DE60212680T2 - Vorrichtung und verfahren zum einfrieren und zur lagerung von biopharmazeutischem material - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum einfrieren und zur lagerung von biopharmazeutischem material Download PDF

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Description

  • QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität von US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 10/254,036, eingereicht am 23. September 2002 und der US-Provisional-Patentanmeldung Nr. 60/334,622, eingereicht am 1. November 2001.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf biopharmazeutisches Material, Konservierungsverfahren und Systeme, und spezieller auf ein System und ein Verfahren zum Einfrieren und/oder Speichern von biopharmazeutischen Materialien.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Konservierung von biopharmazeutischen Materialien ist wichtig in der Herstellung, Speichern, dem Verkauf und der Verwendung von solchen Materialien. Zum Beispiel werden biopharmazeutische Materialien oft konserviert durch Einfrieren zwischen Verfahrensschritten und während des Speicherns. Ähnlich werden biopharmazeutische Materialien oft eingefroren während des Transports zwischen Herstellungsorten.
  • Gegenwärtig bezieht die Konservierung von biopharmazeutischem Material oft das Platzieren eines Behälters, der flüssiges biopharmazeutisches Material enthält, in einem Gefrierschrank, einer Gefriertruhe oder einer Gefrierkammer ein und es wird dem biopharmazeutischen Material gestattet einzufrieren. Diese Behälter können rostfreie Stahlgefäße sein, Plastikflaschen oder Ballone, oder nachgiebige Plastikbehälter. Sie werden typisch mit einem vorgegebenen Volumen befüllt, um das Einfrieren und die Ausdehnung zu gestatten und dann in die Gefriergeräte transferiert bei Temperaturen, die typischerweise von minus 20 Grad Celsius bis minus 70 Grad Celsius oder darunter reichen.
  • Um die wirksame Verwendung des zur Verfügung stehenden Raumes innerhalb des Gefriergerätes sicherzustellen, werden die Behälter entlang einander und manchmal in einem Feld mit verschiedener variierender räumlicher Regelmäßigkeit gestapelt. Unter diesen Bedingungen findet die Abkühlung der biopharmazeutischen Lösung bei verschiedenen Raten ab, abhängig von dem Aussetzen jedes Behälters der umgebenden kalten Luft, und dem Ausmaß, mit dem der Behälter durch benachbarte Behälter abgeschirmt wird. Zum Beispiel werden Behälter, die nahe der Kühlquelle platziert sind oder jene an der Außenseite eines Feldes von Behältern rascher abgekühlt werden als jene, die weiter weg von der Kühlquelle und/oder im Inneren des Feldes gelegen sind.
  • Im Allgemeinen erzeugt die Platzierung von mehreren Behältern in einem Gefriergerät thermische Unterschiede von Behälter zu Behälter. Die Gefrierrate und die Produktqualität hängen dann von der tatsächlichen Gefrierlast, dem Raum zwischen den Behältern und der Luftbewegung im Gefriergerät ab. Dies führt zu einer verschiedenen thermischen Geschichte für den Inhalt der Behälter abhängig zum Beispiel von ihrem Ort im Gefriergerät. Ebenso kann die Verwendung von unterschiedlichen Behältern für individuelle Portionen eines einzigen Stapels von biopharmazeutischem Material verschiedene Ergebnisse für Teile des gleichen Stapels aufgrund verschiedener thermischer Historien erzeugen, aufgrund des Einfrierens in einem Mehrbehälter-Gefriergerät, speziell falls die Speicheranordnung planlos und zufällig ist. Eine weitere Folge des Erhaltens eines Bereiches von Gefrierzeiten ist, dass bestimmte Behälter so lange einfrieren können, dass der gelöste Zielstoff nicht länger in der Eisphase gehalten werden kann, aber in einer fortschreitend kleineren Flüssigkeitsphase verbleibt. Dieses Phänomen wird als "Cyrokonzentration" bezeichnet. In einigen Fällen könnte solch eine Cyrokonzentration zu einem pH-Wechsel führen, dem Entfalten, der Aggregation oder Ausfällung des biopharmazeutischen Produkts, was folglich zum Produktverlust führt.
  • Wegwerfbehälter, wie beispielsweise nachgiebige Behälter oder andere nachgiebige Behälter, werden oft beschädigt, was zum Verlust des biopharmazeutischen Materials führt. Speziell könnte die volumetrische Ausdehnung des biopharmazeutischen Materials während des Einfrierens übermäßigen Druck in einem überfüllten Beutel oder in einer Tasche von okkludierter Flüssigkeit, die an das Taschenmaterial angrenzt, möglicherweise zum Bruch führen oder zu Beschädigungen der Integrität der Tasche. Darüber hinaus führt die Handhabung solcher Wegwerfbehälter, wie beispielsweise nachgiebige Plastikbehälter, während des Einfrierens, Auftauens oder dem Transport dieser Behälter oft zur Beschädigung derselben aufgrund z.B. von Stößen, Abrieb, Aufschlag oder Fehlbehandlungsereignissen, die von Bedienerfehlern herrühren oder ungeeignetem Schutz der flexiblen Behälter bei der Verwendung.
  • Folglich gibt es einen Bedarf für Systeme und Verfahren zum Einfrieren oder Speichern und Auftauen von biopharmazeutischen Materialien, die gesteuert sind, nicht zum Verlust von biopharmazeutischem Material zu führen, sondern stattdessen Bedingungen erzeugen, die der Konservierung des biopharmazeutischen Materials in einer uniformen wiederholbaren Weise in einer geschützten Umgebung förderlich sind.
  • US-A-4 107 397, welche als am nächsten liegender Stand der Technik betrachtet wird, offenbart einen Biobehälter und ein Haltersystem zum Tiefgefrieren von biologischen Substanzen, ebenso aufweisend einen Sensor zum Messen und Steuern der Kühlung, die an den Behälter durch ein Bad von verflüssigtem Kühlmittel angelegt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Einfrieren, Speichern und Auftauen eines biopharmazeutischen Materials ebenso wie ein Verfahren zum Einfrieren, Speichern und Auftauen eines biopharmazeutischen Materials, wie jeweils beansprucht in den Ansprüchen 1 und 21.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem ersten Aspekt ein System zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials bereit, das einen nachgiebigen Behälter enthält, der daran angepasst ist, flüssiges biopharmazeutisches Material darin aufzunehmen, zum Einfrieren, Auftauen und Speichern. Der Behälter enthält einen ersten, im Wesentlichen trapezoiden Teil, der angebracht ist an einem zweiten, im Wesentlichen trapezoiden Teil.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem zweiten Aspekt ein System zum Einfrieren, Auftauen und Speichern von biopharmazeutischem Material bereit, das einen nachgiebigen Behälter enthält, einen Kanal und eine Temperatursteuerungseinheit. Der nachgiebige Behälter ist daran angepasst, ein flüssiges biopharmazeutisches Material darin zu empfangen zum Einfrieren und Speichern. Der Behälter kann aus einer ersten im Wesentlichen flachen Folienbahn aus nachgiebigem Material gebildet sein, die durch eine Naht mit einer zweiten im Wesentlichen flachen Folienbahn aus nachgiebigem Material verbunden ist, so dass sie im Wesentlichen flach aufeinander liegen, wenn entleert, und worin der Behälter vollständig einen inneren Teil zum Empfangen des biopharmazeutischen Materials umschließt. Auch ist der Behälter konfiguriert, um eine dreidimensionale Gestalt zu bilden, wenn er mit dem biopharmazeutischen Material befüllt ist, worin die dreidimensionale Gestalt eine erste Seite und eine zweite Seite gegenüberliegend der ersten Seite hat. Der Kanal ist verbunden mit dem nachgiebigen Behälter, um es der Außenseite des Behälters zu erlauben, in Fluidkommunikation mit dem inneren Teil eines solchen Kanals zu sein. Die Temperatursteuerungseinheit enthält eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die zur ersten Oberfläche zeigt. Ebenso ist die Temperatursteuerungseinheit konfiguriert, den nachgiebigen Behälter darin aufzunehmen, wenn der Behälter mit dem biopharmazeutischen Material befüllt ist. Der Behälter passt sich der Gestalt des inneren der Temperatursteuerungseinheit an und die erste Seite und die zweite Seite des Behälters kontaktieren die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche der Temperatursteuerungseinheit. Die ersten und/oder zweiten Oberflächen der Temperatursteuerungseinheit enthalten eine Wärmeübertragungsoberfläche(n).
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem dritten Aspekt ein System zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials bereit, welches einen nachgiebigen Behälter und eine Temperatursteuerungseinheit enthält. Der nachgiebige Behälter ist daran angepasst, flüssiges biopharmazeutisches Material zum Einfrieren, Auftauen und Speichern darin zu empfangen. Ebenso ist der Behälter konfiguriert, sich der Gestalt eines Inneren einer Temperatursteuerungseinheit anzupassen, als Reaktion darauf, dass der Behälter im Wesentlichen mit dem biopharmazeutischen Material befüllt wird. Die Temperatursteuerungseinheit enthält wenigstens eine Wärmeübertragungsoberfläche und wenigstens eine bewegliche Wand, die daran angepasst ist, den Behälter zu komprimieren, um einen Freiraum zwischen dem Behälter und der wenigstens einen Wärmeübertragungsoberfläche zu verhindern. Ferner kann die wenigstens eine bewegliche Wand die wenigstens eine Wärmeübertragungsoberfläche enthalten oder die wenigstens eine bewegliche Wand kann Stütze für den nachgiebigen Behälter bereitstellen, ohne dass sie Wärmeübertragungsfähigkeiten hat.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem vierten Aspekt ein System zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials bereit, das einen Behälter enthält, der daran angepasst ist, darin biopharmazeutisches Material zu Empfangen zum Einfrieren. Der Behälter ist konfiguriert, um sich der Gestalt eines Inneren einer Temperatursteuerungseinheit anzupassen, wenn der Behälter im Wesentlichen mit dem biopharmazeutischen Material befüllt wird. Ebenso enthält der Behälter einen ersten Teil, der angebracht ist an einem zweiten Teil, worin der erste Teil und der zweite Teil flach sind. Ferner können die Teile im Wesentlichen trapezoide Teile sein, im Wesentlichen dreieckige Teile, im Wesentlichen rechteckige Teile, im Wesentlichen parallelepipedische Teile, im Wesentlichen elliptische Teile, im Wesentlichen halbkreisförmige Teile, oder im Wesentlichen parabolische Teile. Das Innere der Temperatursteuerungseinheit kann dieselbe Form wie die zuvor erwähnten Behälter aufweisen, wenn die Behälter im Wesentlichen befüllt sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem fünften Aspekt ein Verfahren zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials bereit, das das Verbinden eines ersten flachen, im Wesentlichen trapezoiden Teils mit einem zweiten flachen, im Wesentlichen trapezoiden Teil enthält, um einen Behälter zu bilden, der daran angepasst ist, biopharmazeutisches Material zum Einfrieren zu enthalten und daran angepasst ist, sich der Gestalt eines Inneren der Temperatursteuerungseinheit anzupassen. Das Verfahren enthält ferner das Komprimieren des Behälters, wenn er im Inneren der Temperatursteuerungseinheit empfangen wird, um einen Zwischenraum zwischen den Behältern und wenigstens einer Wärmeübertragungsoberfläche der Temperatursteuerungseinheit zu verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem sechsten Aspekt ein Verfahren zum Einfrieren und Speichern eines biopharmazeutischen Materials bereit. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Behälters, angepasst das biopharmazeutische Material zum Einfrieren zu enthalten und Anpassen des Behälters sich einer Form eines Inneren einer Temperatur Steuerungseinheit anzupassen. Das Verfahren enthält das Zusammenpressen des Behälters wenn er im Inneren der Temperatur Steuerungseinheit aufgenommen wird, um einen Freiraum zwischen dem Behälter und der Wärmeübertragungsoberfläche zu verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einem siebten Aspekt ein Verfahren zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials bereit. Das Verfahren enthält das Verbinden einer im Wesentlichen ersten flachen Folienbahn aus nachgiebigem Material durch eine Naht mit einer im Wesentlichen flachen Folienbahn aus nachgiebigem Material, um einen nachgiebigen Behälter zu bilden, der daran angepasst ist, ein Biopharmazeutikum darin aufzunehmen zum Einfrieren, Auftauen und Speichern. Ein innerer Teil des Behälters ist vollständig umgeben zum Empfangen des biopharmazeutischen Materials durch die Verbindung der ersten im Wesentlichen flachen Folienbahn aus nachgiebigem Material mit der zweiten im Wesentlichen flachen Folienbahn aus nachgiebigem Material. Die dreidimensionale Gestalt wird gebildet mit dem Behälter durch Befüllen des Behälters mit biopharmazeutischem Material, worin die dreidimensionale Gestalt eine erste Seite und eine zweite Seite gegenüberliegend der ersten Seite hat. Ein Kanal kann mit dem nachgiebigen Material verbunden sein, worin die Außenseite des Behälters sich in Fluidkommunikation mit dem Inneren Teil über den Kanal befindet. Der Behälter kann in einer Temperatursteuerungseinheit empfangen werden, die eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche hat, welche zur ersten Oberfläche zeigt und die Gestalt des Behälters kann sich an das Innere der Temperatursteuerungseinheit anpassen. Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche der Temperatursteuerungseinheit können die erste Seite und die zweite Seite des Behälters kontaktieren, worin die erste Oberfläche und/oder die zweite Oberfläche eine Wärmeübertragungsoberfläche enthalten können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZIEICHNUNGEN
  • Der Gegenstand, welcher als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell herausgestellt und speziell beansprucht in den Ansprüchen am Abschluss der Beschreibung. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen verstanden werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in welchen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Einfrieren, Auftauen und Speichern von biopharmazeutischem Material in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine Seitenschnittansicht einer Temperatursteuerungseinheit des Systems aus 1 ist mit einem Behälter darin;
  • 3 eine Seitenaufrissansicht eines nachgiebigen Behälters zum Auftauen, Speichern und Einfrieren von biopharmazeutischem Material ist, der in dem System aus 1 vor dem Zusammenbau desselben verwendbar ist;
  • 4 eine Schnittansicht von oben der Temperatursteuerungseinheit aus 1 ist;
  • 5 eine Vorderschnittansicht der Temperatursteuerungseinheit aus 1 ist;
  • 6 ein Blockdiagramm eines Systems zur Regulierung der Temperatur einer Vielzahl von nachgiebigen Behältern zum Halten von biopharmazeutischem Material ist; und
  • 7 eine Seitenaufrissansicht des Behälters von 3 ist, wenn er im Wesentlichen mit biopharmazeutischem Material befüllt und komprimiert im Inneren der Temperatursteuerungseinheit des Systems aus 1 ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • In Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden Systeme und Verfahren zum Konservieren und Speichern von biopharmazeutischen Materialien bereitgestellt.
  • Wenn biopharmazeutische Materialien verarbeitet werden, wie beispielsweise Zellen zur Cryokonservierung, z.B., falls die Zellen zu schnell eingefroren werden, mit einem zu hohen Wassergehalt, können die Zellen intrazellulare Eiskristalle entwickeln. Als Folge können die Zellen brechen und/oder unbrauchbar werden. Andernfalls, falls die Zellen zu langsam eingefroren werden, werden die Zellen konzentrierten gelösten Substanzen über einen langen Zeitabschnitt ausgesetzt, was ebenso zu Zellbeschädigung führen kann.
  • Die Gefrierrate kann die Verteilung des biopharmazeutisches Materials innerhalb eines gefrorenen Volumens beeinflussen, wobei ungleichmäßige Verteilung der biopharmazeutischen Materialien zu nachteiligen Wirkungen führt. In einer Ausführungsform kann die Steuerung der Gefrierrate dargestellt werden als die Steuerung der Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront, wobei sich die dendritische Gefrierfront von einer gekühlten Wand in einem Mengenbereich des biopharmazeutischen Materials hinein bewegt. Die Gefrierrate beeinflusst ebenso die am Ende vorliegende Gefriermatrix, welche Eigenschaften aufweisen kann, die das biopharmazeutische Material schützen oder das biopharmazeutische Material beschädigen. Zum Beispiel kann eine Gefriermatrix, bei der das biopharmazeutische Material in einem verglasten Teil zwischen dendritischen Eiskristallen eingebettet ist, von der Art sein, die biopharmazeutisches Material schützt. Biopharmazeutisches Material beschädigende Matrizen können verschiedene Formen haben; zum Beispiel: (1) eine sehr enge Eiskristallmatrix, oder (2) eine Ansammlung von einer sehr großen Anzahl von feinen Restkristallen, bei der das Produkt in sehr dünnen Schichten entlang der Kristallgrenzen angeordnet ist. Die Eigenschaften der Gefriermatrix hängen von der Eiskristallstruktur ab, wobei die bevorzugte Struktur die dendritische Eiskristallstruktur ist. Solch eine wünschenswerte Matrixstruktur hängt primär von der Geschwindigkeit einer Gefrierfront ab, bei anderen sekundär wichtigen Faktoren, welche der Temperaturgradient, die Zusammensetzung und Konzentration von gelösten Stoffen und die Geometrie des Gefrierbehälters sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die Aufrechterhaltung der Geschwindigkeit einer dendritischen Eiskristall-Gefrierfront (nachfolgend "dendritische Gefrierfront") im Bereich von ungefähr 5 Millimeter pro Stunde bis ungefähr 250 Millimeter pro Stunde, oder noch bevorzugter in einem Bereich von ca. 8 Millimeter pro Stunde bis ungefähr 180 Millimeter pro Stunde, oder am meisten zu bevorzugen in einem Bereich von ungefähr 10 Millimeter pro Stunde bis ungefähr 125 Millimeter pro Stunde vorteilhafte Cryoverarbeitungsbedingungen in einem breiten Bereich von Systemen bereit und machbare Betriebsgrenzen, so dass die Beschädigung für biopharmazeutische Materialien minimiert oder vermieden werden kann.
  • Als ein Beispiel veranschaulicht die nachfolgende Diskussion das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront und der Abmessung und dem Abstand von gefrorenen Dendriten im Kontext des Einfrierens von biopharmazeutischen Materialien.
  • Wenn die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront viel geringer ist als ungefähr 5 Millimeter pro Stunde, können die Dendriten klein werden und dicht gepackt innerhalb der dendritischen Gefrierfront. Folglich verhält sich die dendritische Gefrierfront als starre Schnittstelle, bei der gelöste Stoffe und biopharmazeutische Materialien nicht in die feste Masse integriert sind, sondern stattdessen abgewiesen werden und in Richtung des Zentrums des nachgiebigen sterilen Behälters gedrückt werden, und folglich ernste Cryokonzentration in der Flüssigphase des biopharmazeutischen Materials bewirken.
  • Während die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront anwächst auf aber immer noch kleiner bleibt als ungefähr 5 Millimeter pro Stunde, wachsen die Dendriten zu etwas größeren Abmessungen und mehr getrennt, wobei sie sich in zelluläre oder Säulenmuster entwickeln. In diesem Fall kann immer noch ein kleiner Prozentsatz der gelösten Stoffe oder des biopharmazeutischen Materials in die feste Masse eingebettet werden. Stattdessen werden die meisten der gelösten Stoffe und der biopharmazeutischen Materialien nach vorn durch die voranschreitende dendritische Gefrierfront gedrückt und ihre Konzentration in der Flüssigkeitsphase des biopharmazeutischen Materials 110 wächst an. Diese Situation kann immer noch zur Beschädigung von biopharmazeutischen Materialien führen.
  • Während die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront anwächst auf aber immer noch kleiner bleibt als ungefähr 5 Millimeter pro Stunde, wachsen die Dendriten etwas größer in den Abmessungen und mehr beabstandet, wobei sie sich in zelluläre oder Säulenmuster entwickeln. In diesem Fall kann immer noch ein kleiner Prozentsatz der gelösten Stoffe oder des biopharmazeutischen Materials in die starre Masse eingebettet werden. Stattdessen werden die meisten der gelösten Stoffe und biopharmazeutischen Materialien nach vorn durch die voranschreitende dendritische Gefrierfront gedrückt und ihre Konzentration in der Flüssigphase von biopharmazeutischem Material 110 wächst an. Diese Situation kann immer noch zur Beschädigung von biopharmazeutischen Materialien führen.
  • Wenn die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront über ungefähr 250 Millimeter pro Stunde anwächst, beginnen die Dendriten ihre Abmessungen zu verringern und werden dichter gepackt, wodurch sie die Möglichkeit verlieren, geeignet gelöste Stoffe und Partikel, die im biopharmazeutischen Material enthalten sind, in die Gefrierfront einzubetten.
  • Wenn die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront viel höher ist als ungefähr 250 Millimeter pro Stunde, enthält die starre Masse eine zufällige, sich nicht im Gleichgewicht befindende Struktur von feinen Eiskristallen. Solch eine rasche Cryokühlung könnte z.B. erreicht werden durch Superkühlen kleiner Volumina biopharmazeutischer Materialien durch Einfrieren der biopharmazeutischen Materialien in dünnen Schichten, oder durch Eintauchen kleiner Volumen von biopharmazeutischen Materialien in flüssigen Stickstoff oder eine andere cryogenische Flüssigkeit.
  • Zum Beispiel kann in biopharmazeutischen Materialien, welche Superkühlung in einer Flüssigphase ausgesetzt sind, gefolgt durch rasches Eiskristallwachstum die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront 1000 mm/sec überschreiten. Solch schnelle dendritische Frontgeschwindigkeiten können starre Massen erzeugen, die biopharmazeutische Materialien enthalten, worin die starren Massen nicht aus im Gleichgewicht befindlichen Eiskristallen gebildet werden. Diese nicht im Gleichgewicht befindlichen starren Massen sind anfällig für Eisrekristallisierung, wenn die Auflösung von kleineren Eiskristallen und das Wachstum von größeren Eiskristallen übermäßige mechanische Kräfte auf biopharmazeutische Materialien auferlegen wird. Ferner können biopharmazeutische Materialien in nicht im Gleichgewicht befindlichen starren Massen zwischen Eiskristallen in sehr dünnen Schichten an den Korngrenzen verteilt sein. Dies erzeugt einen großen Produkt-Eiskontaktschnittstellenbereich, aufgrund der großen Anzahl von kleinen Eiskristallen, welcher für biopharmazeutische Materialien nachteilig ist.
  • Der inter-dendritische Abstand kann durch Erhöhen oder Verringern des Wärmeflusses aus dem System reguliert werden (wodurch die thermischen Effekte und die folgenden dendritischen Gefrierfrontgeschwindigkeiten beeinflusst werden), und durch Auswahl und Konzentration von gelösten Stoffen.
  • Die Länge von freien Dendriten kann teilweise von der Geschwindigkeitsfront und von dem Temperaturgradienten entlang der Dendriten abhängen. Der freie Dendrit kann sich auf die Länge des Dendriten beziehen, der sich in die Flüssigphase erstreckt, oder alternativ die Dicke einer "breiigen Zone" oder einer "Zweiphasenzone", d.h. einer Mischung von dendritischen Eiskristallennadeln und einer Flüssigphase zwischen ihnen. An den Spitzen der Dendriten ist die Temperatur nahezu 0° und verringert sich graduell, um sich der Wandtemperatur entlang den Dendriten anzupassen und der verfestigten Masse weg von der Front. Die Temperatur der Flüssigkeit zwischen den Dendriten verringert sich ebenso mit der Nähe zur kalten Wand. Während das Cryokühlen voranschreitet, erreicht die gelöste Stoffkonzentration bei bestimmten gelösten Stoffen, wie beispielsweise Salzen eine eutektische Konzentration und Temperatur.
  • Die Lösung zwischen den Dendriten verfestigt sich dann, wobei sie den vollständigen oder im Wesentlichen vollständigen oder starren dendritischen Zustand erreicht. Dieser Zustand ist eine Matrix von dendritischen Eiskristallen und verfes tigten gelösten Stoffen in einem eutektischen Zustand zwischen jenen dendritischen Eiskristallen. Einige gelöste Stoffe (z.B. Kohlehydrate) bilden keine Eutetika. Stattdessen können sie einen glasförmigen Zustand bilden oder zwischen den dendritischen Eiskristallen kristallisieren. Der glasförmige Zustand kann das biopharmazeutische Produkt stützen, wohingegen der kristalline Zustand nachteilige Effekte auf das biopharmazeutische Produkt ausüben kann. Dendritische Eiskristalle sind weiter beschrieben in R. Wisniewski, Developing Large-Scale Cryopreservation Systems for Biopharmaceutical Systems, BioPharm 11(6): 50–56 (1998) und R. Wisniewski, Large Scale Cryopreservation of Cells, Cell Components, and Biological Solutions, BioPharm 11(9): 42–61 (1998).
  • In einer beispielhaften Ausführungsform, die in 1 bis 5 veranschaulicht ist, sind Teile eines Systems zum Kühlen, Auftauen, Konservieren und Speichern von biopharmazeutischem Material gezeigt. Dieses System kann einen sterilen Behälter enthalten, wie beispielsweise einen nachgiebigen Behälter 10, der daran angepasst ist, biopharmazeutische Materialien zu enthalten und konfiguriert ist, sich einer Gestalt eines Inneren einer Temperatursteuerungseinheit anzupassen, wie beispielsweise einem Wärmetauscher 20.
  • Der Wärmetauscher 20 ist konfiguriert und betreibbar mit einer Temperatursteuerungseinheit 27 zur Steuerung von Fluidfluss durch ein leitfähiges Medium wie beispielsweise Wärmeübertragungsplatten 40 des Wärmetauschers 20, um die Temperatur eines Inneren 25 des Wärmetauschers 20 zu steuern. Eine Steuerung 500 ermöglicht es einem Anwender, die Temperatursteuerungseinheit 27 zu steuern, um die Aufheizung und/oder Abkühlung des leitfähigen Mediums, wie beispielsweise der Platten 40, zu steuern, um das Einfrieren oder Auftauen z.B. von biopharmazeutischen Materialien in einem Behälter zu bewirken, wie beispielsweise einem nachgiebigen Behälter 10, wenn er in das Innere 25 des Wärmetauschers 20 eingesetzt wird. Ein Beispiel eines Wärmetauschers ist in der mitbesessenen US-Patentanmeldung Nr. 09/905,488, eingereicht am 13. Juli 2001 und der mitbesessenen US-Patentanmeldung Nr. 09/863,126, eingereicht am 22. Mai 2001 beschrieben. Die Kühlsysteme, welche in den zuvor erwähnten Anmeldungen beschrieben sind und die Einfrier- und/oder Auftautechniken, die darin beschrieben sind, können in Verbindung mit den Systemen und Verfahren des Einfrierens und Speicherns von biopharmazeutischen Materialien der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Speziell können die Kühler oder Wärmetauscher, die in diesen Anmeldungen beschrieben sind, konfiguriert werden, um einzubeziehen und/oder zu empfangen die Behälter zum Speichern von biopharmazeutischen Materialien, die hierin beschrieben werden und beliebige zugeordnete Strukturen.
  • Zum Beispiel kann die Temperatursteuerungseinheit 27 den Fluidfluss durch die Wärmeübertragungsplatten 20 steuern, um eine Rate einer dendritischen Gefrierfrontgeschwindigkeit innerhalb des biopharmazeutischen Materials zu steuern durch Rückkopplung von Temperaturinformation betreffend biopharmazeutische Materialien von einem oder mehreren Temperatursensoren (nicht gezeigt), welche in dem Behälter 10 durch den Anschluss 200 eingefügt sind oder verbunden sein können mit oder integral mit den Platten 20. Diese Rückkopplungsschleife gestattet eine genauere Steuerung der Wärmeentfernung aus den biopharmazeutischen Materialien und erleichtert die Steuerung der Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront innerhalb der zitierten Bereiche. Variablen, wie beispielsweise die Wanddicke des nachgiebigen sterilen Behälters 10, der thermische Widerstand zwischen dem nachgiebigen sterilen Behälter 10 und den Platten 20, usw. werden automatisch durch die Rückkopplungsschleife berücksichtigt.
  • Die dendritische Gefrierfront trennt vorliegende biopharmazeutische Materialien als starre Masse von der flüssigen Form der biopharmazeutischen Materialien, wodurch eine Fest-Flüssig-Grenzfläche erzeugt wird, in welcher sich Dendriten bilden. Während die Wärmeentfernung aus dem biopharmazeutischen Material fortschreitet, schreitet die dendritische Gefrierfront weg von der inneren Oberfläche des nachgiebigen sterilen Behälters 10 voran, während zusätzliches flüssiges biopharmazeutisches Material in eine starre Masse friert. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Geschwindigkeit der dendritischen Ge frierfront die Geschwindigkeit, mit welcher die dendritische Gefrierfront fortschreitet.
  • In einer Ausführungsform bestimmt die Rate, mit welcher Wärme aus den biopharmazeutischen Materialien entfernt wird (d.h. der Wärmefluss), die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront. Da der Temperaturgradient zwischen den biopharmazeutischen Materialien und den Platten 20 mit der Rate kombiniert ist, mit welcher die Wärme aus den biopharmazeutischen Materialien entfernt wird, kann die Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront durch Steuerung der Temperatur der Platten 20 gesteuert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird Wärme aus dem biopharmazeutischen Material bei einer Rate entfernt, die ein im Wesentlichen gleichförmiges Voranschreiten der dendritischen Gefrierfront innerhalb im Wesentlichen des gesamten Volumens des biopharmazeutischen Materials unterstützt, oder eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront. Das Beibehalten einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit der dendritischen Gefrierfront innerhalb des nachgiebigen sterilen Behälters gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ist wünschenswert, weil sie im Wesentlichen einen stationären Zustand für ungestörtes dendritisches Eiskristallwachstum bereitstellt, unabhängig vom Abstand zur gekühlten Wärmeübertragungsoberfläche innerhalb des Gefriervolumens.
  • Wie dargestellt in 2 können die Wärmeübertragungsplatten 40 nicht parallel zueinander angeordnet sein und können relativ zur Bodenwand 50 derart angeordnet sein, dass das Innere 25 einen zugespitzten Raum aufweist, mit einem kleineren Abstand zwischen den Wärmeübertragungsplatten 40 an ihren Bodenenden als an ihren oberen Enden. Dieser zugespitzte Schlitz sorgt für einen größeren Querschnitt an seinem oberen Ausmaß als an seinem unteren Ausmaß, wodurch er folglich einen Kopfdruck bereitstellt, der ebenso dazu dient, den Kontakt des nachgiebigen Behälters 10 mit den Wärmeübertragungsplatten 40 zu unterstützen.
  • Ebenso ist das zugespitzte Anordnen der Platten 40 vorzuziehen, weil es Mittel zur Ausrichtung der volumetrischen Eisausdehnung in einer Aufwärts-Senkrecht-Richtung bereitstellt. Weil der Abstand zwischen den Platten 40 anwächst entlang der vertikalen Achse des nachgiebigen Behälters 10 wächst die Zeit an, die benötigt wird für die Verfestigungsfronten (d.h. die dendritischen Gefrierfronten), um sich an einem Mittelpunkt zwischen den Platten zu treffen entlang der vertikalen Achse. Folglich ist die volumentrische Eisausdehnung nicht eingegrenzt, weil es immer eine Flüssigkeit oder Luftaushöhlung darüber gibt. Solch eine Anordnung verhindert unkontrollierte volumentische Eisausdehnung, die die Spannungen auf den Wänden der Behälter platzieren kann, wie beispielsweise nachgiebige Behälter, die zu Brüchen der Behälter und zum Verlust von biopharmazeutischen Materialien führen können.
  • Der nachgiebige Behälter 10 kann aus einer laminierten Folie gebildet werden, die verschiedene Schichten enthält und kann ein inneres Volumen haben, das von 0,02 bis 1000 Liter reicht, zum Beispiel. Bevorzugter kann der nachgiebige Behälter 10 ein Volumen zwischen 0,5 bis 250 Liter haben und am meisten zu bevorzugen kann der nachgiebige Behälter 10 ein Volumen zwischen 0,100 bis 0,5 Liter haben. Zum Beispiel kann eine biokompatible Produktkontaktschicht aus einem niedrigdichten Polyethylen gebildet werden, sehr niedrigdichtes Polyethylen, Ethylenvinylacetatcopolymer, Polyester, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyfluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyurethan, Fluorethylenpropylen, Ethylen-Vinylalkoholcopolymer, Polytetrafluorethylen, Polypropylenen und copolymeren Gemischen oder Laminaten, welche die obigen enthalten. Eine Gas- und Wasserdampfbarriere kann gebildet werden aus einer Polyethylen-Vinylalkoholcopolymer-Mischung innerhalb eines Polyamids oder eines Ethylenvinylacetatcopolymers. Ferner kann der nachgiebige Behälter 10 eine Schicht enthalten von hoher mechanischer Stärke (d.h. Polyamid) und eine äußere Schicht mit isolierendem Effekt für Hitzeschweißen, z.B. Polyester. Die Schichten können kompatibel mit kalten Zuständen sein und können in der Lage sein Ionisierung für Sterilisierungszwecke zu widerstehen. Ein Beispiel von Material, das nützlich ist zur Formulierung des nachgiebigen Behälters 10 ist beschrieben in US-Patent Nr. 5,988,442 von Vallot.
  • Der nachgiebige Behälter 10 kann durch Schweißen der Kanten von zwei flachen Folienbahnen der oben beschriebenen Materialien aneinander gebildet werden, um eine Naht zu bilden und einen inneren Teil dazwischen einzuschließen. Zum Beispiel können zwei solche flachen Folienbahnen in einer im Wesentlichen trapezoiden Gestalt geformt werden, was beim Schweißen der Kanten derselben, folglich einen Beutel von im Wesentlichen trapezoidaler Gestalt erzeugt, wie am besten dargestellt in 3. Zum Beispiel kann ein oberer trapezoidaler Teil 100 an einen unteren identisch bemessenen trapezoidalen Teil geschweißt werden (nicht gezeigt) an einer Naht 110, was zu einem flachen Beutel führt, der eine trapezoidale Gestalt hat. Ferner können die trapezoidalen Teile derart gebildet sein, dass wenn sie flach aufeinander angeordnet werden, ein Winkel 120 zwischen einer Seite 130 des nachgiebigen Behälters 10 und eine Anzeigelinie 125 im Wesentlichen senkrecht zu einer Bodenseite 135 und/oder einer Oberseite 140 eines nachgiebigen Behälters 10 komplementär zu einem Winkel 45 sein können (2) zwischen einer der Wärmeübertragungsplatten 40 (2) und einer Bodenseite 50 (2) des Wärmetauschers 20. Zum Beispiel kann der Winkel 40 sich in einem Bereich von 0,001 Grad bis 45 Grad bewegen, bevorzugter zwischen 0,1 Grad und 20 Grad und am meisten bevorzugt zwischen 0,5 und 15 Grad.
  • Weiter kann der nachgiebige Behälter 10 eine prismatische Gestalt bilden (d.h. eine gleichseitige prismatische Gestalt) als Reaktion auf mit dem biopharmazeutischen Material gefüllt zu sein und gestützt zu werden durch den zugespitzten Schlitz, der zwischen den zwei nicht parallelen Wärmeübertragungsplatten 40 gebildet wird. Ebenso, wenn der nachgiebige Behälter 10 im Wesentlichen mit einem flüssigen biopharmazeutischen Material befüllt ist, können zwei gegenüberliegende Seiten des nachgiebigen Behälters 10, die an ihrem Mittelpunkt durch eine Naht 110 gekreuzt werden, Trapezoide sein, d.h. eine erste trapezoide Seite 205 und eine zweite trapezoide Seite (nicht gezeigt) wie dargestellt in 7. E benso kann eine im Wesentlichen rechteckige laterale Seite 210 benachbart der ersten trapezoidalen Seite 205 sich in einem Winkel 220 zu einer Integratorlinie 230 im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberseite 250 und/oder Bodenseite 250 des nachgiebigen Behälters 10 befinden. Eine zweite im Wesentlichen rechtwinklige laterale Seite 215 benachbart der ersten trapezoidalen Seite 205 kann einen zweiten Winkel 225 relativ zu einer zweiten Linie 235 im Wesentlichen senkrecht auf die Oberseite 240 und/oder Bodenseite 250 bilden. Der Winkel 220 und der Winkel 225 können im Wesentlichen äquivalent zum Winkel 120 sein, der gebildet wird, wenn der Behälter 10 flach ist und der obere trapezoidale Teil 100 angeordnet flach oberhalb des bodentrapezoiden Teils angeordnet ist (nicht gezeigt) wie dargestellt in 3. Ferner könnte eine Tasche, die daran angepasst ist, biopharmazeutisches Material zu empfangen, aus zwei ähnlich bemessenen flachen Folienbahnen von anderen Gestalten gebildet werden, die aneinander geschweißt sind, z.B. rechteckig, dreieckig, parallelepipedisch, elliptisch, halbkreisförmig oder parabolisch geformte Folienbahnen. Zum Beispiel würde ein Beutel, der zwischen zwei ähnlich bemessenen flachen rechteckigen Folienbahnen gebildet würde, zwei gegenüberliegende rechteckige Seiten haben, wenn er im Wesentlichen mit dem biopharmazeutischen Material befüllt ist und gestützt durch zwei parallele Wärmeübertragungsplatten 40.
  • Die Ausbildung eines nachgiebigen Behälters 10 in einer im Wesentlichen prismatischen Gestalt, wenn er im Wesentlichen mit biopharmazeutischem Material befüllt ist, z.B. wie oben beschrieben, erlaubt es dem nachgiebigen Behälter 10 aufgenommen zu werden in, und sich im Wesentlichen der Gestalt anzupassen eines Inneren 25 des Wärmetauschers 20, wie dargestellt in 1 bis 2 und 4 bis 5. Zum Beispiel kann die Naht 110 (3), welche die Oberseite 100 mit der Unterseite (nicht gezeigt) des nachgiebigen Behälters 10 verbindet, im Inneren 25 so aufgenommen werden, dass die Naht 110 an eine Seitenwand 60 des Wärmetauschers 40 angrenzt. Ferner, als Reaktion darauf, dass der nachgiebige Behälter 10 mit dem biopharmazeutischen Material befüllt ist, kann die Naht 110 in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer oder beiden der Seitenwände 60. Diese Konfiguration ermöglicht es dem nachgiebigen Behälter 10 im Wesentlichen die Wärmeübertragungsplatten 40 zu kontaktieren. Ebenso können die Seitenwände 60 Vertiefungen enthalten auf inneren Seiten davon um die Nähte 110 aufzunehmen. Solche Vertiefungen unterstützen ebenso den Kontakt zwischen dem nachgiebigen Behälter 10 und den Wärmeübertragungsplatten 40. Solcher Kontakt ist wünschenswert, weil Luft zwischen dem nachgiebigen Behälter 10 und den Wärmeübertragungsplatten 40 als Isolator dazwischen wirken kann, welcher die Abkühlung oder Aufheizung des biopharmazeutischen Materials im nachgiebigen Behälter 10 behindern oder verzögern könnte.
  • Ferner ermöglicht es die Ausbildung des nachgiebigen Behälters 10 unter Verwendung von zwei trapezoidalen Teilen im Wesentlichen sich der Gestalt eines zugespitzten Schlitzes des Inneren 25 anzupassen und die Verformung der Seitenenden des nachgiebigen Behälters 10 zu verhindern, wenn der nachgiebige Behälter 10 mit dem biopharmazeutischen Material befüllt wird und im Inneren 25 aufgenommen wird. Zugespitzte oder prismatisch geformte nachgiebige Behälter können quadratischen oder rechtwinkligen flachen nachgiebigen Behältern bevorzugt werden, die abgerundete Ecken haben, worin solche abgerundeten Ecken die Wärmeübertragungsplatten nicht kontaktieren können, wie beispielsweise die Wärmeübertragungsplatten 40, wenn sie in einer Vorrichtung aufgenommen werden, wie einem Wärmetauscher 20. Solche abgerundeten Ecken können zu einem niedrigen Verhältnis des Kontaktoberflächenbereichs zum Volumen führen. Folglich kann dies zu weniger direktem Kontakt zwischen dem nachgiebigen Behälter 10 und den Wärmeübertragungsplatten führen und zu ungleichmäßigem Aufheizen oder Abkühlen des biopharmazeutischen Materials, das in diesen nachgiebigen Behältern gehalten wird. Ferner kann das Aufheizen oder Abkühlen des biopharmazeutischen Materials in solchen quadratischen oder rechteckigen nachgiebigen Behältern weniger wirkungsvoll sein als der nachgiebige Behälter 10 aufgrund des größeren Kontakts des nachgiebigen Behälters 10 mit den Wärmeübertragungsplatten 40. Speziell können Taschen von Luft zwischen einem Beutel und den Wärmeübertragungsplatten zu weniger wirkungsvoller Wärmeübertragung führen, weil solch eine Wärmeübertragung durch natürliche Konvexion stattfindet anstatt durch Konduktion. Die Wärmeübertragungsplatten müssen die Luft abkühlen oder aufheizen, welche dann den Beutel abkühlt oder aufheizt und das biopharmazeutische Material im Gegensatz dazu wo die Wärmeübertragungsplatten direkt den Beutel abkühlen und das biopharmazeutische Material, das darin enthalten ist. Es ist folglich wünschenswert, dass sich der Beutel in direktem Kontakt mit den Wärmeübertragungsplatten befindet, um die konduktive Wärmeübertragung zu unterstützen, welche wirkungsvoller ist in diesem Fall als die konvektive Wärmeübertragung der Luft, des Beutels und biopharmazeutischen Materialien. Ferner unterstützt die Ausbildung des nachgiebigen Behälters 10 sich dem zugespitzen Schlitz des Inneren 25 anzupassen solch eine konduktive Wärmeübertragung.
  • In einer alternativen Ausführungsform und wie in 4 gezeigt, können eine oder beide der Seitenwände 60 des Wärmetauschers 20 beweglich sein. Speziell können Wände 60 in Richtung und weg voneinander beweglich sein zwischen den Wärmeübertragungsplatten 40. Die Beweglichkeit von einer oder mehreren der Seitenwände 60 erlaubt es, dass der nachgiebige Behälter 10 komprimiert wird. Die Komprimierung unterstützt den Kontakt des nachgiebigen Behälters 10 mit den Wärmeübertragungsplatten 40 während er jeden Zwischenraum oder Freiraum zwischen dem nachgiebigen Behälter 10 und den Wärmeübertragungsplatten 40 verhindert. Speziell kann solch eine Kompression das biopharmazeutische Material oder die Flüssigkeit im nachgiebigen Behälter 10 dazu zwingen, jegliche Leerräume zwischen den Wärmeübertragungsplatten 40 und dem nachgiebigen Behälter 10 zu besetzen. Zum Beispiel kann solch ein Druck bewirken, dass das biopharmazeutische Material solche Leerräume besetzt oder dass es nach oben gezwungen wird aufgrund der zugespitzten Schlitzgestalt des Inneren 25. Alternativ können Seitenwände 60 befestigt sein, wohingegen die Wärmeübertragungsplatten 40 in Richtung und weg voneinander beweglich sein können. Ebenso kann die benötigte Kompression erreicht werden, indem eine Seite 60 und/oder eine der Wärmeübertragungsplatten 40 beweglich ist. Ebenso wird es verstanden werden durch jene Fachleute im Stand der Technik, dass Seitenwände 60 in speziellen Positionen relativ zueinander aufrechterhalten werden können und relativ zu Wärmeübertragungsplatten 40 über Stifte, Nuten oder Rillen in Wärmeübertragungsplatten 40 oder der Bodenseite 50 des Wärmetauschers 20. Seitenwände 60 und/oder Wärmeübertragungsplatten 40 können beweglich sein, befestigt und/oder freigebbar angebracht aneinander und/oder der Bodenwand 50. Ferner kann die Fähigkeit der Seitenwände 60 und/oder Wärmeübertragungsplatten 40 sich zu bewegen die Entfernung des nachgiebigen Behälters 10 erleichtern, der dazwischen aufgenommen wird. Zum Beispiel durch Zurückziehen der Wände 60 und/oder Platten 40 kann die Entfernung von gefrorenen biopharmazeutischem Material das im Wärmetauscher 20 gehalten wird erleichtert werden. Ebenso wird es durch jene Fachleute im Stand der Technik verstanden werden, dass Seitenwände 60 und/oder der Boden 50 ebenso daran angepasst sein könnten Abkühlung und/oder Erhitzung für den nachgiebigen Behälter 10 bereitzustellen über Zirkulation von Wärmeübertragungsfluiden in Windungen darin oder anderen Mitteln, wie das durch Fachleute verstanden werden wird. Die Kompression des nachgiebigen Behälters 10 durch eine oder mehrere Seitenwände 60 und/oder Wärmeübertragungsplatten 40 kann den nachgiebigen Behälter 10 dazu bringen, die oben beschriebene prismatische Gestalt auszubilden, z.B., wodurch folglich der Kontakt zwischen dem nachgiebigen Behälter 10 und den Wärmeübertragungsplatten 40 unterstützt wird. Ferner kann die Gestalt von Seitenwänden 60 mit Profilen von nachgiebigen Behältern von anderen Gestalten übereinstimmen, wenn sie komprimiert werden. Ebenso können Seitenwände 60 und/oder Wärmeübertragungsplatten 40 aus thermisch hochleitfähigem Material, z.B. rostfreiem Stahl oder Aluminium gebildet werden.
  • Wie dargestellt in 3 kann der nachgiebige Behälter 10 einen Einlassanschluss 200 enthalten, um es zu ermöglichen, das biopharmazeutische Materialien darin eingebracht werden können in das Innere (nicht gezeigt) des nachgiebigen Behälters 10 und daraus entfernt werden können. Der Einlassanschluss 200 kann einen Kanal oder eine Röhre z.B. enthalten, welche integral mit dem nachgiebigen Behälter 10 sein können oder welche mit dem Einlassanschluss 200 unter Verwendung einer Passung verbunden sein können, die innerhalb des Einlassanschlusses platziert ist. Passungen so wie jene, die in US-Patent Nr. 6,186,932 beschrieben sind, können für die Verbindung von solchen Röhren verwendet werden. Ebenso können Passungen, die die Sterilität des Inhalts des Behälters oder des Beutels aufrecht erhalten bevorzugt verwendet werden. Die Passungen können konfiguriert sein in verschiedenen Gestalten, wie beispielsweise geraden Passungen und/oder angewinkelten Passungen einschließlich neunzig (90) Grad Ellenbogen, falls gewünscht. Der Einlassanschluss 200 kann ein Filter enthalten (nicht gezeigt), um beliebiges biopharmazeutisches Material zu filtern. Der nachgiebige Behälter 10 kann ebenso entleert werden, indem der nachgiebige Behälter 10 von oben nach unten gedreht wird und es dem Inhalt gestattet wird auszulaufen. Ebenso kann ein starrer oder halbstarrer Halter (nicht gezeigt) an dem nachgiebigen Behälter 10 angebracht sein, um das Tragen und/oder Speichern des nachgiebigen Behälters 10 zu erleichtern.
  • Ferner, obwohl der Behälter hierin als nachgiebiger Behälter oder Beutel beschrieben ist, kann der Behälter aus halbstarrem Material hergestellt sein. Solches Material kann verwendet werden, um einen Behälter zu konstruieren, welcher geformt ist, sich dem Inneren des Wärmetauschers 20 anzupassen. Bevorzugt gleichgültig ob der Behälter aus nachgiebigem oder halbstarrem Material gebildet ist, enthält er Oberflächen, die die inneren Oberflächen des Wärmetauschers 20 kontaktieren, so dass es einen direkten Kontakt zwischen den gekühlten (oder aufgeheizten in einem Auftauprozess) Oberflächen des Wärmetauschers 20 gibt und den äußeren Oberflächen des Behälters, der die biopharmazeutischen Materialien enthält.
  • Nachdem das biopharmazeutische Material gefroren ist (z.B. auf negative 20 EC oder darunter), oder seine Temperatur andersartig im nachgiebigen Behälter 10 reguliert wird, in einer Temperatursteuerungseinheit, wie beispielsweise dem Wärmetauscher 20, kann der nachgiebige Behälter 10 daraus entfernt werden und in einem Gefriergerät platziert werden zum Speichern, oder das biopharmazeutische Material kann aus dem nachgiebigen Behälter 10 entfernt und verwendet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmetauscher 400 eine Vielzahl von aufnehmenden inneren Teilen 410 zur Aufnahme einer Vielzahl von nachgiebigen Behältern 10 enthalten, die daran angepasst sind, biopharmazeutisches Material zu enthalten, wie dargestellt in 6. Jeder aufnehmende innere Teil 410 kann eine Vielzahl von beweglichen Wänden 430 zur Komprimierung des nachgiebigen Behälters 10 enthalten. Der Wärmetauscher 400 kann ebenso eine oder mehrere Wärmeübertragungsplatten 460 enthalten zum Regulieren einer Temperatur des nachgiebigen Behälters 10 und deswegen des Inhalts davon. Der Wärmetauscher 400 ist mit einer Temperatursteuerungseinheit 440 zur Regulierung von Temperaturen der Platten 460 gekoppelt, worin die Temperatursteuerungseinheit 440 durch eine Steuerung 450 gesteuert wird, die durch einen Anwender programmierbar ist.
  • Ein typischer Prozess zur Konservierung von biopharmazeutischem Material ist wie nachfolgend beschrieben. Flüssiges biopharmazeutisches Material wird eingefüllt durch den Anschluss 200 in den nachgiebigen Behälter 10. Der nachgiebige Behälter 10 wird dann in einen Wärmetauscher 20 eingebracht, wie gezeigt in 1, 2, 4 und 5, wo der biopharmazeutische Inhalt abgekühlt und eingefroren wird (z.B. bei Unter-Null-Temperatur) in einer gesteuerten Weise, so dass die Gefrierrate gesteuert wird innerhalb oberer und unterer Grenzen wie beschrieben in US-Patentanmeldung 09/905,488 z.B., um die Cryokonzentration des biopharmazeutischen Materials zu verhindern oder behindern, wodurch eine unerwünschte Verschlechterung des biopharmazeutischen Materials verhindert wird. Alternativ kann der nachgiebige Behälter 10 in den Wärmetauscher 20 eingesetzt werden bevor das biopharmazeutische Material in den nachgiebigen Behälter 10 eingebracht wird. Nachdem das biopharmazeutische Material im nachgiebigen Behäl ter 10 gefroren ist, kann der nachgiebige Behälter 10 vom Wärmetauscher 20 entfernt werden und in einem großen Gefriergerät, z.B. einem Gefrierraum, platziert werden, der eine innere Lufttemperatur von ungefähr negativen 20 EC oder darunter hat, wie sie typisch in pharmazeutischen Herstellungsfabriken oder großen medizinischen Institutionen (d.h. Krankenhäusern) vorherrscht. Das biopharmazeutische Material kann aus der Gefrierkammer entfernt werden und in eine Temperatursteuerungseinheit eingebracht werden, wie beispielsweise den Wärmetauscher 20, um aufgetaut zu werden, wenn es gewünscht wird das biopharmazeutische Material zu verwenden oder weiter zu verarbeiten. Es wird weiter für jene Fachleute auf dem technischen Gebiet verstanden werden, dass Abwandlungen für spezielle Beispiele, die hierin beschrieben sind, durchgeführt werden können und die Schritte zur Durchführung des Verfahrens zur Konservierung des biopharmazeutischen Materials.
  • Es wird ebenso für einen Fachmann auf dem Gebiet verstanden werden, dass der hierin beschriebene nachgiebige Behälter daran angepasst werden kann, um in Gefäßen, Behältern, Temperatursteuerungseinheiten und/oder Wärmetauschern von verschiedener Form und Abmessung verwendet zu werden. Zum Beispiel könnten die Behälter in dreieckiger, konischer, zylindrischen, pyramidenstumpfförmiger oder kegelstumpfförmiger Gestalt geformt sein. Ferner können die Temperatursteuerungseinheiten, z.B. der Wärmetauscher 20, so gebildet sein, dass sie innere Teile von verschiedenen Formen haben, welche daran angepasst sind, Behälter oder nachgiebige Behälter von verschiedenen Formen oder Abmessungen aufzunehmen. Ebenso können Temperatursteuerungseinheiten von verschiedenen Arten verwendet werden zusätzlich zum Wärmetauscher 20. Zum Beispiel könnten ebenso Detonationsgefriereinheiten verwendet werden, um die Temperatur des Inhalts der nachgiebigen Behälter, wie beispielsweise den Behälter 10, zu steuern. Zusätzlich könnte cryogenisches Fluid auf den nachgiebigen Behälter 10 aufgesprüht werden, um zu Kühlen oder warmes Fluid kann darauf gesprüht werden zum Heizen desselben. Ferner können die Temperatursteuerungseinheiten von verschiedenen Formen oder Abmessungen sein, um Behälter aufzunehmen oder nachgiebige Behälter von verschiedenen Formen oder Abmessungen. Die Temperatursteuerungseinheit könnte ebenso daran angepasst sein, die inneren Teile davon auf verschiedene Temperaturen aufzuheizen und/oder abzukühlen. Ebenso könnten die Temperatursteuerungseinheiten eine Anzahl von beweglichen Wänden enthalten, um die darin gehaltenen nachgiebigen Behälter zu komprimieren. Ferner können diese nachgiebigen Behälter, Behälter, Temperatursteuerungseinheiten, Detonationsgefriereinheiten und/oder Wärmetauscher daran angepasst sein zur Verwendung mit anderen Materialien als biopharmazeutischen Materialien.
  • Ferner, obwohl bevorzugte Ausführungsformen im Detail hierin beschrieben wurden, wird es klar ersichtlich sein für jene, die geschickt sind im relevanten Gebiet, dass verschiedene Abwandlungen, Hinzufügungen, Ersetzungen oder ähnliches durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims (18)

  1. System zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials, wobei das System aufweist: einen nachgiebigen Behälter, der daran angepasst ist, biopharmazeutisches Material darin aufzunehmen zum Einfrieren, Auftauen und Speichern, wobei der Behälter einen ersten, im Wesentlichen trapezoiden Teil aufweist, der angebracht ist an einem im Wesentlichen zweiten trapezoiden Teil.
  2. System nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Temperatursteuerungseinheit, und wobei der Behälter konfiguriert ist, sich einer Form eines Inneren der Temperatursteuerungseinheit anzupassen als Reaktion darauf, dass der Behälter im Wesentlichen mit dem biopharmazeutischen Material gefüllt ist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei der erste Teil und der zweite Teil miteinander an einer Naht verbunden sind und wobei der Behälter daran angepasst ist, longitudinal in der Temperatursteuerungseinheit aufgenommen zu werden, um zu bewirken, dass die Naht in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zu wenigstens einer lateralen Wand der Temperatursteuerungseinheit angeordnet ist.
  4. System nach Anspruch 1, wobei ein erster Winkel einer ersten Seite des Behälters relativ zu einer Anzeigelinie im Wesentlichen senkrecht zur Bodenseite des Behälters eine erste Abmessung aufweist, und ein zweiter Winkel einer Wand einer Temperatursteuerungseinheit relativ zu einem Boden der Temperatursteuerungseinheit eine zweite Abmessung aufweist, und worin die erste Abmessung im Wesentlichen komplimentär zur zweiten Abmessung ist.
  5. System nach Anspruch 4, wobei ein dritter Winkel einer zweiten lateralen Seite des Behälters relativ zu einer zweiten Anzeigelinie im Wesentlichen parallel zur Anzeigelinie eine dritte Abmessung aufweist und wobei die dritte Abmessung im Wesentlichen äquivalent zur ersten Abmessung ist.
  6. System nach Anspruch 4, wobei die Wand eine erste Wand ist und die Temperatursteuerungseinheit eine zweite Wand aufweist gegenüber der ersten Wand, eine Vielzahl von Wärmeübertragungsoberflächen, eine dritte Wand und eine vierte Wand, wobei die dritte und die vierte Wand daran angepasst sind, sich relativ zueinander zu bewegen, um den Behälter zu komprimieren, um zu bewirken, dass ein Abstand zwischen dem Behälter und der Vielzahl von Wärmeübertragungsüberflächen verhindert wird.
  7. System nach Anspruch 1, wobei der Behälter daran angepasst ist, eine prismatische Gestalt aufzuweisen als Reaktion darauf im Wesentlichen mit dem biopharmazeutischen Material befüllt zu sein und aufgenommen in einem Inneren einer Temperatursteuerungseinheit.
  8. System nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Temperatursteuerungseinheit, die daran angepasst ist, den Behälter aufzunehmen, die Temperatursteuerungseinheit eine Wand aufweist, wobei der erste Teil und der zweite Teil miteinander verbunden sind in einer Naht und wobei die Wand eine Vertiefung aufweist, um die Naht aufzunehmen, um es dem Behälter zu ermöglichen, dass er sich im Wesentlichen der Gestalt des Inneren der Temperatursteuerungseinheit anpasst.
  9. System nach Anspruch 1, wobei der Behälter eine sterile Tasche aufweist, die daran angepasst ist das biopharmazeutische Material zu enthalten und worin die Tasche daran angepasst ist im wesentlichen mit einer Form eines inneren einer Temperatursteuerungseinheit überein zu stimmen
  10. System nach Anspruch 1, wobei der Behälter daran angepasst ist, das biopharmazeutische Material wenigstens bei einem vor, während und nach dem Gefrieren des biopharmazeutischen Materials zu enthalten, wenn das biopharmazeutische Material in den Behälter aufgenommen wird.
  11. System nach Anspruch 1, wobei der Behälter daran angepasst ist, das biopharmazeutische Material wenigstens aus einem vor, während und nach dem Auftauen des biopharmazeutischen Materials zu enthalten, wenn das biopharmazeutische Material in den Behälter aufgenommen wird.
  12. System nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Temperatursteuerungseinheit, die daran angepasst ist, den Behälter aufzunehmen, daran angepasst, eine Temperatur des biopharmazeutischen Materials zu steuern, wenn das biopharmazeutische Material in dem Behälter enthalten ist in einem Inneren der Temperatursteuerungseinheit.
  13. System nach Anspruch 12, weiter aufweisend eine Steuerung zur Steuerung der Temperatursteuerungseinheit, wobei die Steuerung durch einen Anwender steuerbar ist.
  14. Verfahren zum Einfrieren, Auftauen und Speichern eines biopharmazeutischen Materials, das Verfahren aufweisend: Verbinden eines ersten flachen, im Wesentlichen trapezoiden Teils mit einem zweiten flachen, im Wesentlichen trapezoiden Teil, um einen Behälter zu bilden, der daran angepasst ist, das biopharmazeutische Material zu enthalten und daran angepasst ist, einer Gestalt eines Inneren einer Temperatursteuerungseinheit zu entsprechen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, weiter aufweisend Anordnen des Behälters in einem Inneren der Temperatursteuerungseinheit und Komprimieren des Behälters, um zu verhindern, dass sich ein Abstand zwischen dem Behälter und wenigstens einer Wärmeübertragungsoberfläche der Temperatursteuerungseinheit bildet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, weiter aufweisend Bewirken, dass der Behälter eine prismatische Gestalt durch Komprimierung annimmt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, weiter aufweisend Bewirken der Kompression durch Bewegung wenigstens einer Wand der Temperatursteuerungseinheit.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, weiter aufweisend wenigstens eines aus Einfrieren und Auftauen des biopharmazeutischen Materials im Behälter im Inneren der Temperatursteuerungseinheit.
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