen kann geringer, gleich oder größer sein als die Stärke der vorgenannten verbleibenden Fläschchenwände. Wenn die Wärmeleitfähigkeit des Fläschchenmaterials geringer ist, als die des gefrorenen Mediums und/oder der Kryokonservierungsflüssigkeit, so sind dünnere Wände der keimbildenden Strukturen bevorzugt: Ebenso können, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials grö ßer ist, als die des gefrorenen Mediums und/oder der Kryokonservierungsflüssigkeit, dickere Wände verwendet werden.
Zusätzlich zu Biokompatibilität, mechanischer Stärke und chemischer Widerstandsfähigkeit besitzt das Fläschchenmaterial vorzugsweise bestimmte Eigenschaften, die mit seiner Anwendung für Gefrier- und Auftauvorgänge verbunden sind. Wärmeleitfähigkeit und/oder spezifische Wärme des Kryokonservierungsfläschchens werden vorzugsweise so gewählt, dass sie im wesentlichen denen des gefrorenen Mediums, das das biopharmazeutische Produkt enthält, und/oder der Kryokonservierungsflüssigkeit ähnlich sind. Häufig enthält die Kryokonservierungsflüssigkeit hauptsächlich Wasser, so dass die gefrorene Kryokonservierungsflüssigkeit Eigenschaften aufweist, die denen von Eis ähnlich sind (die Wärmeleitfähigkeit von Eis liegt bei ungefähr 2,25 [W/m K] bei 0°C und 3,94 [W/m K] bei –95°C; die spezifische Wärme von Eis ist 2,261 bzw. 1,172 [kJ/kg K]).
Die bevorzugte spezifische Wärme für Beispiele geeigneter tieftemperatur-stabiler Materialien ist (jeweils in [kJ/kg K]): Polyäthylen (bei 200 K): 1,11; Polypropylen (bei 200 K): 1,132; Polystyrol (bei 300 K): 1,223; Polytetrafluoräthylen (bei 200 K): 0,6893; Nylon-66 (bei 230 K): 1,139. Bevorzugte Wärmeleitfähigkeiten für geeignete tieftemperatur-stabile Materialien sind (jeweils in [W/m K]): Nylon-12: 0,25; Nylon-6 (Pressteile): 0,24; Nylon-6,12: 0,22; Polykarbonat: 0,20; Polyester (gegossen): 0,17; PEEK 0,25; PET: 0,15; PVC (starr): 0,21; Teflon: 0,25. Rostfreier Stahl als Material für die Fläschchenwand hat eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 16 [W/m K]. Verbundstoffe, Glas, Keramik und Metalle und ihre Legierungen können als tieftemperatur-stabiles Material verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmeleitfähigkeit der Fläschchenwände bevorzugt nicht wesentlich höher, als diejenige des biopharmazeutischen Produkts und der Kryokonservierungsflüssigkeit. Ist die Wärmeleitfähigkeit der Fläschchenwände höher, so können die Seitenwände als wärmeleitende eckige Vorsprünge fungieren, die veranlassen, dass das Gefrieren an den Seiten der Wände weit vor den Gefrier-Fronten in dem Medium und in der Kryokonservierungsflüssigkeit stattfindet. Ein derartiger „Vorsprungs-Effekt" fördert, dass die innere feste Front im Fläschchen nach vorne gezogen wird. Dies kann rostfreien Stahl und Metalle bei gewissen Anwendungen für Seitenwände des Fläschchens weniger erwünscht machen.
Die Spitzen des Kryokonservierungsfläschchens, die die keimbildende Struktur und einen Teil der Wand des Kryokonservierungsfläschchens nahe der keimbildenden Struktur enthalten, können aus demselben Material hergestellt werden, wie die Seitenwände, oder können aus einem Material höherer Wärmeleitfähigkeit (z.B. ähnlich des gefrorenen Produkts und der Flüssigkeit, oder höher) hergestellt werden. Wenn die Fläschchenspitzen eine dem gefrorenen Medium und der Kryokonservierungsflüssigkeit ähnliche Wärmeleitfähigkeit aufweisen, kann der Wärmefluss durch die Fläschchenspitzen gleichmäßiger erfolgen. Eine derartige Anordnung fördert das Gefrieren des Mediums, das das biopharmazeutische Produkt enthält, mit minimalem Wandeffekt, d.h. das Medium gefriert mit im wesentlichen derselben Geschwindigkeit wie die Kryokonservierungsflüssigkeit Die Fläschchenspitzen können beispielsweise aus Metallen (wie rostfreiem Stahl oder Titan) oder aus Verbundstoffen oder gefüllten Polymeren (wie mit Pulver aus rostfreiem Stahl gefülltem Epoxid oder mit Aluminiumpulver gefülltem Epoxid, oder mit Graphitfaser gefülltem PET) hergestellt werden.
Die Verwendung von Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit in den Fläschchenspitzen kann, verglichen mit der gefrorenen Kryokonservierungsflüssigkeit, einen erhöhten Wärmewiderstand der Fläschchenwand hervorrufen und so das Wachstum der festen Front in dem Kryokonservierungsfläschchen beeinträchtigen. Die Konfiguration der Fläschchenspitze vereinfacht nicht nur die Eiskistall-Keimbildung, sondern kann auch den Wärmefluss von der äußeren Gefrierflüssigkeit auf die Endwand des Fläschchens fokussieren, um einen Ausgleich für die niedrigere Wärmeleitfähigkeit der Fläschchenwand herzustellen. Weiterhin können die Spitzen so ausgestaltet werden, dass sie, wenn erwünscht, den Wärmefluss von den Kühloberflächen ablenken. Auf diese Weise können die Fläschchenspitzen so konfiguriert werden, dass die Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit zwischen der Kryokonservierungsflüssigkeit, der Wand des Kryokonservierungsfläschchens, den Spitzen des Kryokonservierungsfläschchens, den keimbildenden Strukturen und dem Medium, das das biopharmazeutische Produkt enthält, teilweise oder im wesentlichen kompensiert werden.
Beispiele für Fläschchenfokussierspitzen, die dazu dienen, den Wärmefluss (vorzugsweise an den keimbildenden Strukturen) zu fokussieren, sind in den 5A–I gezeigt. Die 5A–B zeigen Fläschchenfokussierspitzen, die externe Wärmeübertragungsvorsprünge aufweisen, die einen Radius (5A) oder einen Winkel (5B) beschreiben, die größer sind, als ein von den Innenwänden des Kryokonservierungsfläschchens gebildeter Innenwinkel. Der Unterschied zwischen dem externen Radius oder Winkel und dem Innenwinkel dient dazu, den Wärmefluss zu fokussieren. Die 5C zeigt eine Flächchenfokussierspitze, bei der ein Teil der Spitzenwand eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer oder gleich ist wie die der umgebenden Kryokonservierungsflüssigkeit. Diese Konfiguration führt zu einer Fokussierung des Wärmeflusses. Die in der 5D gezeigte Ausführungsform hat eine ähnliche Struktur wie die in der 5C gezeigte Ausführungsform, außer dass sich in der Fläschchenspitze ein kleiner Spalt bzw. Zwischenraum befindet, wobei der Spalt mit dem Innenraum des Kryokonservierungsfläschchens in Verbindung steht. Der Wärmefluss wird fokussiert, wenn die Spitzenwandstärken 502 und 504 größer sind, als die Spitzenstärke 506. Die 5E zeigt eine weitere Konfiguration, bei der die externen Wärmeübertragungsvorsprünge zur Fokussierung des Wärmeflusses verwendet werden. Die 5F zeigt eine Konfiguration, bei der interne Wärmeübertragungsvorsprünge verwendet werden, um den Wärmefluss zu fokussieren. Die 5G–H zeigen, wie externe Wärmeübertragungsvorsprünge dazu dienen können, den Wärmefluss zu fokussieren. Die ankommende feste Front 508 bewegt sich mit vorgegebener Geschwindigkeit. Zwischen den Fokussierungsvorsprüngen bewegen sich die Fronten 510 und 512 jedoch schneller, als die feste Front 508, so dass der Wärmefluss fokussiert wird. Die 5I zeigt, wie externe und interne Fokussierungsvorsprünge zu einer einzigen Fläschchenfokussierspitze kombiniert werden können.
Externe Vorsprünge können verwendet werden, um, zusätzlich zu der möglichen, oben erläuterten Fokussierungsrolle, den Wärmefluss abzulenken. Beispiele für Fläschchenablenkungsspitzen, die dazu dienen, den Wärmefluss abzulenken, sind in den 6A–E gezeigt. In den 6A–E beschreiben die Fläschchenablenkungsspitzen externe Wärmeüberttagungsvorsprünge, die von der ankommenden festen Front 602 weg und von dem Kryokonservierungsfläschchen nach außen zeigen. Diese Konfiguration dient dazu, den Wärmefluss, der mit der festen Front 602 assoziiert ist, vom Rest des Kryokonservierungsfläschchens, mit dem die Fläschchenablenkungsspitze verbunden ist, abzulenken.
Wie in der 7A gezeigt ist, kann bei einer bevorzugten Ausführungsform das Kryokonservierungsfläschchen 700 einen Rand 702 um die Bodenkante herum aufweisen, um einen Luftraum zu bilden, wenn es erstmals nach unten in die Kryokonservierungsflüssigkeit eingetaucht wird. Dieses Merkmal hat die Tendenz, die Wärmeübertragung vom Boden nach oben zu reduzieren. Der Luftraum kann auch das Herausnehmen des Kryokonservierungsfläschchens nach oben erleichtern, weil der Boden im Verlauf des Gefriervorgangs weniger an der darunter befindlichen erstarrten Masse anhängt. Die 7B–C zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei der das Herausnehmen des Kryokonservierungsfläschchens 704 aus der gefrorenen Kryokonservierungsflüssigkeit durch eine verjüngte Form des Fläschchens – beispielsweise eine Querschnittserweiterung in Richtung des erwünschten Herausnehmens – erleichtert werden kann. Diese Verjüngung ist aus der 7B ersichtlich, die einen Seitenaufriss des Kryokonservierungsfläschchens 704 darstellt, bei dem der untere Querschnitt 706 kleiner ist, als der obere Querschnitt 708. Die 7C zeigt einen Querschnitt des Kryokonservierungsfläschchens 704 mit verjüngter Form, sowie die Position des Mediums 710 und der Kryokonservierungsflüssigkeit 712. Das Kryokonservierungsfläschchen der 7D zeigt eine Kombination der Ausführungsform mit Rand und der Ausführungsform mit verjüngter Form in dem Kryokonservierungsfläschchen 716. Das Kryokonservierungsfläschchen 716 enthält ein Medium 718 und befindet sich in der Kryokonservierungsflüssigkeit 720. Der Rand 702 beschreibt einen Luftraum 714 mit der vorstehend angegebenen Funktion.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Kryokonservierungsfläschchen aus dem gefrorenen äußeren Material herausgenommen und nach Probenentnahme eines Teils des gefrorenen Mediums, das das biopharmazeutische Produkt enthält, sogar wieder eingesetzt werden. Bei derartigen Ausführungsformen kann das Kryokonservierungsfläschchen unter Verwendung der vorgenannten verjüngten Formen und/oder einer Oberflächenbehandlung der Außenflächen des Kryokonservierungsfläschchens, die mit dem gefrorenen Kryokonservierungs-Medium in Kontakt stehen, geformt werden (beispielsweise durch Aufbringen einer Teflon-Beschichtung, Anwenden einer RF-Plasmabehandlung, etc.). Das Fläschchen kann auch in ein Nest eingesetzt werden, wie es in den 8A–B gezeigt ist. Die 8A zeigt das Nest 802, das aus einem ähnlichen oder einem anderen Material hergestellt sein kann, wie das Kryokonservierungsfläschchen. Die 8B zeigt das Nest 802 im Betrieb. Das Nest 802 wird in die Kryokonservierungsflüssigkeit 804 eingesetzt. Das Kryokonservierungsfläschchen 806, das das Medium 808 enthält, wird in das Nest 802 eingesetzt. Das Nest 802 kann in der gefrorenen Kryokonservierungsflüssigkeit 804 eingebettet bleiben, während das Fläschchen 806 herausgenommen und später wieder in das Nest 802 eingesetzt werden kann. Die innere Form des Nests 802 stimmt vorzugsweise im wesentlichen mit den Außenabmessungen des Fläschchens 806 überein, was ein enges Einsetzen des Kryokonservierungsfläschchens 806 in das Nest 802 erlaubt und unerwünschte Luftisolierungsräume, etc. reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Spitzen (d.h. die Endwände) des Nests so ausgestaltet sein, dass der Wärmefluss ähnlich wie bei den oben beschriebenen wärmeflussfokussierenden Fläschchenendstrukturen fokussiert wird. Jeder Zwischenraum zwischen der inneren Wand des Nests und der äußeren Wand des Kryokonservierungsfläschchens kann mit einem wärmeleitenden Verbundstoff (beispielsweise einem mit Metallpulver gefüllten Silikonfett) aufgefüllt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Abmessungen des Fläschchens und seines Nests durch Verwenden sehr enger Maßtoleranzen aneinander angepasst werden, die so eng sind, dass der wärmeleitende Verbundstoff nicht benötigt wird, um einen im wesentlichen gleichmäßigen Wärmefluss durch das Fläschchen und die Nestwände zu erhalten.
Anstelle eines Nests mit freitragenden Wänden gibt es auch andere Versionen von Einsätzen, die in dem gefrorenen äußeren Material eingebettet bleiben, während das Fläschchen herausgenommen und wieder eingesetzt werden kann. Beispielsweise wird eine versiegelte Tasche, die aus einer Teflon-, Polyester- oder Polyamidschicht hergestellt ist und in die die Fläschchenoberfläche dicht eingebettet ist (es befinden sich keine Luftblasen oder flüssige Tröpfchen zwischen der Fläschchenwand und der Wand dieser Taschenschicht), in die äußere Gefrierflüssigkeit eingesetzt. Da die Tasche die Form des Fläschchens annimmt, entsteht in dem gefrorenen Außenmaterial des Bodenteils des Fläschchens, das mit der Polymerschicht überzogen ist (den Taschenwänden), ein Hohlraum. Das Fläschchen kann somit aus diesem Hohlraum herausgenommen und, wenn nötig, wieder eingesetzt werden. Der Wärmefluss und die Temperaturverformung, die um das Fläschchen herum nur von dieser Polymer schicht erzeugt werden, können, unter Berücksichtigung des wesentlichen Fehlens von Luftblasen oder gefrorenen Flüssigkeitstropfen, unbedeutend sein. Die verwendete Schicht kann auch aus einem Material hergestellt sein, das bei den bei diesem Vorgang angewendeten niedrigen Temperaturen (bis zu –80 bis –90°C) flexibel bleibt, z.B. einem Silikonelastomer. Ein Elastomer zur Einmalverwendung kann eingesetzt werden, wenn kein Wiedereinsetzen des Fläschchens in das gefrorene äußere Material erfolgt.
Die Ähnlichkeit des dendritischen Kristallwachstums außerhalb und innerhalb des Fläschchens hängt in gewissem Umfang von den Temperaturgradienten in dem Kryokonservierungsfläschchen und in dem Kryokonservierungsbehälter im allgemeinen ab. Bevorzugt sind die Temperaturgradienten innerhalb des Kryokonservierungsfläschchen-Volumens und innerhalb des Raums, der als innerhalb des Kryokonservierungsbehälters, aber außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens definiert ist, ähnlich. Diese Ähnlichkeit der Temperaturgradienten kann dadurch weiter erhöht werden, dass die Wärmeleitfähigkeit des tieftemperaturstabilen Materials an die Wärmeleitfähigkeit der gefrorenen Kryokonservierungsflüssigkeit und des gefrorenen Mediums im wesentlichen angepasst wird. Das wesentliche Anpassen der Wärmeleitfähigkeiten ermöglicht es, dass sich die Gefrier-Fronten innerhalb und außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens gleichmäßiger ohne bedeutende Verformungen nahe der Wände des Kryokonservierungsfläschchens miteinander bewegen. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann die Wärmeleitfähigkeit des tieftemperatur-stabilen Materials niedriger sein, als die Wärmeleitfähigkeiten der gefrorenen Kryokonservierungsflüssigkeit und des gefrorenen Mediums.
Das hier beschriebene Fläschchen findet bei Kryokonservierungsvorgängen vielfältige Verwendung, insbesondere bei der Nachbildung viel größerer Prozesse in kleinem Maßstab. Einer der Bereiche, in denen das Fläschchen eingesetzt wird, ist das Gefrieren biologischer Substanzen in Gefriercontainern/-behältern, die viele große innenliegende Wärmeübertragungsflächen aufweisen. Bei derartigen Gefriersystemen müssen, abhängig von der besonderen Verwendung, die Beziehungen zwischen den Geschwindigkeiten der Gefrier-Fronten, dem interdendritischen Abstand, den Temperaturgradienten, der Temperaturveränderung der aktiv (und passiv – durch Wärmeleitung) gekühlten Oberflächen, dem Abstand zwischen den gekühlten Wärmeübertragungsoberflächen und der Produktzusammensetzung (Übergangs punkte, Temperaturwerte von Eutektika und Glaszuständen, fester Massegehalt und lösliche Konzentration, etc.) beibehalten werden.
Eine interessante Kontrollvariable bei der Durchführung des Gefriervorgangs in diesen Kammern und in dem Fläschchen ist beispielsweise der Wärmeentzug aus dem Kryokonservierungsbehälter (d.h. der Wärmefluss aus dem Kryokonservierungsbehälter). Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann diese Wärme unter Verwendung von Kühloberflächen auf gesteuerte Weise und/oder variabel entzogen werden. Das Variieren des Wärmeentzugs kann den Abstand zwischen Dendriten innerhalb des Kryokonservierungsbehälters (der das von einem oder mehreren erfindungsgemäßen Kryokonservierungsfläschchen eingenommene Volumen enthalten kann) variieren, die an der Vorderkante einer festen Front oder innerhalb einer festen Front gebildet werden. Das Variieren des dendritischen Abstands kann aus Gründen, die an einer anderen Stelle der vorliegenden Anmeldung diskutiert werden, nützlich sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Wärme aus dem Kryokonservierungsbehälter mit einer Geschwindigkeit entzogen, die variiert, um den interdendritischen Abstand an einer Kante oder innerhalb einer festen Front zu variieren, wobei die feste Front innerhalb des Kryokonservierungsbehälters angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann, wie in der 9 gezeigt ist, ein Steuersystem des Kryokonservierungssystems 900 für biopharmazeutische Produkte so arbeiten, dass eine Zunahme der Stärke 912 der festen Fronten des gefrorenen Mediums 910 und/oder der Kryokonservierungsflüssigkeit 906 mit einem erhöhten Wärmefluss durch die Kühloberflächen 904 (was wiederum zu einer erhöhten Temperaturantriebskraft führt – der Temperaturunterschied zwischen Kühlmitteln, die verwendet werden, um den Kryokonservierungsbehälter bei steileren Temperaturgradienten zu kühlen) aus dem Kryokonservierungsbehälter heraus gekoppelt ist. Diese Veränderungen im Wärmefluss aus dem Kryokonservierungsbehälter heraus können dazu verwendet werden, eine im wesentlichen konstante Temperaturantriebskraft über die feste Front beizubehalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Wärme mit einer Geschwindigkeit entzogen, die im wesentlichen eine Temperaturantriebskraft innerhalb des Kryokonservierungsbehälters beibehält, um eine im wesentlichen konstante Gefriergeschwindigkeit der festen Fronten 906 und/oder 910 innerhalb des Kryokonservierungsbehälters zu fördern. Dies kann eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit der Gefrier-Fronten fördern, schafft z.B. im wesentlichen gleichmäßige Konditionen für ungestörtes dendritisches Eiskristallwachstum, unabhängig von der Entfernung von der gekühlten Wärmeübertragungsoberfläche innerhalb des Gefriervolumens. Der Pfeil 908 gibt die Richtung des Voranschreitens der festen Fronten an. Die Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit 914 kann erhöht und/oder die Temperatur kann erniedrigt werden, um den Wärmefluss durch die Kühloberflächen 904 zu erhöhen.
Beispielsweise folgt, wenn der Abstand zwischen den Kühloberflächen 10 cm und der beizubehaltende Temperaturgradient 10°C/cm beträgt, der Temperaturabfall dem Muster von 0°C bis –50°C während des Gefrierens, gemäß der Bewegung der Gefrier-Fronten (z.B. wenn die Fronten ca. 3 cm von den Kühloberflächen des Kryokonservierungsbehälters entfernt sind, beträgt die Temperatur dieser Oberflächen ca. –30°C, und wenn die Fronten sich treffen, beträgt die Temperatur der Kühloberflächen ca. –50°C.
Die erfindungsgemäßen Kryokonservierungssysteme für biopharmazeutische Produkte werden innerhalb der Temperatur- und Erstarrungsgeschwindigkeitsbereiche betrieben, die ein gleichmäßiges Eiskristallwachstum und eine gleichmäßige Konzentration erstarrender aufgelöster Stoffe zwischen Eiskristallen in dem Kryokonservierungsflächchen fördern. Dies kann durch Steuerung des dendritischen Eiskristallwachstums erreicht werden. Das gesteuerte dendritische Eiskristallwachstum hängt vom Temperaturgradienten, von der Richtung des Wärmeflusses und von der begrenzten Unterkühlung an der dendritischen Spitze ab. Das gleichmäßige Wachstum dendritischer Eiskristalle über die Masse des Volumens des Mediums, das das biopharmazeutische Produkt enthält, hängt von der Beibehaltung des Temperaturgradienten bei der Geschwindigkeit des Wärmeentzugs aus dem Kryokonservierungsfläschchen (oder dem Kryokonservierungssystem für pharmazeutische Produkte, je nachdem, was zutrifft), abhängig von der wachsenden Stärke des erstarrten Materials, ab.
Ein derart gesteuertes Wachstum stellt eine Ähnlichkeit von Bedingungen zwischen dendritischen Eiskristallen sicher, bei denen gelöste Stoffe (einschließlich des biopharmazeutischen Produkts, das in dem Kryokonservierungsflächchen enthalten ist) dehydriert werden und in Glasform erstarren. Die Ähnlichkeit der Erstarrungsbedingungen umfasst eine interdendritische „breiige" Zone, in der die gelösten Stoffe konzentriert werden; die Temperatur in der interdendritischen Zone verringert sich, bis die Bedingungen des Glaszustands erreicht sind. Ein derartiger Glaszustand wird durch die Glasübergangstemperatur des Mediums und den Wasserstand im Glaszustand bestimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stehzeit der gelösten Stoffe (einschließlich eines biopharmazeutischen Produkts), wenn die dendritische Front-Geschwindigkeit auf einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit gehalten wird, über das gesamte Volumen des Kryokonservierungsfläschchens beibehalten, während die dendritische Front (und die damit verbundenen interdendritischen Zonen) sich über dieses Volumen bewegt. Die Bedeutung der Ähnlichkeit der Stehzeit gelöster Stoffe in der interdendritischen Zone vor der Erstarrung in einen Glaszustand ist, dass die gelösten Stoffe (einschließlich des biopharmazeutischen Produkts) vorzugsweise ähnlichen Bedingungen während des Übergangs vom verdünnten flüssigen Ausgangsprodukt in den Glaszustand ausgesetzt sind – z.B. ist die lokale Historie des biopharmazeutischen Produkts ähnlich (Zeit, Temperatur, Konzentration, etc.), unabhängig von seiner Position in dem Kryokonservierungsfläschchen-Volumen. Ähnliche oder im wesentlichen ähnliche Bedingungen des dendritischen Eiskristallwachstums können in dem Kryokonservierungsbehälter wie in einem Kryokonservierungssystem in großem Maßstab (d.h. auf Verfahrensebene) beibehalten werden.
Die erfindungsgemäßen Geschwindigkeiten der festen Front können sich von ca. 1 mm/h bis ca. 800 mm/h, vorzugsweise von ca. 6 mm/h bis ca. 140 mm/h, noch bevorzugter von ca. 12 mm/h bis ca. 70 mm/h, bewegen. Bevorzugt bewegt sich der Temperaturgradient in der festen Front von ca. 1 bis ca. 120°C/cm, bevorzugter von ca. 5 bis ca. 25°C/cm. Die Betriebstemperaturen für die erfindungsgemäßen Kryokonservierungssysteme und – verfahren für biopharmazeutische Produkte liegen zwischen ca. –1 bis ca. –200°C, bevorzugter zwischen ca. –20 bis ca. –200°C.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kryokonservierungsbehälter ist, dass sie das bei der Forschungs- und Entwicklungsarbeit einbezogene Produktvolumen minimieren. Die Verwendung der erfindungsgemäßen „Verkleinerungs"-Kryokonservierungssysteme ermöglicht ein schnelles Testen der Vielzahl biopharmazeutischer Produkte unter wechselnden Bedingungen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform spiegelt der Kryokonservierungsbehälter die bei Behältern für Gefrier- und Kryokonservierungsverfahren großen Maßstabs vorhandenen Geometrien wieder.
Wie in der 10 gezeigt ist, kann der Kryokonservierungsbehälter 1000 die Form einer einfachen länglichen rechteckigen Kammer mit Kühloberflächen 1008 aufweisen, die dazu dienen, die Kryokonservierungsflüssigkeit 1006 und das Medium 1004 (das in dem Kryokonservierungsfläschchen 1002 enthalten ist) zu kühlen und zu gefrieren. Bei anderen Ausführungsformen kann der Kryokonservierungsbehälter andere Formen aufweisen, z.B. eine quadratische oder eine runde/zylindrische Form, oder eine Form, wie sie im US-Patent Nr. 5,964,100 und in den US-Patentanmeldungen Nr. 08/895,777; 08/895,782; 08/895,936 und 09/003,283 offenbart ist. Derartige Konfigurationen können gewählt werden, um eine Ähnlichkeit der Gefriergeometrie mit der Kammer, die bei dem Verfahren in großem Maßstab verwendet wird und die nachgebildet wird, beizubehalten, einen ähnlichen Wärmefluss wie er in der Kammer für das Verfahren in großem Maßstab vorliegt, ähnliche Endbetriebstemperaturen und ähnliche Temperatursteuerungsschemen/-anordnungen (diese beinhalten die Steuerung der Temperaturantriebskraft derart, dass sie höher werden kann, während sich die feste Front durch den Kryokonservierungsbehälter von den aktiv gekühlten Oberflächen in dem Kryokonservierungsbehälter weg bewegt). Die Konfigurationen der Platzierung des Fläschchens in dem Behälter großen Maßstabs können den Temperaturgradienten entlang des gefrorenen Produkts und den zeitlichen Temperaturabfall an dem kurzen Ende/den kurzen Enden des Fläschchens sicherstellen.
Der Kryokonservierungsbehälter bildet vorzugsweise das Gefrieren und Auftauen biopharmazeutischer Produkte nach, wie es bei Verfahren großen Volumens vorkommt Im allgemeinen können die Kryokonservierungsbehälter aktive (durch das Kühlmittel gekühlte)Wärmeübertragungsoberflächen aufweisen, um den äußeren Wärmefluss zu erzeugen (Entzug der latenten Erstarrungswärme). Das Kühlen des Kryokonservierungsbehälters wird vorzugsweise durch eine oder mehrere Kühloberflächen erreicht Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die eine oder mehreren Kühloberflächen eine oder mehrere der Innenoberflächen des Kryokonservierungsbehälters auf. Die Abstände zwischen den Kühloberflächen des Kryokonservierungsbehälters hängen von dem angewandten Bereich des Temperaturgradienten ab. Vorzugsweise variieren die Abstände zwischen zwei oder mehreren Kühloberflächen zwischen ca. 0,1 mm und ca. 1.500 mm, bevorzugter zwischen ca. 1 mm und ca. 700 mm, am bevorzugtesten zwischen ca. 8 mm und ca. 500 mm.
Die Kryokonservierungsflüssigkeit ist typischerweise aus einer Anzahl von Bindemitteln, Produktstabilisatoren und Schutzverbindungen zusammengesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kryokonservierungsflüssigkeit im wesentlichen gleich mit der Zusammensetzung des in dem Kryokonservierungsfläschchen enthaltenen Mediums ohne das biopharmazeutische Produkt. Eine derartige Zusammensetzung fördert die Ähnlichkeit des dendritischen Eiskristallwachstums in dem Volumen des Kryokonservierungsfläschchens. Dies ist bevorzugt, weil die Ähnlichkeit der dendritischen Eiskristallbildung innerhalb und außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens zu verbesserten Nachbildungsergebnissen führt, die für Verfahren in großem Maßstab, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kryokonservierungssystems für biopharmazeutische Produkte entwickelt wurden, anwendbar sind. Erfindungsgemäß verwendete Kryokonservierungsflüssigkeiten beinhalten beispielsweise biologische Zellkühlschutzmittel (sowohl eindringende, z.B. Glycerol, Dimethylsulfoxid, Äthylenglykol, usw., und nicht eindringende, z.B. Hydroxyäthylstärke, Dextran, Polyvinylpyrrolidon, etc.), Verglasungsmittel oder Bestandteile biopharmazeutischer Arzneimittelzusammensetzungen (z.B. Oberflächenbehandlungsmittel, PEG, Kohlehydrate, Polyole, Aminosäuren oder sogar Proteine, die andersartig sind als das biopharmazeutische Produkt, das kryokonserviert werden soll). Die Kryokonservierungsflüssigkeit kann dieselben Flüssigkeiten (in Zusammensetzungen) enthalten, die in dem Medium gefunden werden, das das biopharmazeutische Produkt enthält, jedoch ohne den biologischen Bestandteil (Zellen, Zellfragmente, aktiver biopharmazeutischer Bestandteil), oder sie kann nur Wasser sein (z.B. destilliertes, entionisiertes und/oder hochreines Wasser). Zwischen diesen beiden Grenzen kann eine Vielzahl von Zusammensetzungen verwendet werden, z.B. Wasser und Salze (Puffer) (wie NaCl und Wasser, Ammoniumsulfat und Wasser, etc.), Wasser und Kohlehydrate (wie Saccharose in Wasser, oder Trehalose in Wasser), Wasser und Salze und Kohlehydrate (wie Wasser, NaCl und Saccharose), Wasser und PEG, Wasser und Detergens/Oberflächenbehandlungsmittel, und/oder Wasser und Puffer und Kohlehydrat und Oberflächenbehandlungsmittel. Die verwendeten Substanzen können Temperaturübergänge schaffen, die den Temperaturübergängen ähnlich sind, die in der biologischen Produktzusammensetzung auftauchen (z.B. kann eine Ähnlichkeit der Glasübergangstemperaturen beibehalten werden).
Erfindungsgemäße biopharmazeutische Produkte umfassen alle herkömmlichen biopharmazeutischen oder pharmazeutischen Substanzen. Bei bevorzugten Ausführungsformen können die biopharmazeutischen Produkte enthalten: biologische Makromoleküle wie z.B. Proteine/Enzyme, Peptide, DNA, RNA, Aminosäuren, Nukleinsäuren, Wachstumsfaktoren, Gerinnungsfaktoren, Antikörper, etc.; biologische Zellen oder Zellfragmente/-bestandteile, einschließlich Bakterien, Pilze, Hefe, Einzellenorganismen, Säugetier- (insbesondere menschliche) Zellen, Tierzellen, Pflanzenzellen, Organellen, Zellmembranen, Einschlusskörperchen, oder Teile von Gewebe und dergleichen; Virus-Substanzen; organische oder inorganische Moleküle oder Ionen einschließlich stabilisierender Salze oder Kohlehydrate, Antibiotika; oder Zellwachstumsmittel. Spezielle Beispiele enthalten Blut und Blutprodukte (rote und weiße Blutkörperchen, Plasma, menschliches Serumalbumin, etc.) und zwei oder mehrere Phasenemulsionen, die biologische oder pharmazeutische Substanzen enthalten.
Das Kryokonservierungsfläschchen ist in dem externen Gefriersystem vorzugsweise so platziert, dass der Wärmefluss von den aktiv gekühlten Oberflächen dieses Systems in etwa parallel zur Längsachse des Fläschchens ist. Diese Konfiguration reduziert das Unterkühlen der Masse des Produkts in dem Fläschchen und fördert in dem Fläschchen ähnliche Gefrierbedingungen, wie sie beim Gefrieren in einem Kryokonservierungssystem großen Maßstabs auftreten. Die Gefrier-Fronten bewegen sich innerhalb und außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens mit ähnlicher Front-Geschwindigkeit und ähnlichem dendritischem Eiskristallmuster. Diese Bedingungen fördern ähnliche Bedingungen des Produktgefrierens (z.B. Ähnlichkeit der Stehzeit zwischen Dendriten vor der Erstarrung, Ähnlichkeit der Konzentration gelöster Stoffe und der Temperaturverteilung unter den Dendriten (in der „breiigen" Zone), etc.) innerhalb und außerhalb des Fläschchens. Das gefrorene Endprodukt weist vorzugsweise eine ähnliche Verteilung der gelösten Stoffe über Entfernung und Temperaturgradienten auf, sowohl im Kryokonservierungsfläschchen als auch in dem Kryokonservierungsbehälter/-container großen Maßstabs.
Das Verhältnis von Fläschchenvolumen zu Kryokonservierungsbehälter-Volumen kann klein sein, z.B. um das Gefrieren in der Kryokonservierungsflüssigkeit beinahe als ein Gefrieren mit „unendlichem Volumen" zu betrachten. Die Tiefe, in der sich das biopharmazeutische Produkt in dem Fläschchen und in der Kryokonservierungsflüssigkeit befindet, bleibt jedoch vorzugsweise im wesentlichen ähnlich, um Wärmeleitfähigkeitseffekte in den Fläschchenwänden zu reduzieren (vertikale Wärmeflusseffekte in den Fläschchenwänden könnten auftreten, wenn die äußeren und inneren Flüssigkeitspegel wesentlich variieren).
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Kryokonservierungsfläschchen an die Länge des Kryokonservierungsbehälters angepasst sein (z.B. kann die Länge des Fläschchens ungefähr gleich dem Abstand zwischen den Kühloberflächen des Behälters sein), oder sie kann kürzer sein. Kürzere Fläschchen können in einer Position platziert werden, in der ihre Mitte mit der Platzierung in der Mitte zwischen den aktiv gekühlten Enden des Behälters in großem Maßstab übereinstimmt. Dann liegen die sich treffenden Gefrier-Fronten außerhalb des Fläschchens und innerhalb des Fläschchens sowohl in der Mitte des Fläschchens als auch in der Mitte des Behälters. Das Fläschchen kann auch so platziert werden, dass sein eines kurzes Ende mit der Mitte des Behälters in großem Maßstab übereinstimmt, und das andere Ende sich nahe einer der aktiv gekühlten Oberflächen des Behälters in großem Maßstab befindet. In dieser Konfiguration kann das Fläschchen vorzugsweise ungefähr die Hälfte des Abstands zwischen den aktiv gekühlten Oberflächen des Behälters in großem Maßstab abdecken. Der letzte Gefrierpunkt kann noch in der Mitte des Kryokonservierungsbehälters liegen, in dem Fläschchen liegt er jedoch an einem der Enden – eine derartige Konfiguration ist wegen der Symmetrie des Gefriervorgangs möglich (wenn sich zwei Gefrier-Fronten aufeinander zu bewegen).
Das Kryokonservierungsfläschchen ist vorzugsweise entlang des Wärmeflusspfads positioniert, z.B. auch im wesentlichen parallel zu dem Richtungsmuster dendritischer Eiskristalle (und im wesentlichen senkrecht zu der voranschreitenden Erstarrungs-Front). Die Position des Kryokonservierungsfläschchens parallel zu den dendritischen Kristallen fördert die Ähnlichkeit des Kristallwachstums innerhalb und außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens. Das gesteuerte dendritische Eiskristallwachstum, das für eine optimale Kryokonservierung biologischen Materials nützlich ist, kann nicht nur außerhalb des Fläschchens in der Kryokonservierungsflüssigkeit stattfinden (Gefrier-Front-Bedingungen wie paralleler Wärmefluss, Temperaturgradient und Front-Geschwindigkeit können hier beibehalten werden, um das gesteuerte dendritische Kristallwachstum zu fördern). Das Gefrieren im Inneren des Fläschchens folgt vorzugsweise eng dem Gefriermuster im Äußeren, z.B. gibt es eine Wär meflussrichtung, einen ähnlichen Temperaturgradienten und die ähnliche Front-Geschwindigkeit, und deshalb wird das parallele dendritische Kristallwachstum beibehalten. Das Kryokonservierungsfläschchen kann in dem Kryokonservierungsbehälter derart positioniert sein, dass es sich von einer aktiven Kühloberfläche zu einer anderen erstreckt, was ein Nachbilden des Gefrierens über das gesamte Gefriervolumen ermöglicht – dann treffen sich die Gefrier-Fronten innerhalb und außerhalb nahe der Mitte des Kryokonservierungsfläschchens. Die Ähnlichkeit der Gefrierbedingungen über das gesamte Gefriervolumen ermöglicht es auch, kürzere Kryokonservierungsfläschchen zu verwenden, die nur einen Teil des äußeren Gefrierpfads in dem Kryokonservierungsbehälter abdecken – das Produkt wird gefroren, wie der Teil des Produkts mit der Länge des Kryokonservierungsfläschchens in dem Kryokonservierungsbehälter gefrieren würde.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können sich mehrere Kryokonservierungsfläschchen in dem Kryokonservierungsbehälter befinden. Eine bevorzugte Konfiguration ist es, wenn die Längsachsen der Fläschchen im wesentlichen senkrecht zu den fest-flüssigen Grenzen der äußeren Gefrier-Front sind. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Fläschchen für rechteckige Behälter parallel angeordnet sein, oder fächerförmig, wenn der Kryokonservierungsbehälter rund ist, oder die Form eines Keils/Abschnitts eines Kreises aufweist, oder dreieckig ist, z.B. mit entsprechender Winkelbildung mit den Wänden benachbarter Fläschchen. Derartige Konfigurationen fördern ein annähernd paralleles Wachstum der Eiskristall-Dendriten innerhalb und außerhalb der Fläschchen. Die Abstände zwischen den Fläschchen betragen vorzugsweise das ca. 0,1-fache bis ca. 200-fache der Fläschchenbreite, bevorzugter das ca. 1-fache bis ca. 50-fache der Fläschchenbreite.
Bei bestimmten Ausführungsformen, bei denen der Kryokonservierungsbehälter beispielsweise eine runde oder quadratische Form hat, kann die Form des Gefrier-Fläschchens Körper in Kreuzform oder in Sternform mit mehreren Armen aufweisen, wobei die keimbildenden Strukturen an die distalen Enden der Körper gekoppelt sind. Bei solchen Ausführungsformen können die Gefrier-Fronten (rund oder quadratisch) von allen Fläschchenenden auf die Mitte zugehen. Nach der Einbettung der Fläschchenenden bewegen sich die Gefrier-Fronten zusammen innerhalb und außerhalb der Körper der Kryokonservierungsflächchen. Die Gefrier-Fronten können sich, von allen Armen ausgehend, in der Mitte des Fläschchens treffen. Dieses Gefriermuster kann die Konvergenz der Gefrier-Fronten in dem zylindrischen oder quadratischen Kroykonservierungscontainer simulieren. Winkel zwischen den Körpern können in diesen Fällen zwischen ca. 5 und ca. 90° liegen, bevorzugter zwischen ca. 30 und ca. 90°. Die Anzahl der Körper an einem erfindungsgemäßen Fläschchen kann zwischen ca. einem und ca. zwölf liegen. In bevorzugteren Ausführungsformen weisen die Fläschchen zwischen ca. zwei und ca. acht Körper auf. In den bevorzugtesten Ausführungsformen weisen die Fläschchen zwei oder sechs Körper auf.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Abänderungen und Abwandlungen bei den Aufheizgeräten, Systemen und Verfahren der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Abänderungen und Abwandlungen dieser Erfindung mitumfasst, wenn sie sich innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche und ihrer Äquivalente befinden.

Claims

Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte zum Kryokonservieren biopharmazeutischer Produkte, mit einem Kryokonservierungsbehälter; einer Kryokonservierungsflüssigkeit, die sich in dem Kryokonservierungsbehälter befindet; und einem Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte, das sich in dem Kryokonservierungsbehälter befindet, wobei das Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte einen Körper aufweist, der horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist, der die proximalen und distalen Enden des Körpers definiert, und wenigstens eine keimbildende Struktur, die mit wenigstens einem distalen Ende des Körpers verbunden ist, wobei die wenigstens eine keimbildende Struktur die Kryokonservierungsflüssigkeit kontaktiert, und wobei der Körper ein tieftemperatur-stabiles Material enthält, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 1, wobei der Kryokonservierungsbehälter eine oder mehrere Kühloberflächen aufweist.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 2, wobei die eine oder mehreren Kühloberflächen eine oder mehrere Innenoberflächen des Kryokonservierungsbehälters aufweisen.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 2 oder 3, wobei die eine oder mehreren Kühloberflächen eine oder mehrere Kühloberflächen aufweisen, die voneinander beabstandet sind.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 4, wobei der Abstand zwischen zwei oder mehreren voneinander beabstandeten Kühloberflächen zwischen ca. 0,1 mm und ca. 1.500 mm liegt.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kryokonservierungsflüssigkeit biologische Zellkühlschutzmittel, Verglasungsmittel, Bestandteile biopharmazeutischer Arzneimittelzusammensetzungen, destilliertes Wasser, Puffer, Kohlehydrate in Wasser, Salze und Kohlehydrate in Wasser, PEG in Wasser, oder Detergens/Oberflächenbehandlungsmittel in Wasser enthält
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 6, wobei die biologischen Zellkühlschutzmittel eindringende oder nicht eindringende Kühlschutzmittel enthalten
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 6, wobei die Verglasungsmittel oder Bestandteile biopharmazeutischer Arzneimittelzusammensetzungen Oberflächenbehandlungsmittel, PEG, Kohlehydrate, Polyole, Aminosäuren oder Proteine, die andersartig sind, als das biopharmazeutische Produkt, aufweisen.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte mehr als ein Kryokonservierungsfläschchen aufweist.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kryokonservierungsfläschchen ein Medium aufweist und das Medium das biopharmazeutische Produkt enthält.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 10, wobei die Kryokonservierungsflüssigkeit und das Medium ohne das biopharmazeutische Produkt in der Zusammensetzung identisch sind.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Material der Wände des Kryokonservierungsfläschchens aus der Gruppe bestehend aus Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polytetrafluoräthylen, Nylon-66, Nylon-12, Nylon-6, Nylon-6,12, Polykarbonat, Polyester, PEEK, PET, PVC, Teflon, rostfreiem Stahl, Verbundstoffen, Glas, Keramik, Metallen und deren Legierungen ausgewählt wird.
Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte mehr ale eine keimbildende Struktur aufweist.
Verfahren zum Kryokonservieren biopharmazeutischer Produkte, das aufweist: Bereitstellen eines Kryokonservierungsbehälters; Platzieren eines Kryokonservierungsfläschchens für biopharmazeutische Produkte in dem Kryokonservierungsbehälter, wobei das Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte einen Körper aufweist, der horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist, der die proximalen und distalen Enden des Körpers definiert, und wenigstens eine keimbildende Struktur, die mit wenigstens einem distalen Ende des Körpers verbunden ist, und wobei der Körper ein tieftemperatur-stabiles Material enthält, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist; Einbringen einer Kryokonservierungsflüssigkeit in einen Raum außerhalb des Kryokonservierungsfläschchens, aber innerhalb des Kryokonservierungsbehälters; und Entziehen von Wärme aus dem Kryokonservierungsbehälter, wodurch die Kryokonservierungsflüssigkeit gefriert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Kryokonservierungsfläschchen ein Medium enthält und das Medium das biopharmazeutische Produkt enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Kryokonservierungsflüssigkeit und das Medium identisch in der Zusammensetzung sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Wärme mit einer Geschwindigkeit entzogen wird, die eine Temperaturantriebskraft in dem Kryokonservierungsbehälter beibehält, um eine konstante Geschwindigkeit der Gefrier-Front in dem Kryokonservierungsbehälter zu fördern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Wärme mit einer Geschwindigkeit entzogen wird, die variiert, um einen interdendritischen Abstand an einer Kante oder innerhalb einer festen Front zu variieren, wobei die feste Front sich in dem Kryokonservierungsbehälter befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Kryokonservierungsbehälter eine oder mehrere Kühloberflächen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die eine oder mehreren Kühloberflächen eine oder mehrere Innenoberflächen des Kryokonservierungsbehälters aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die eine oder mehreren Kühloberflächen zwei oder mehrere voneinander beabstandete Kühloberflächen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Abstand zwischen zwei oder mehreren voneinander beabstandeten Kühloberflächen zwischen ca. 0,1 mm und ca. 1.500 mm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Kryokonservierungsflüssigkeit biologische Zellkühlschutzmittel, Verglasungsmittel, Bestandteile biopharmazeutischer Arzneimittelzusammensetzungen, destilliertes Wasser, Puffer, Kohlehydrate in Wasser, Salze und Kohlehydrate in Wasser, PEG in Wasser, oder Detergens/Oberflächenbehandlungsmittel in Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die biologischen Zellkühlschutzmittel eindringende oder nicht eindringende Kühlschutzmittel enthalten
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Verglasungsmittel oder Bestandteile biopharmazeutischer Arzneimittelzusammensetzungen Oberflächenbehandlungsmittel, PEG, Kohlehydrate, Polyole, Aminosäuren oder Proteine, die andersartig sind, als das biopharmazeutische Produkt, aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei das Kryokonservierungssystem für biopharmazeutische Produkte mehr als ein Kryokonservierungsfläschchen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, wobei die Kryokonservierungsflüssigkeit so platziert ist, dass sie die wenigstens eine keimbildende Struktur kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, wobei das Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte so in dem Kryokonservierungsbehälter platziert ist, dass die Längsachse des länglichen Querschnitts des Körpers des Kryokonservierungsfläschchens für biopharmazeutische Produkte im Winkel mit einer Gefrier-Front ausgerichtet ist, die durch Gefrieren der Kryokonservierungsflüssigkeit in dem Kryokonservierungsbehälter definiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 28, wobei das Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte mehr als eine keimbildende Struktur aufweist.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte mit: einem Körper, der horizontal zwischen der Oberseite und der Unterseite des Fläschchens einen länglichen Querschnitt aufweist, der die proximalen und distalen Enden des Körpers definiert, wenigstens einer keimbildenden Struktur, die mit wenigstens einem distalen Ende des Körpers verbunden ist, und wobei der Körper ein tieftemperatur-stabiles Material enthält, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 30, wobei das Kryokonservierungsfläschchen ein Medium aufweist und das Medium ein biopharmazeutisches Produkt enthält.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 30 oder 31, wobei das tieftemperatur-stabile Material, das mit biopharmazeutischen Produkten kompatibel ist, ein Polymer enthält.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 32, wobei das Polymer Polytetrafluoräthylen, Polystyrol, Polyäthylen oder Polypropylen enthält.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte gemäß einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei an einer Oberfläche des Kryokonservierungsfläschchens für biopharmazeutische Produkte Oberflächenbehandlungen durchgeführt wurden.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 30 bis 34, das weiterhin eine Fläschchenfokussierspitze aufweist, die mit dem wenigstens einen distalen Ende des Körpers verbunden ist, wobei die Fläschchenfokussierspitze die keimbildende Struktur enthält und dazu dient, den Wärmefluss von einer ankommenden festen Front zu fokussieren.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 35, wobei die Fläschchenfokussierspitze externe Wärmeübertragungs-Vorsprünge aufweist.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 35, wobei die Fläschchenfokussierspitze interne Wärmeübertragungs-Vorsprünge aufweist.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 30 bis 37, das weiterhin eine Fläschchenablenkspitze aufweist, die mit dem wenigstens einen distalen Ende des Körpers verbunden ist, wobei die Fläschchenablenk spitze die keimbildende Struktur enthält und dazu dient, den Wärmefluss von einer ankommenden festen Front von dem Kryokonservierungsflächchen abzulenken.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 30 bis 38, wobei die keimbildende Struktur eine oder mehrerer Punkte lokaler Nähe aufweist.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 39, wobei die keimbildende Struktur zwei oder mehrere Punkte lokaler Nähe aufweist.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 39 oder 40, wobei der eine oder die mehreren Punkte der Nähe Innenwandseiten des Kryokonservierungsfläschchens sind, die in einander gegenüberliegend angeordneten Ausdehnungen ausgebildet sind.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 41, wobei die internen Oberflächenspitzen der Ausdehnungen zwischen ca. 0,001 mm und ca. 1 mm voneinander beabstandet sind.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach Anspruch 42, wobei die internen Oberflächenspitzen der Ausdehnungen zwischen ca. 0,04 mm und ca. 0,5 mm voneinander beabstandet sind.
Kryokonservierungsfläschchen für biopharmazeutische Produkte nach einem der Ansprüche 30 bis 43, das mehr als eine keimbildende Struktur enthält.