JP2018534940A - 生物活性をサポートする使い捨てバイオプロセスシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、生体物質の発現のための灌流モード連続プロセスにおける、高い微生物濃度で液体培地中に懸濁された微生物の培養に最も好適に組み合わされた、単回使用バイオリアクタ、単回使用ポンプ及び単回使用微生物保持フィルタからなる、使い捨てバイオプロセスシステムに関する。液体単回使用ポンプのインレットポートは、弁を介して、液体搬送ポートを通して、単回使用バイオリアクタの培養液リザーバに接続される。液体圧送用単回使用ポンプのアウトレットポートは、弁を介して、微生物保持フィルタに接続される。また本発明は、連続処理のために上記滅菌使い捨てバイオプロセスシステムを灌流モードで動作させる方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体物質の発現のために高い微生物濃度で液体培地中に懸濁された微生物の培養に最も好適に組み合わされた、単回使用バイオリアクタ、単回使用圧送デバイス、及び単回使用微生物保持フィルタからなる、使い捨てバイオプロセスシステム、並びに上記使い捨てバイオプロセスを連続プロセスで動作させる方法に関する。

製薬用バイオリアクタ及び発酵槽において、その目標は、再生医療及び治療用途若しくは薬剤といった医療用途のための、生体物質又はバイオマスの生産、又は生体細胞若しくは微生物からの、治療目的のための若しくは薬剤としての分子のより典型的な発現のために、微生物を培養する又は発酵させることである。

再使用可能な使い捨てでない撹拌タンクリアクタ（ＳＴＲ）は、バイオリアクタ又は発酵槽であり、これは、１リットル未満〜２００リットル超のサイズであり、ステンレス鋼及び高品質ガラスで形成される。研究室スケールのＳＴＲバージョンの典型的な容積は、１〜２０リットルであり、取り外し式ステンレス鋼ヘッドプレートの下にガラスハウジング／コンテナを備え、ＳＴＲ全体は３脚金属構造体に懸架される。ヘッドプレートは、センサ、試料採取、ガス交換、培地交換、及びＳＴＲ内部の培地の撹拌を保証するための外部設置型サーボモータの接続のための中央に配向されたシャフト用の、複数のポートを内包する。ＳＴＲの電気加熱ブランケット又はウォータージャケットによって、温度を調節する。

使い捨て撹拌タンクリアクタは、９０年代半ばほどの最近において新しいものであり、おそらくは流行を過ぎたものでさえあった。単回使用バイオリアクタ（ＳＵＢ）が成熟したため、単回使用設備の市場におけるその需要は急速に拡大した。使い捨て生産設備への移行は、多くの例において、交差汚染の問題、蒸気滅菌及び洗浄要件のコスト削減、プラントの柔軟性の改善、最終製品のコストの削減及び市場までの時間の短縮を動機としている。

従来技術
・いずれもＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐによる特許文献１、２は、剛性プラスチック上部カバー、及び１つ又は複数の流体ポートをハウジング本体に備える剛性プラスチック本体という２つの部品からなる、予備滅菌済み使い捨てバイオリアクタを記載しており、上記上部カバーにはセンサポートが一体化され、全てのポートはキャップを有する。

・Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃによる特許文献３‐可撓性車軸上の羽根車と、乱流を生成する、３つのコンテナ壁が一体化したバッフルと、センサポートを備えないカバーとを備える、使い捨て対称円筒形プラスチックスピナーフラスココンテナ。

・Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ発酵槽ハウジング本体モデルＢｉｏＦｌｏ３１０は、金属ジャケット付き底部組立体、ガラスシリンダ、及び金属ヘッドプレートからなる。２つの水熱／水冷ポートを除く全てのポートは、ヘッドプレートに配設される。更に駆動モータがヘッドプレートに配設される。

・Ｒｅｆｉｎｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．による特許文献４は、液体ろ過システムを開示し、これは、併せて高細胞密度培養のための細胞保持システムとして機能する、培養ストレージコンテナ、中空繊維フィルタモジュール、及び隔壁ポンプを備え、またこのシステムでは、圧送デバイスが、弁を用いずに、培地の再循環のために交互に動作する。

・Ａｒｔｅｌｉｓ Ｓ．Ａ．による特許文献５は、使い捨て培養物ハウジング本体を記載しており、これは、センサが一体化された少なくとも１つの外壁、高細胞密度の細胞保持システムとして機能する培養ゾーン及び移送ゾーン、並びに培地の再循環のための渦巻きポンプを備える。

・Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ Ｓｔｅｄｉｍ Ｂｉｏｔｅｃｈ ＧｍｂＨによる特許文献６は、培養コンテナの隣に、注入器が配設された１つ又は複数のエアレーションチューブを備える、バイオリアクタを記載している。

・ＤＡＳＧＩＰ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨによる特許文献７は、並列ブロックに適合するよう設計された（図５参照）小型使い捨てバイオリアクタ（ＳＴＲ）を記載している。このＢｉｏｂｌｏｃｋという製品は、温度制御を実施し、また撹拌デバイスの駆動も実施する。Ｂｉｏｂｌｏｃｋは、ＳＴＲコンテナの底部に内包された４つのＳＴＲ又はＳＵＢを並列動作させるよう設計される。

高細胞密度での半連続プロセスモード／灌流モードで撹拌タンクリアクタを動作させるには、細胞保持システム等の追加の技法及び設備が必要となる。撹拌タンクリアクタを、外部に配設される、自律型の交互流れ配向ポンプ、及びクロスフローフィルタ（Ｃｒｏｓｓ‐Ｆｌｏｗ‐Ｆｉｌｔｅｒ）デバイスと組み合わせると、中から高程度の細胞密度、及び数週間の灌流モード動作が良好にもたらされることが分かっている。業界でＡＴＦとして公知かつ支配的である、米国ニュージャージー州のＲｅｆｉｎｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによる交番タンジェンシャルフロー（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ‐Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ‐Ｆｌｏｗ）コンセプトは、高い細胞数、及び細胞非含有の産物の採取を可能とする。提供されている全てのＡＴＦは、再使用可能なステンレス鋼及びガラス設計であり、単回使用のための完全なセットアップとしての利用はできない。

連続処理及び迅速な複数回の試験に関する業界からの需要の増大にも拘らず、完全に予備滅菌済みである単回使用パッケージにポンプ及び細胞保持システムを一体化した撹拌タンクリアクタの開発は、極めて驚くべきことに、推進されていない。業界は現在、時間及びコストの掛かる蒸気滅菌を必要とする、ガラス及び鋼鉄をベースとする従来のＡＴＦを供給されている。無菌状態である必要があるＳＴＲ又はＡＴＦ部品のいずれの再使用は、汚染、及びコストの掛かる培養物の損失という主題に関与する。

米国特許第２００９／０３１１７７６号 欧州特許第２１４１２２４号 米国特許第２００８／０１３１９５７号 米国特許第６，５４４，４２４号 国際公開第２０１００５５１４３号 米国特許第７，４２５，４４１号 欧州特許第２６７４４８０号

本発明に関連する定義
・用語「ある（ａ又はａｎ）」は、本明細書中で使用される場合、１つ若しくは複数、又は少なくとも１つを意味する。

・用語「交番／交互の（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）」は、本明細書中で使用される場合、双方向の液体流を指す。ある具体的な同一の体積が前方及び後方へと移動し、流れ方向の制御のための弁は含まれない。

・用語「ＡＴＦ」は、本業界及び本明細書で使用される場合、交番タンジェンシャルフロー（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ‐Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ‐ Ｆｌｏｗ）を意味し、これは、ポンプの定格容積が一定であり、この容積が交番する、即ち前後（前方及び逆方向）に変化するというコンセプトであり、隔膜は２つの端部位置の間でのみ移動でき、新たな新鮮な液体又は培養液がポンプに直接加えられることはなく、弁は含まれない。

・用語「逆流（ｂａｃｋｆｌｏｗ）」は、わずかな採取物の戻り流を指して使用され、これはＴＭＰ、即ち膜間圧（Ｔｒａｎｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を増大させ、これは膜に沿った高速流が堆積物を除去するのをある程度支援する。逆流は、（剛性）膜産業において広範に使用されるものの「中空繊維モジュール（ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｒｅ ｍｏｄｕｌｅ）」等の弾性膜には適していない用語「バックフラッシュ（ｂａｃｋｆｌｕｓｈ）」と混同してはならない。

・用語「バッチ操作（ｂａｔｃｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」は、本明細書中で使用される場合、定常ＷＶでの操作方法を指し、新鮮な培地は追加されず、使用済みの培地及び／又は液体は除去されず、典型的には、ＣＨＯ細胞等の微生物を培養する際には１週間未満かかる。

・用語「生体物質（ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ）」は、本明細書中で使用される場合、有機化合物、組織、細胞成分、身体適合性流体、バイオマス、生体複合体、生体適合性材料、一般的な抗体、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、治療目的のための分子等を指す。

・用語「バイオリアクタ（ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）」は、本明細書中で使用される場合、生物学的に活性の環境が、羽根車によって撹拌される液体培地中に懸濁された微生物の培養のために所望のプロセスを実施するために好適である、物理的デバイスを意味する。

・用語「培養液（培養液）」は、本明細書中で使用される場合、未濾過液体内容物、発酵槽又はバイオリアクタ内の培養スープを意味し、これは細胞、デブリ、微生物、栄養素を含む培地、廃棄物、採取物等からなる。培養液、原材料は、ＣＦＦに入り、クロスフローフィルタ膜を通過し、これにより培養液は、ＣＦＦの出口においてわずかに濃縮された濃縮液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）となり、バイオリアクタに戻されて、バイオリアクタ中の培養液と再混合される。

・用語「ＣＨＯ」は、チャイニーズハムスター卵巣（Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈａｍｓｔｅｒ Ｏｖａｒｙ）細胞を意味し、これは、医薬産業のタンパク質発現プラットフォームとして極めて一般的な、「微生物」及び哺乳類細胞株である。

・用語「コンテナ（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）」は、本明細書中で使用される場合、中空ハウジング、内部リザーバを備える本体を意味し、これは開放又は閉鎖されていてよく、例えば限定するものではないが、ビーカ、フラスコ、瓶、チューブ、容器（ｖｅｓｓｅｌ）、タンク、リザーバを形成する壁を備えたポリマー材料フィルムバッグである。コンテナは、例えば撹拌タンクリアクタとして動作する場合、典型的には、垂直壁と、下方を向いた水平底部壁とを有して構成され、これにより、コンテナ内の液体又は流体は、動作モード中、主にコンテナの内部に維持される。コンテナは円筒形設計、又は円錐形設計若しくは立方体状設計、可撓性フィルムバッグ、若しくはこれらの組み合わせといった非円筒形設計のものであってよい。コンテナは、ＳＵＢ、ＳＵＰ、ＣＦＦを内包するか又は取り囲んでよい。

・用語「コンテナ容積（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｖｏｌｕｍｅ：ＣＶ）」は、本明細書中で使用される場合、バイオリアクタ又は発酵槽又はミキサとして使用される場合のハウジング本体の総容積を指す。

・用語「クロスフローフィルタ（Ｃｒｏｓｓ‐Ｆｌｏｗ‐Ｆｉｌｔｅｒ：ＣＦＦ）」は、本明細書中で使用される場合、フィルタデバイス、分離デバイスであり、これは、液体、及び液体中に懸濁された選択可能な成分を、液体容積を有する上記分離デバイスに、上記デバイスの反対側へと通過させることができ、これは、所望の懸濁された成分が上記分離デバイスを通過せずに除去される特定の仕様を有する上記デバイスを横断、通過させることによって行われる。上記デバイスは、培養液のための第１の入口、及び濃縮液のための第２の出口を有する。第１の培養液入口と第２の濃縮液出口との間には、産物、濾過液、上記デバイスを通過した採取物のための第３の浸透出口が存在する。

・用語「培養（ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ）」又は「培養（ｃｕｌｔｕｒｉｎｇ）」は、哺乳類細胞等の微生物を、上記微生物による産物の発現又は上記微生物の増殖といった産生を目的としたバイオリアクタ中で保持することを指す。

・用語「堆積物（ｄｅｐｏｓｉｔ）」又は「膜コーティング（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｃｏａｔｉｎｇ）」又は「濾過ケーキ（ｆｉｌｔｅｒ ｃａｋｅ）」は、本明細書中で使用される場合、溶質、粒子、微生物を、クロスフローフィルタ膜表面等の膜表面上に、又は更には膜の細孔内に、膜の性能を劣化させ、かつ膜間圧を望ましくないレベルまで上昇させるような方法で、堆積させるプロセスを指す。このような堆積物は、洗浄目的の再循環培養液の高い速度等の、上昇した剪断力によって、除去できる。

・用語「隔膜（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）」は、本明細書中で使用される場合、円形の、ある程度ドーム状になったゴム材料のシートであり、好ましくは外周に封止用構成を有する。隔膜はハウジング内で動作して、ＳＵＢからの培養液によって湿った側を、駆動流体側から分離する。

・用語「使い捨て（ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ）」は、好ましくは低コストの、使用後に破棄できる、合成材料製であることが多い製品を指す。本明細書において提示される使い捨てバイオリアクタシステムは更に、使用の準備として梱包及び予備滅菌される。

・用語「外部施設（領域）（ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｆａｃｉｌｉｔｙ （ａｒｅａ））」は、使い捨てバイオプロセスシステムが使用される研究室、生産施設、試験施設を意味する。外部施設では、下流プロセスも実施してよい。

・用語「流加培養（ｆｅｄ‐ｂａｔｃｈ）」操作は、本明細書中で使用される場合、最小の培地体積でプロセスを開始し、上記プロセスには新鮮な培地を加え、プロセスの終了まで液体を除去しない、バイオリアクタ又は発酵槽を指す。ハウジング本体内の最小の培地体積は、微生物を接種され、プロセス終了前に最大ＷＶが達成されるまで、シード列（ｓｅｅｄ ｔｒａｉｎ）となる。典型的な操作時間は、バッチ操作の２〜３倍長い。

・用語「発酵槽（ｆｅｒｍｅｎｔｅｒ）」は、本明細書中で使用される場合、液体培地中に懸濁されてタービンによって撹拌された場合に発酵を行う微生物の発酵に好適な物理的デバイス、コンテナを意味する。

・用語「発酵（ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ）」は、本明細書中で使用される場合、産業目的の生体単細胞生物、原核生物、バクテリア等の微生物の、発酵槽中での保持を指し、産物を発現する。

・用語「フィルタデバイス（ｆｉｌｔｅｒ デバイス）」は、本明細書中で使用される場合、ＣＦＦと呼ばれるクロスフローフィルタを指す。

・用語「流体（ｆｌｕｉｄ）」は、気体又は液体、即ち可変体積の空気若しくは窒素といった気体、又は定常体積の水及び／若しくは油等の液体、又は気体及び液体の混合物を指す。

・用語「ガラス（ｇｌａｓｓ）」は、本明細書中で使用される場合、透明なシリカ系の非晶質の脆性及び固体材料を指し、優れた耐腐食性を有することが多い。

・用語「採取物（ｈａｒｖｅｓｔ）」は、本明細書中で使用される場合、バイオリアクタ内で培養された又は発酵槽内で発酵した微生物によって生成された、予想された産物である、培養液の産物部分（例えばタンパク質）を指す。採取物（濾過液、透過液）は、膜及び／又はＣＦＦ濾過によって、培養液から分離できる。透過液をＣＦＦから除去すると、培養液は濃縮される。

・用語「中空繊維モジュール（ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｒｅ ｍｏｄｕｌｅ）」は、本明細書中で使用される場合、ポリエーテルスルホン又は他のポリマーといった多孔性弾性材料から製作された複数の薄壁チューブの束の内部の端部カバーを備える、外側剛性壁チューブから作製されたデバイスを指す。上記チューブの束は封止されて端部カバーへと成形され、これは内部のチューブを外部のチューブから分離し、従ってクロスフローフィルタとして魅力的である。

・用語「羽根車（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）」は、撹拌、混合、圧送、液体循環を目的として、液体が充填されたコンテナ内で回転する、複数のブレード又は翼を備える低速流体撹拌デバイスを指す。

・用語「液体吸引チューブ（ｌｉｑｕｉｄ ｓｕｃｔｉｏｎ ｔｕｂｅ）」は、本明細書中で使用される場合、コンテナから培養液を吸引、搬送する液体インレット、パイプ又はチューブを指す。液体吸引チューブは、液体を、インレット弁を通して圧送デバイスのインレットへと搬送する。

・用語「培地（ｍｅｄｉａ）」、「成長培地（ｇｒｏｗｔｈ ｍｅｄｉａ）」、「栄養素（ｎｕｔｒｉｅｎｔ）」は、本明細書中で使用される場合、相互交換可能なものとして使用され、ほとんどが水、炭素源、酸素等の様々な気体、並びにビタミン、ホルモン、成長因子、動物血清、抗生物質、抗酸化剤、消泡剤、細胞安定剤及び「微生物」の培養のための他の成分といった添加物を含有する、滅菌複合混合物を指す。いくつかの培地は血清ベースであり、いくつかは血清非含有、動物非含有、タンパク質非含有、及びタンパク質非含有の、又は化学的に定義された培地である。培養中、培地及び微生物及び様々なデブリの組み合わせは、「培養液（ｂｒｏｔｈ）」と呼ばれる。

・用語「膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）」は、境界層を指し、これは、選択的バリアとして機能し、（ポンプによって供給されるもの等の）駆動力の作用を受けた場合に、特定の又は所望の粒子、分子又は物質に対して不透過性のままとなる。多孔性膜は、ポリマー、セラミック、金属といった、多様な可撓性及び剛性材料から製作される。技術用語「クロスフローフィルタ（ＣＦＦ）デバイス（Ｃｒｏｓｓ‐Ｆｌｏｗ‐Ｆｉｌｔｅｒ（ＣＦＦ）デバイス）」としても見られる。膜は、採取物として公知の培養液の一部を澄ませる。

・用語「膜汚損（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ）」は、本明細書中で使用される場合、固体、細胞、細胞部分、細胞膜、凝集物等が、層、生体膜、デブリのケーキを、多孔性膜インレット表面に生成した場合の影響を指す。この影響は、膜及び堆積物の組み合わせの抵抗の増大を克服して、必要な場合に一定の流動を維持するために、より高いＴＭＰを要求する。膜堆積物は、高い剪断力、高い培養液速度、及び／又はバックフラッシュによって除去できる。

・用語「マイクロキャリア（ｍｉｃｒｏ‐ｃａｒｒｉｅｒ）」は、付着依存性の微生物の培養を可能とする、微生物支持デバイス又は成長体を指し、これはゼラチン、コラーゲン、セルロース若しくはポリマー材料又はガラスで構成され、サイズ範囲は典型的には１００〜１０００μｍであり、１つ又は複数のコーティングで更に官能化できる。

・用語「微生物（ｍｉｃｒｏ‐ｏｒｇａｎｉｓｍ）又は「細胞（ｃｅｌｌ）」又は「生物細胞（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｅｌｌ）」は、本明細書中で使用される場合、相互交換可能なものとして使用され、典型的には以下のように分けられる：１．真菌、藻類、苔、プランクトン、酵母、原生生物、真核生物、古細菌、微小動物、極限細菌及び植物細胞等の、生体単細胞生物、細菌（ｍｉｃｒｏｂｅ）；２．動物細胞、昆虫細胞、哺乳類細胞、ヒト細胞、幹細胞といった、付着性又は半付着性又は懸濁された生体細胞；３．大腸菌等の原核生物及び多様なバクテリア。以上の大半は、特定の目的及び産物の需要に応えるために遺伝子修飾される。

・用語「灌流（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ）」又は「細胞／微生物保持灌流（ｃｅｌｌ／ｍｉｃｒｏ‐ｏｒｇａｎｉｓｍ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ）」モード動作は、本明細書中で使用される場合、培養期間全体を通して、培地を順次交換し、新鮮な栄養素を順次追加し、使用した培地／採取物を除去する、ＳＴＲ、ＳＵＢのための動作方法又は原理を指す。ＳＴＲ、ＳＵＢ中に保持された微生物は、バッチよりも４〜８倍長く、また流加培養よりも２〜４倍長く存続する。

・用語「透過液（ｐｅｒｍｅａｔｅ）」は、本明細書中で使用される場合、混合物、培養液、原料の、膜の通過が可能な特定の部分を指す。濾過液としても知られる。

・用語「透過膜（ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）」は、本明細書中で使用される場合、多孔性壁を指し、「膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）」は、液体及び選択された粒子（サイズ分離）が上記膜を通過するのを可能とし、かつ特定の粒子が多孔性膜、バリア、分離壁を通過しないようにする。

・用語「ポート（ｐｏｒｔ）」は、本明細書中で使用される場合、好適な付属品又は関連するセンサ若しくは一般的な接続の取り付けを可能とする、壁のいずれの場所にある孔を指し、以下の群から選択される：ＰＧ１３，５スレッドポート、ロッキングポート、圧入ポート、又はルアーロック付属品、接続用付属品、滅菌付属品、ホース、チューブ、タケノコ継手（ｈｏｓｅ ｂａｒｂ）等に関わるポート。

・用語「ＰＧ１３，５」は、ネジ山付き機械的コネクタを備える従来のセンサ（ＲＵＳ）又はポートである。ＰＧは、Ｓｔａｈｌ‐Ｐａｎｚｅｒ‐Ｒｏｈｒ‐Ｇｅｗｉｎｄｅとして公知の技術規格用語である。

・用語「ＰＣＳ」又は「プロセス制御システム（Ｐｒｏｃｅｓｓ‐Ｃｏｎｔｒｏｌ‐Ｓｙｓｔｅｍ）」は、本明細書中で使用されるプログラマブル論理制御（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＰＬＣ）、並びに計算能力を有する中央演算処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ‐Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ‐Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）電子デバイスが組み込まれたパーソナルコンピュータ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ：ＰＣ）及び埋込み式コンピュータ（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ：ＥＣ）を指す。ＰＬＣは、プロセス制御を目的として、様々なセンサからの入力及び様々なアクチュエータのための出力を伴う、様々な入出力（Ｉ／Ｏ）を有する。ＰＣＳは、ソフトウェア、アルゴリズム、プロセスレシピをビルトインメモリ内に統合しており、これは、上記プロセスレシピに従った実行中のプロセスの整合のための、培養又は発酵プロセスの管理、分析のためのものである。ＰＣＳは、プロセスパラメータを変化させるための多様なセンサ及びアクチュエータに対応する。

・用語「ＰＴＦ」は、本明細書中で使用される場合、新規の本業界での用語法であり、本明細書で提示される発明であるパルス化タンジェンシャルフロー（Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ‐Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ‐Ｆｌｏｗ）を意味する。ＰＦＴプロセスは、ＣＦＦを通る一方向の液体流を保証するための、第１のインレット弁及び第２のアウトレット弁を備えるポンプに関わる。

・用語「濃縮液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）」は、本明細書中で使用される場合、「膜」によって引き止められ、かつそのサイズ、形状又は電荷によって膜を通過しない、培養液中の部分、マイクロキャリア、粒子、「微生物」、混合物のデブリを指す。

・用語「スケーラブル（ｓｃａｌａｂｌｅ）」は、本明細書中で使用される場合、ＣＶ及びＷＶが固定されたガラスコンテナ寸法に限定されない場合の特徴を指す。更に、コンテナ直径と高さとの間の比を変更して、エンドユーザの要件に適合させることができることを指す。

・用語「センサ（ｓｅｎｓｏｒ）」は、本明細書中で使用される場合、所与のプロセス内で関連する作動中の品質プロセス変数、例えばｐＨレベル、溶解酸素（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ：ＤＯ）、バイオマス／細胞密度、キャパシタンス、導電率、溶解二酸化炭素、乳酸、グルコース、グルタミン、グルタミン酸、アンモニア、圧力、液位、流体質量流量、速度、温度、粘度等を測定できるデバイスを指す。ＳＵＰ性能を測定するためのセンサは、近接センサであってよく、距離は機械的、光学的、電気的なものである（例えば三角レーザセンサ、圧力感受性レベルセンサ、又はキャパシタンス若しくは超音波ベースの距離センサ）。センサは一般に、再使用可能なセンサ又は単回使用センサとして利用可能である。

・用語「単回使用（ｓｉｎｇｌｅ‐ｕｓｅ）」は、本明細書中で使用される場合、１回のみの使用のために、使用後に破棄されるよう設計された製品であり、典型的には「滅菌状態で（ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ）」、使用準備ができた状態で配送され、例えば「単回使用バイオリアクタ（Ｓｉｎｇｌｅ‐Ｕｓｅ‐Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ：ＳＵＢ）」及び「単回使用センサ（Ｓｉｎｇｌｅ‐Ｕｓｅ‐Ｓｅｎｓｏｒ：ＳＵＳ）」である。

・用語「単回使用センサ（ＳＵＳ）」は、本明細書中で使用される場合、分析物、プロセス条件、流体濃度を作動中に測定でき、測定された濃度に関連する電気信号等の信号を送信できる、使い捨てデバイスを指す。安価なＳＵＳ本体は主に、二重又は三重フィルムバッグ内に全て内包された状態で同時に滅菌するために、ＳＵＢ又はＳＵＦ内に事前設置されるよう、ポリマー材料から設計され、これはエンドユーザの利便性のためであり、エンドユーザはこれにより、使用前の滅菌を省略できる。

・用語「単回使用バイオリアクタ（ＳＵＢ）」は、本明細書中で使用される場合、ＳＴＲ又はバイオリアクタ又は単回使用発酵槽を含み、かつ好ましくは圧送デバイス及び１つ又は複数の「単回使用センサ」と共に事前設置される、１つ又は複数のフィルムバッグを指し、これらは全て使い捨て材料から製作され、滅菌によって使用準備ができた状態となっており、これにより従来の家庭内での加熱滅菌を排除できる。

・用語「単回使用ポンプ（Ｓｉｎｇｌｅ‐Ｕｓｅ‐Ｐｕｍｐ：ＳＵＰ）」は、本明細書中で使用される場合、
少なくとも部分的に使い捨て材料から製作された流体搬送デバイスを指し、例えば蠕動ポンプ又は遠心ポンプ又はチューブポンプ又は隔膜ポンプ又はピストンポンプ又は直接気体‐液体表面駆動空気カラムポンプ等であり、使い捨て湿潤部分及び再使用可能な非湿潤部分及び流れ方向の制御のための弁を備える。

・用語「ステンレス鋼（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ）」は、本明細書中で使用される場合、主にニッケル、クロム、バナジウム、炭素及び鉄をベースとする、少なくとも優れた耐腐食性を特徴とする合金金属を指す。

・用語「滅菌（ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ）」は、本明細書中で使用される場合、あらゆる形態の生命又は他の生物学的製剤を排除（除去）又は殺滅（不活性化）する、いずれのプロセスを指す。滅菌は、以下のうちの１つ又は複数によって達成できる：熱、化学物質、照射、高圧及び濾過。

・用語「滅菌済み（ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ）」は、本明細書中で使用される場合、プラスチックフィルムバッグに内包され、上記バッグの内容物が滅菌されることを保証する滅菌方法に供された、製品を指す。この製品は、１つ又は複数の上記フィルムバッグに入れて、開封及び使用の準備ができた状態でエンドユーザに供給される。これによりエンドユーザは、オートクレーブで処理した従来の再使用可能な設備と同様の煩雑な加熱滅菌を回避できる。

・用語「撹拌タンクリアクタ（Ｓｔｉｒｒｅｄ‐Ｔａｎｋ‐Ｒｅａｃｔｏｒ：ＳＴＲ）」は、幅広く使用される表現であり、本明細書中で使用される場合、培地中の栄養素及び気体を「微生物」と強制的に交換するためのエアレーションデバイス及び１つ又は複数の撹拌又は混合デバイスを組み込んだ「コンテナ容積（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｖｏｌｕｍｅ：ＣＶ）」を備える、バイオリアクタ又は発酵槽を指す。ＳＴＲは主にステンレス鋼及びガラスから製作される。

・用語「懸濁液（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）」又は「懸濁された（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）」は、本明細書中で使用される場合、ＳＴＲ又はＳＵＢ又は「コンテナ」内の液体中（培養液中）で好ましくは均一に懸濁又は結集された、粒子、人工粒子、マイクロキャリア、微生物を指す。

・用語「タンジェンシャルフローフィルタ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｆｉｌｔｅｒ：ＴＦＦ）」は、本明細書中で使用される場合、選択された成分を圧力下で、ある液体容積から別の液体容積へと、「膜」（クロスフローフィルタ）を横断して移動させるデバイスであり、上記膜は、上記膜を通過する際に一部の成分を除去する。いくつかの膜又はフィルタデバイスは、カセットに組み込まれた、又は平坦な若しくは丸みを帯びたプレート、チューブ、波状チューブ若しくは積層中空繊維としてカートリッジ内に形成された、スクリーン、多孔性材料シートをベースとしたものであってよい。

・用語「上部カバー（ｔｏｐ ｃｏｖｅｒ）」は、本明細書中で使用される場合、上側の、典型的にはヘッドプレートを指し、例えば従来のＳＴＲ用の平坦な金属ディスクである。上部カバーは、限定するものではないが、１９７０年代以来Ｓａｔｏｒｉｕｓ、Ａｐｐｌｉｋｏｎ、Ｆｉｎｅｓｓｅ、Ｂｒｏａｄｌｅｙ‐Ｊａｍｅｓ及び他の供給元から供給されている、支配的なステンレス鋼／ガラスＳＴＲから選択される。利用可能なＰＧ１３，５ポートの数は、上部カバーの直径に影響を受け、一般には３〜４つのポートである。上部カバーは、平坦なディスク以外の形状を取ってもよく、１つ又は複数のポートを備えてよい。

・用語「ＴＭＰ」又は「膜間圧（Ｔｒａｎｓ‐Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」は、本明細書中で使用される場合、膜汚損、膜表面上に蓄積した細胞、デブリ、粒子の優れたインジケータを指す。ＴＭＰが増大することによって、一定の流動において膜汚損を補償する。

・用語「有効容積（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｖｏｌｕｍｅ：ＷＶ）」は、本明細書中で使用される場合、ＳＴＲ又はＳＵＢ内においてその中で培養が行われる、培地容積、プロセス流体、培養液を指す。更に「ヘッドスペース容積（ｈｅａｄ ｓｐａｃｅ ｖｏｌｕｍｅ）」＋有効容積＝コンテナ容積（ＣＶ）である。

図１は、ＳＵＰ及びＣＦＦが組み込まれたＳＵＢを作動させる完全なＰＴＦを示す。 図２は、コンテナの垂直側壁を貫通するチューブを示す。 図３は、コンテナの垂直側壁を貫通するチューブを示す。 図４は、一方向弁及びポンプに接続されたチューブを示す。 図５は、並列動作Ｂｉｏｂｌｏｃｋ内に設置された本発明を示す。 図６は、隔膜ＳＵＰをＳＵＢとＣＦＦとの間に備えるＰＴＦのセットアップを示す。 図７は、弁及びクロスフローフィルタが設置されたＰＴＦポンプを示す。 図８は、可能な流れ及びプロセス図である。

本発明は、生物活性をサポートする使い捨てバイオプロセスシステムに関し、これは、内部プロセス液体容積を外部施設領域から分離する壁に取り囲まれたプロセス液体培養液容積を備える、液密コンテナを備え、上記プロセス液体容積は、第１の液体弁と、プロセス液体を内部プロセス液体容積から離れる一方向に圧送するための搬送用液体圧送デバイスと、第２の液体弁と、内部プロセス液体容積を外部施設領域から分離するフィルタデバイスとに連通する。上記システムはまた、上記液密コンテナの内部プロセス液体容積から上記液体圧送デバイスへの液体連通手段と、上記圧送デバイスから、上記フィルタデバイスの第１の未濾過液体連通ポートへと延在する、更なる未濾過液体連通手段と、上記フィルタデバイスの第２の液体連通ポートを介して上記コンテナの内部プロセス液体容積へと、未濾過濃縮液の液体を再循環させるための更なる手段とを備える。上記フィルタデバイスは、濾過済みプロセス液体を採取される産物として上記外部施設領域へと搬送するための少なくとも１つの第３の透過液アウトレットポートを備え、ここで上記第１の液体弁は、内部プロセス液体容積と圧送デバイスとの間の連通を制御し、上記第２の液体弁は、圧送デバイスとフィルタデバイスとの間の連通を制御し、フィルタデバイスアウトレットポートは、フィルタデバイスと外部施設領域との間を連通させる。

本発明の目的は、生物活性をサポートする使い捨てバイオプロセスシステムを提供することであり、これは、内部プロセス液体容積を外部施設領域から分離する壁に取り囲まれたプロセス液体培養液容積を備える、液密コンテナを備え、上記プロセス液体容積は、第１の液体弁と、プロセス液体を内部プロセス液体容積から離れる一方向に圧送するための、第１の液体弁及び搬送用液体圧送デバイスと、第２の液体弁と、並びに内部プロセス液体容積を外部施設領域から分離する、第２の液体弁及びフィルタデバイスとに連通する。上記システムはまた、上記液密コンテナ（１２ａ）の内部プロセス液体容積（１２ｄ）から上記液体圧送デバイス（１５）への液体連通手段と、上記圧送デバイス（１５）から、上記フィルタデバイス（１６）の第１の未濾過液体連通ポートへと延在する、更なる未濾過液体連通手段と、上記フィルタデバイスの第２の液体連通ポート（１６ａ）を介して上記コンテナの内部プロセス液体容積へと、未濾過濃縮液の液体を再循環させるための更なる手段とを備える。上記フィルタデバイスは、濾過済みプロセス液体を採取される産物として上記外部施設領域へと搬送するための少なくとも１つの第３の透過液アウトレットポート（１６ｄ、１６ｅ）を備え、ここで上記第１の液体弁は、内部プロセス液体容積と圧送デバイスとの間の連通を制御し、上記第２の液体弁は、圧送デバイスとフィルタデバイスとの間の連通を制御し、フィルタデバイスアウトレットポートは、フィルタデバイスと外部施設領域との間を連通させる。

本発明は、薬学産業における微生物の連続処理のための使い捨てバイオプロセスシステムであり、これは、単回使用バイオリアクタ（ＳＵＢ）、単回使用ポンプ（ＳＵＰ）、及び単回使用ＣＦＦをベースとする微生物保持デバイスを組み込んだものである。用語「パルス化タンジェンシャルフロー」に従って動作した場合、使い捨てバイオプロセスシステムのＰＴＦはエンドユーザに、以下のような便益、自由度及び特徴を提供する：
・使用コストを低減して研究室でのスループットを高めるために、本発明のＰＴＦは事前に組み立てられ、事前に滅菌され、箱から取り出すとすぐに使用できるよう準備されているため、従来の時間がかかる蒸気滅菌を省略できる；
・研究及び開発並びにフルスケールの生産の両方に有益な事前組み立て及び事前滅菌コンセプトにより、交差汚染を排除できる；
・ＰＴＦ細胞保持システムは、ＳＵＢ内部又はＳＵＢコンテナの外部にＳＵＰ及びＣＦＦを統合し、これにより所望の灌流モードプロセスのための並列ブロック又はロボットデバイス内への設置も可能となるため、設置時間を最小化できる；
・ＳＵＰ内の（隔膜若しくはピストンによって隔てられている場合もある）作動中の液位を測定するセンサによる、異なる採取物及び洗浄サイクルのためのＣＦＦによる培養液速度及び体積の非並列制御；
・使い捨てバイオプロセスシステムにより、材料及び労力を有意に節減した、複数の微生物培養の迅速な評価、細胞株発現の生産性の向上が可能となる。

医薬業界は、潜在的にはＤＡＳＧＩＰ並列動作バイオブロック若しくは全自動ＴＡＰバイオシステム（現在Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ Ｓｔｅｄｉｍ Ｂｉｏｔｅｃｈから供給されている）を用いた並列処理において、又は連続処理の別個の実施において、向上された容積効率、作動中の分析者による測定を、全て灌流モード動作における微生物保持を目的とした能力を備える単回使用設計においてサポートする、ＳＵＢプラットフォームを望んでいる。本明細書において提示されるような使い捨てバイオプロセスシステム製品は、現時点では何故か存在しない。

本発明は、バイオマス及び選択された成分の培養のためのＳＵＢ又は発酵のためのＳＵＦを備える使い捨てバイオプロセスに関し、これは以下のような利点（以下に簡潔に記載する）を備える：
・任意に１つ又は複数の側壁ポートを備える内部リザーバを備える中空プラスチックコンテナに機械的に接続された、又はこれと一体化された部分である、様々なポートを備えるコンテナ。このコンテナは、選択可能な直径又は断面（例えば丸みを帯びた設計、円筒形の設計、又は立方体等の非円筒形の設計）及び高さを有し、所望の内部リザーバ及び容積を提供する；
・上記コンテナ内に垂直に配設された、任意のドラフトチューブステータ（ｄｒａｆｔ ｔｕｂｅ ｓｔａｔｏｒ）。これは、上記ドラフトチューブステータの外部空間に対して垂直及び径方向に配設されたバッフルを有しないか又は１つ若しくは複数有し、上記ドラフトチューブステータは、内部空間に格納された流体運動撹拌手段を有する。この１つ又は複数の内部リザーバ流体撹拌デバイスは、培地の径方向の渦を生成し、上記チューブステータはこれを軸方向の流体運動、及び更に効率的な混合用の軸方向渦に変換する；
・上記コンテナ内に垂直に配設され、コンテナの側壁から内向きに延在するＳＵＢとして動作する、任意のバッフル；
・外部磁気手段によって駆動される、底部壁を通した磁力伝達のための、コンテナ底部に接触した磁石及び軸受を備える構成部品に取り付けられた回転シャフトに配設された、流体運動撹拌デバイス；
・動力入力のための、軸受／封止構成を介してコンテナの上部を貫通する回転シャフトに配設された、流体運動撹拌デバイス；
・細胞の安全なエアレーションを保証するための混合気体の追加分を供給することを目的とした、上記コンテナ内に垂直に配設されたチューブ；
・コンテナの培養液と単回使用ポンプデバイスとの間の液体連通。上記ＳＵＰデバイスは、圧送動作を促進するための、液体搬送及び／又は液体方向制御デバイスである。上記ＳＵＰデバイスは、コンテナ内又はコンテナの外部に配設してよい；
・灌流モード動作下での有利な微生物保持を促進するための、コンテナ、単回使用クロスフローフィルタデバイス、即ち上記ＣＦＦデバイスと、の間の液体連通。１つ又は複数の液体搬送及び／又は液体圧送デバイス並びに液体方向制御デバイスを構成する。１つ又は複数の上記ＣＦＦデバイスは、コンテナ内又はコンテナの外部に配設してよい；
・コスト効率の高い単回使用用途のために、使い捨て可能であると考えられ、かつ滅菌された状態でエンドユーザに供給される材料から製作される。

ＳＵＢコンテナの寸法は、ＳＴＲを設置できるバイオブロック又はロボット組立体の好ましい寸法によって制限されないものの、これらに対応してよい。

コンテナは、外壁と、上部カバー及び底部カバーである２つの原則的に平坦な端部カバーとを備える、内部空間を提供する。コンテナ、ハウジング組立体の寸法は、直径１０〜５００ｍｍ、例えば２０〜２００ｍｍ、及び高さ１０〜１０００ｍｍ、例えば５０〜５００ｍｍである。あるいは、コンテナの断面を測定すると、１〜２０００ｃｍ²である。あるいは、ＣＶを測定すると、数ミリリットル〜最大２０００リットルである。

本発明の使い捨てバイオプロセスシステムは更に、プロセス手段を調節するための、リザーバとして存在する中空本体、クロスフローフィルタデバイス、エアレーションデバイス、器具類、センサ、液体搬送デバイス、弁、アクチュエータ、流体アキュムレータ等のうちの１つ又は複数といった、単純なバッチ動作を更に有利な灌流モード動作に拡張するための、追加で配設される多様なデバイス及び特徴を備える。

更に本発明の使い捨てバイオプロセスシステムは、微生物保持灌流モード動作のための、単回使用バイオリアクタ、液体搬送又は圧送デバイス、及びクロスフローフィルタデバイスを備える。このようなＣＦＦは、薄型微孔性膜をハニカムモジュールに組み込んだ剛性の多孔性セラミック支持体から製作してよく、又は可撓性で半透過性の、平坦な若しくは丸みを帯びた膜、若しくはカートリッジ内に束ねられた中空繊維から製作してよい。ＣＦＦは、ＳＵＢの内部でプロセス液体培養液と液体接触して、又はＳＵＢの外部で若しくはＳＵＢに隣接して、コンテナ培養液の液位より上若しくは下でＳＵＢから排出されるプロセス液体培養液と液体接触して、配設される。ＣＦＦは液体供給分に順次曝露され、この液体供給分は、液体搬送デバイスによって、ＳＵＢプロセス液体リザーバから、弁手段を通して、完全に内部にあるＣＦＦ濃縮液チャネルの濃縮液コンパートメントへと排出されて上記濃縮液コンパートメントを占有する。液体搬送インレット及びＣＦＦアウトレット弁の両方を部分的に又は完全に閉鎖した後、液体搬送は、ＣＦＦ膜に亘ってＴＭＰを生成し、これは、プロセスからの、予想された所望のタンパク質産物の少なくとも一部を、培地中に懸濁させ、膜を通過させることによって、透過液、採取物へと変換する。ＣＦＦ中の残存する微生物に富んだ液体、及び懸濁されたデブリは、同時に濃縮液へと変換され、水洗によって、液体搬送動作に好適な速度で、ＣＦＦ出口を通ってリザーバへと戻される。

ＣＦＦの透過液側を、好ましくは濃縮液の液圧未満の圧力に曝露することにより、ＴＭＰの損失を克服できる。実際には、透過液側に対する力によって、膜を通過する液体の制限による、半透過性膜のＴＭＰの克服を支援することが好ましく、上記制限は主に、典型的にはＣＦＦの濃縮液側における培養液から生成される膜汚損、堆積によって引き起こされる。

本発明の使い捨てバイオプロセスシステムは、多くの要件をサポートし、基本的な部品の製作への多様な剛性、半剛性又は可撓性製品の使用を容易にする。本発明の１つ又は複数の部品を形成するためのポリマー等の材料は、限定するものではないが、ポリカーボネート、ポリエステル、ナイロン、ポリアミド、ＰＴＦＥ樹脂及び他のフルオロポリマー、アクリル及びメタクリル樹脂及びコポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリールスルホン、ポリスチレン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ並びにその合金及び混合物、ポリオレフィン、好ましくはポリエチレン（例えば直鎖低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン及びこれらのコポリマー）、ポリプロピレン及びそのコポリマー、並びにメタロセン生成ポリオレフィンであり、あるいは部分的に、シリコーン、ゴム及び他の弾性材料といった半剛性材料である。

コンテナの個々の基本的な部品は、以下によって製造されるか、又は以下から組み立てられる：
・基本的な部品の射出成形若しくは吹込成形若しくは真空熱成形；
・基本的な部品の溶接；
・射出成形プロセスによる、基本的な部品の小片の成形；
・Ｏリング若しくはフラットワッシャ若しくは隔壁といった１つ若しくは複数のエラストマ要素（ニトリルゴム、シリコーンゴム、Ｖｉｔｏｎゴム、ラテックスゴム、ＥＰＤＭ若しくは他の弾性材料であってよい）による、組立表面間での基本的な部品の封止；
・ＵＶ硬化性接着剤若しくはエポキシ等の接着剤による、組立表面間での基本的な部品の封止；又は
・これらの組み合わせ。

第１の実施形態では、本発明の使い捨てバイオプロセスシステムは、液体ループ内に以下を備える、微生物保持灌流モードに好適な、使い捨て材料から製造された、本発明によるコンテナを提供する：
・プロセスパラメータを測定するセンサを実装するための、第１のコンテナの外壁に配設された様々なポート；
・更に、例えばＳＵＰとして動作する第２のコンテナへの接続のための液体吸引チューブといった、様々なチューブ、ホース、ポートが外壁を通過し、そのうちのいくつかは、外部デバイスとの様々な流体連通のために、第１のコンテナ内部容積へと、及び第１のコンテナ内部容積から延在する；
・更に、第１のコンテナに、好適な内部容積を有する、ＳＵＰとして動作する第２の管状コンテナを付随させ、この第２の管状コンテナは、第１のインレットポート及び第２のアウトレットポートを備え、また上記コンテナは、底部カバー、上部カバーで閉鎖され、液位センサを備える；
・更に、液体に関して直流状態で配設された第１のコンテナ及び第２のコンテナに、ＣＦＦデバイスを付随させ、このＣＦＦデバイスは、ハウジング、微孔性内部分離壁、第１のインレット、第２の出口及び第３の採取物ポートを備える；
・更に、配設された第１及び第２のコンテナ並びにＣＦＦデバイスに、第１のコンテナから第２のコンテナへと一方向に培養液を案内する第１の弁と、第２のコンテナからＣＦＦデバイスへと一方向に培養液を搬送する第２の弁と、ＣＦＦデバイスから上記第１のコンテナへ戻って液体ループを閉じる液体接続とを付随させる。

第２の実施形態では、本発明の使い捨てバイオプロセスシステムは、以下を備える、微生物灌流モードに好適な第１のコンテナを提供する：
・様々なプロセスパラメータを測定するセンサを実装するための、第１のコンテナの外壁に配設された様々なＰＧ１３，５ポート；
・更に、様々なチューブ、ホースが上記第１のコンテナの外壁を通過し、そのうちのいくつかは、外部デバイスとの様々な流体連通のために、上記第１のコンテナの内部容積へと、及び上記第１のコンテナの内部容積から延在する；
・培養液をＳＵＰとして動作する第２のコンテナへと培養液を搬送するための培養液吸引チューブを更に実装するための、第１のコンテナの外壁に配設されたポート。第１のコンテナの内部の吸引チューブを備える上記第１のコンテナからの上記培養液のインレットは、上記第１のコンテナの外壁上部の貫通とは独立しており、本発明の使い捨てバイオプロセスシステムはまた、第１のコンテナの物理的寸法とは独立し、これは本発明の有益な特徴である；
・更に、第１のコンテナに、好適な内部容積を有する、ＳＵＰとして動作する第２の管状コンテナを付随させ、この第２の管状コンテナは、第１のインレットポート及び第２のアウトレットポートを備え、また上記コンテナは、底部カバー、上部カバーで閉鎖され、液位センサを備える；
・更に、液体に関して直流状態で配設された第１のコンテナ及び第２のコンテナに、ＣＦＦデバイスを付随させ、このＣＦＦデバイスは、ハウジング、微孔性内部分離壁、第１のインレット、第２の出口及び第３の採取物ポートを備える；
・ＣＦＦの第２の出口ポートは、処理された液体を、チューブを介して第１のコンテナに戻し、ＰＴＦコンセプトを完結させる；
・ＣＦＦの第３のアウトレットは、採取物ポートと考えられる；
・互いに独立して配設された、ＳＵＰ及びＣＦＦコンテナ；
・第１のコンテナのリザーバ内のシャフトに配設された、液体撹拌用羽根車又はタービン。上記シャフトは外部手段によって回転駆動される。

本発明の使い捨てバイオプロセスシステムの、第１の液体搬送変形例は、液体培養液搬送ポンプとして動作する、上記第１のコンテナと直列に液体接続されて配設された、第２のコンテナを利用する。上記第２のコンテナの内部空間は、第１の液体培養液及び第２の駆動気体コンパートメントを備える。プロセス培養液は、このコンテナから到着し、微生物及び様々なデブリを含有する。ＳＵＰである第２のコンテナは、以下を備える：
・第１のコンテナである液体培養液リザーバから、液体を搬送する、第１のインレット弁；
・ＣＦＦデバイスの第１のインレットポートへと液体培養液を搬送する、第２のアウトレット弁；
・（双方向液体運動である液体運動の交番とは反対に）一連の、ただし連続的な、一方向の液体運動における往復作用で圧送デバイスによって搬送される培養液の液位、培養液の体積及び培養液の速度を連続的に調整する外部駆動気体制御手段と対応する駆動ガス接続；
・液位測定センサ又は液体体積測定センサ、例えば内部又は外部に配設された単回使用センサ又は再使用可能なセンサといった、ＳＵＰアクティビティセンサ。

上記ＣＦＦデバイスの第２の出口側は、任意の第３の弁に対応し、上記第３の弁のアウトレットは、第１のコンテナであるプロセス培養液リザーバに対応し、液体ループを閉鎖して完結させる。ＳＵＰコンテナ、並びに弁及びＣＦＦデバイスは、ＳＵＢコンテナの外部又は内部に配設してよい。ＳＵＰ及びＣＦＦそれぞれを２つ以上、プロセスを推進するいずれの好適な組み合わせ及び数で、ＳＵＢと又はＳＵＢ内に統合してよい。

それが望ましい場合、第２のコンテナ内の駆動気体コンパートメントと液体培養液コンパートメントとの間に、片側が湿っておりもう片側が乾燥、半乾燥している、隔膜、ピストン、ディスク等の分離デバイスが存在してもよい。

培養の開始のために、ＳＵＢ内の少なくともセンサ及び撹拌デバイスを被覆する所望量の培地を、所望のレシピに従って接種する。所望のバイオマス及びＷＶがその最大量に達すると、プロセスはバッチモード動作から保持灌流モード動作へと移行する。

本発明の灌流プロセスは、以下の複数の異なる動作モード、原理の組み合わせである：１．培養モード（典型的にはＳＵＢ中で数週間継続される）；２．採取‐ＣＦＦ内での低速での「膜搬送モード（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ ｍｏｄｅ）」；３．堆積物除去‐ＣＦＦでの高速での「膜洗浄モード（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍｏｄｅ）」。

複数の異なる独立した動作モードは、ここに記載されるように、望ましい間隔で互いの後に続く：
・上記ＳＵＢのプロセス液体は、ＳＵＢからＳＵＰへの一方向の流体経路を保証する第１の弁に対応する；
・上記第１の弁は、１つの関連する液体搬送ＳＵＰに対応する；
・上記液体搬送ＳＵＰは、上記第１の弁を通して上記ＳＵＢから搬送されたプロセス培養液の容量が可変であり、また上記プロセス培養液に印加される圧力が可変である；
・上記液体搬送ＳＵＰは、プロセス培養液を、第２の弁を通して、１つ又は複数の上記ＣＦＦデバイスの第１のインレットへ、そして更にＣＦＦインレットチャネルを通して、膜を横断するように、一方向に（交番させずに）搬送する；
・１つ又は複数の上記ＣＦＦデバイスの濃縮液側に対して、ある容積及び速度で、ただし圧力を低下させて、ＣＦＦデバイスの濃縮液膜側に沿って、上記ＣＦＦデバイスの反対側の第２のアウトレット／端部へと通過させる；
・上記処理済みの流体は、上記ＳＵＢに戻される‐膜洗浄モードでは、順次行われる高速の水洗によって、膜汚損、堆積物が除去され、これはＳＵＢに戻される；
・濃縮液／ＣＦＦ出口の後に任意の第３の弁を設け、これは、少なくとも部分的に閉鎖されている時に、液体搬送ＳＵＰが、上記ＣＦＦデバイスの１つ又は複数の上記膜の濃縮液側に比較的高い圧力を印加することを可能とし、上記膜は、膜搬送モードにおいて、微生物及び他の粒子を分離して、上記膜を通過するのを回避し、上記液体が上記膜を通過した場合、これを採取物又は採取される産物と見做すことによって、その孔を通して採取物を搬送する；
・上記採取される産物は、上記ＣＦＦデバイスの透過液側から分離され、外部で回収され、下流の処理へと進む；
・上記スケーラブルな単回使用バイオリアクタ中の培養液（細胞抽出物）から、ある体積を、廃棄物として順次除去することにより、急激な成長を低減し、所望のバイオマス全体を所望のレベルに維持する；
・これに従って、対応する体積の新鮮な培地を、第１のコンテナ、ＳＵＢに追加、補充する；
・サイクルを完了する。

短いＳＵＢバッチ培養時間（１週間）及び少数の微生物から、多量のバイオマス（５〜１０×１０Ｅ６細胞／ミリリットル）が得られることが望ましい。実用上のＰＴＦ動作細胞密度は、２０〜１００×１０Ｅ６細胞／ミリリットルであり、これは好ましくは作動中バイオマスセンサを用いて測定される。一般に、高い細胞密度は、ＳＵＢに関して、より高い生産性を意味する。より長い培養時間は、より高いスループット、１サイクルあたりに培養の開始に費やされる時間がより短いことを意味する。従来のバッチプロセスは、洗浄とプロセスの再開とに１週間＋１週間かかる。７〜１０日のバッチ培養の後、ＰＴＦプロセスを開始できる。５〜６週間の連続処理時間は、バッチに対して５〜１０倍の細胞密度に関連する。本発明を用いると、次のプロセスの開始には１日しか必要でない。ＰＴＦに対するバッチと比較すると、ＰＴＦは細胞の産生及び採取物が３０倍である。

空気カラム駆動式の液体搬送ＳＵＰ（図１）を備える第２のコンテナの便益は：懸濁された細胞に対する低い剪断応力；マイクロキャリアを、ここではマイクロキャリア又は細胞のいずれも蠕動ポンプを通過させずに扱うことができること；セットアップがデッドエンド濾過方式ではないため、ＣＦＦのクロック設定に関する問題がないこと；交番する液体流が存在しないこと；簡素化された動作；液体速度の良好な制御；そして最も重要なことには、ＳＵＰデバイスをプラスチックから設計でき、使い捨てバイオプロセスシステム内に完全に組み込んで滅菌できるようにする、簡素さ及び低いコストである。

第１のコンテナ、ＳＵＢに関する一般的な条件は、単一の微生物を懸濁液中に維持すること、又は多数の微生物を、懸濁液中に維持されたコロニーに凝集させること、又は多数の微生物を、懸濁液中に維持されたマイクロキャリアに付着させることである。

第３の実施形態は、１つ又は複数のコンテナを備え、これらは、それが望ましい場合には異なる直径及び高さ並びに内部空間容積を備える。第１のコンテナは、第２のコンテナと互いに対して外側に、又は第２のコンテナの外側に配設され、後者の場合、第２のコンテナは第１のコンテナによって取り囲まれる。第１のコンテナの内部空間は、微生物を含むプロセス液体培養液を内包し、また第２のコンテナは培養液を搬送するＳＵＰであり、第３の、又は任意の第４のコンテナは、ＣＦＦデバイスである。第２のコンテナの内部空間は、空気駆動式のＳＵＰ圧送リザーバを備える。第２のコンテナは、駆動気体インレット、第１のプロセス培養液インレット、及び第２のプロセス培養液アウトレットを備える。上記ＳＵＰの第１のプロセス液体インレットは、第１の弁を介して第１のＳＵＢコンテナリザーバに対応し、搬送されたプロセス液体は第２の弁を通過し、この第２の弁は、第１のＣＦＦデバイスの培養液側の第１のインレットに対応する第２のプロセス液体アウトレットに対応する。上記ＣＦＦデバイスは、培養液を濃縮液の第２の出口へと搬送して、ＳＵＢへと戻す。上記ＣＦデバイスは、全ての滅菌セットアップから採取物を引き出すために、その透過液の第３の出口から、微生物非含有液体を、外部手段との適切な接続を介して搬送する。

第２のＳＵＰコンテナのヘッドスペースに、制御された滅菌駆動気体体積及び圧力を供給することにより、プロセス液体培養液上のヘッドスペース容積の圧力を制御できる。ヘッドスペース駆動気体の圧力を制御することにより、プロセス液体の液位を制御する。第１のコンテナ内のプロセス液体の液位は、第２のコンテナの液位より低く、プロセス流体は、第１の弁を通過して第２のコンテナの内部空間容積へと搬送されなければならないため、これは全て、第２のコンテナのヘッドスペースの気体圧力によって制御される。ヘッドスペースの気体圧力の変動は、液位を調節し、任意の第３の弁と合わさって、採取のためにプロセス液体をＴＭＰ制御下で、又は濃縮液側における膜表面上の堆積物の除去のためにプロセス流体を高速で供給する。ＣＦＦは、その濃縮液アウトレットにおいて、任意の制御された第３の弁を利用し、これは、第１のコンテナのプロセス液体リザーバに接続された液体アウトレットを備える。第３の弁が開放されている場合、高速液体の膜洗浄パルスが戻され、第１のコンテナのプロセス流体リザーバへと戻るように搬送される。

灌流プロセスを動作させるためには、第１のコンテナが、プロセス液体と、培養のために懸濁された微生物とを、培養液として保持する必要がある。少なくとも１つのＣＦＦは、微生物（又はマイクロキャリア）をプロセス液体から順次分離することによって、微生物をいずれの時点においても、主に第１のコンテナの内部空間内に維持するよう動作する。１つ又は複数のＳＵＰ及び１つ又は複数のＣＦＦは、それが望ましい場合は並列に動作してよく、更には、異なる仕様及び異なる制御パラメータで動作してよい。

エンドユーザは、従来の、市販されていた唯一のステンレス鋼ハウジングに内包されたＣＦＦでは、プロセス時間が、広範囲の膜の堆積物の問題によって制限されていることを経験している。唯一のＣＦＦデバイスモジュールが輸送能力を喪失すると、滅菌条件下でＣＦＦを交換して新しいＣＦＦを再挿入することはできない。

本発明は、第１のコンテナの内部及び外部に２つ以上のＣＦＦを事前に設置するのを容易にすることによって、培養時間の延長を推進する。この特徴により、ユーザは、灌流モードでの第１のコンテナのプロセス動作時間を、多数の接続及び設置されたＣＦＦモジュールによって延長できる。

本発明により、１つの液体搬送用の第２のＳＵＰコンテナを、１つ又は複数のＣＦＦデバイスに接続できる。各ＣＦＦの性能は、例えば圧力降下（ＴＭＰ）及び質量流量センサ等によって、継続的に監視してよい。ＣＦＦは、異なるサイズ及び異なる仕様のものであってよい。第１のＣＦＦの寿命、即ち関連する膜間圧の上限に達すると、上記ＣＦＦは第３の弁によってブロックされ、滅菌セットアップを損なう危険なしに、次の新しいＣＦＦが使用される。第１及び第２の弁は好ましくは、本発明に組み込まれる低コストの弁である。第３、第４の及びそれ以上の弁は、図８に示すような完全なプロセスループの事前組立及び事前滅菌を可能とすることにより、１つの完全に滅菌状態の構成部品を形成し、更なる局所的滅菌の必要を完全に排除する、制御されたホース／ピンチ弁であってよい。

第４の好ましい実施形態（図６参照）では、自由浮動状態の制御されていない隔膜をベースとしたＳＵＰが提供され、これは培養液をＳＵＢからＣＦＦへ、そしてＣＦＦを通して搬送する。このＳＵＰは、２つのハウジング部品を備え、これらはそれぞれ内部チャンバと、外周上のＯリング封止用の溝とを備え、これらは、弾性要素によって組み付けられた時に、弾性要素によって隔てられ、かつ弾性要素によって封止される。上記弾性要素は、外周上の封止用Ｏリングと統合される、成形済みの薄型可撓性シートである。材料は、生物学的プロセスの要件に適合していることが好ましい。上側の単回使用湾曲ドーム部品は、２つのポート、即ち第１の一方向弁を介したＳＵＢとの接続のための第１のインレットポート、及び一方向弁を介したＣＦＦとの接続のための第２の出口ポートを備える。下側の潜在的に再使用可能なハウジング部品は、真空と、店舗で圧縮された空気との間の、制御された駆動気体圧力といった、駆動気体接続のためのポートを備える。隔膜は、２つのポンプ格納部品の内部寸法によって決定される、２つの端部位置それぞれまで最大限膨張した２つの位置を有する。

ＳＵＢは、コンテナの底部プレートを通した磁気撹拌移送を行うコンテナである。羽根車と共に設置され、外部回転力によって駆動される、図示されている回転シャフトのような、様々な撹拌デバイスをＳＵＢに追加してよい。吸引チューブは、培養液の吸引のために、ＳＵＢの壁を、ＳＵＢの内部の培養液容積内まで貫通する。吸引チューブは、ホースを介して、ＳＵＰドームの外側に位置する第１の一方向インレット弁へ、そして弾性隔膜と上部ドームハウジングとの間のＳＵＰの上側内部液体チャンバへと、搬送を行う。この弾性隔膜は、上側の滅菌された湿潤環境と、下側の、湿潤でなく滅菌されていない駆動気体コンパートメントとを隔てる。このＳＵＢ吸引チューブはホース内まで続き、このホースは第１の弁のインレットのタケノコ継手（ｂａｒｂ）まで続く。第１の弁は、ＳＵＢからＳＵＰチャンバへの一方向の培養液の流れを可能とする。第２の弁は、ＳＵＰ圧送チャンバからＣＦＦインレットポートへの一方向の培養液の流れを可能とする。ＣＦＦは、培養液がそのチャネルに沿ってＣＦＦ出口まで通過するのを促進し、このＣＦＦ出口からは、ホースが、ここでは濃縮液となったものがＳＵＢへと戻るように案内されて培養液と混合され、液体サイクルが終了することを保証する。

更に第５の好ましい実施形態（図７参照）では、灌流プロセスセットアップにおけるＳＵＢとＣＦＦとの組み合わせ動作のためのＳＵＰは、隔膜ポンプである。ＳＵＰの例は、国際公開第２０１０／０６９３２１号に記載されており、ここでは、自由浮動状態の、運動中でありながら位置が制御された弾性隔膜が提供され、これは培養液をＳＵＢからＣＦＦへ、そしてＣＦＦを通して搬送する。このＳＵＰは、２つのハウジングを備え、これらはそれぞれ内部チャンバと、外周上のＯリング封止用の溝とを備え、これらは、弾性要素によって組み付けられた時に、弾性要素によって隔てられ、かつ弾性要素によって封止される。上記弾性要素は、外周上の封止用Ｏリングと統合される、成形済みの薄型可撓性隔膜である。材料は、生物学的プロセスの要件に適合していることが好ましい。上側の単回使用湾曲ドーム部品は、２つのポート、即ち第１の一方向弁を介したＳＵＢとの接続のための第１のインレットポート、及び一方向弁を介したＣＦＦとの接続のための第２の出口ポートを備える。下側のハウジング部品は、真空と、店舗で圧縮された空気との間の、制御された駆動気体圧力といった、駆動気体接続のためのポートを備える。再使用可能な下側ポンプハウジングは、弾性隔膜の位置をリアルタイムで、場合によっては０．１ｍｍの精度で決定するためのセンサを備える。位置センサからのデータにより、ＰＩＤアルゴリズムに対する入力、及び隔膜の非湿潤側に対する可変駆動気体圧力のための比例弁の開放のリアルタイム調節のための出力を計算できる最新の電子機器による、ＳＵＰの速度及び容積の制御が可能となる。上記隔膜は、これに従って位置を変化させ、選択された隔膜位置に従って液体の所望の部分を移動させる。隔膜ベースのポンプは、弁と直列で動作し、ＳＵＢとＣＦＦとの間に配設され、１つの第１の弁がＳＵＰのインレット側にあり、１つの第２の弁が、ＣＦＦの濃縮液インレット側に対面するポンプのアウトレット側にある。任意に、１つの第３の弁が、ＴＭＰ制御のためにＣＦＦのアウトレット側にある。隔膜ポンプは、第１及び第２の弁と協働し、また第１及び第２の弁と直列で動作し、これにより、本発明のＰＴＦコンセプトである一方向の流れを制御でき、またこれを保証する。ＳＵＰは、ＣＦＦを通る培養液の体積及び速度、並びに採取物の体積、並びにＣＦＦの濃縮液側の再循環体積を制御する。採取を行う状況において漸増するＴＭＰを克服するために、ＳＵＰによって圧力が供給される。集まった膜堆積物を順次水洗するための培養液の速度により、ＣＦＦの膜間圧はその元のステージに回復される。

増加するＴＭＰの克服は、ＳＵＰがプロセス培養液で満たされ、またＣＦＦがプロセス培養液で満たされ、第１の弁が閉鎖され、第２の弁が開放され、任意の第３の弁が部分的に閉鎖された時に確立される。上記ポンプの制御された隔膜が膨張すると、システムの圧力が上昇してＴＭＰが克服され、また上記膜は液体を搬送し、これにより濃縮液を、所望のタイプの採取物としての透過液へと変換する。

実用的な１つの手順は、ＳＵＰ隔膜が弛緩ステージにあり、ポンプチャンバ及びＣＦＦがプロセス培養液で満たされ、第１の弁のみが閉鎖されている時に、ポンプに関してＣＦＦの反対側に配設された任意の第３の弁がここで開放され、これにより、高速の液体（１〜２０ｍ／秒等）が１つ又は複数のパルスでＣＦＦを通って圧送される。上記液体培養液は、開放された第３の弁を通り、ＳＵＢリザーバへと戻り、ＣＦＦの濃縮液膜表面から、回収された細胞材料に沿って堆積物等を引きずる。液体ループは、これら全ての構成部品が閉鎖ループとして供給を受け、閉鎖ループとして動作するようなものである。膜の堆積物の除去に、交番する液体の流れは必要ない。「新鮮な」プロセス液体培養液を用いて膜の順次洗浄を行うため、本発明のＰＴＦセットアップにおける、一方向のみの液体方向により、概して本システムが、具体的にはＣＦＦ性能が、改善される。

隔膜ポンプの実施形態のＳＵＰは、真空〜大気圧超の駆動気体圧力に曝露された場合に所望の形状に膨張でき、及び／又は所望の形状に戻ることができる隔膜である、可撓性及び／又は弾性要素をベースとしたものである。片側では駆動気体、もう片側ではプロセス液体による、可撓性及び／又は弾性要素の運動は、滅菌されていない非湿潤側を、湿潤かつ滅菌環境によって隔離する。更に、隔膜は異なる複数の形状を取ってよく、コンテナの外側及び内側、又は剛性コンテナ壁の一部、又はコンテナ壁の部分的に外側及び内側のいずれの場所に配設してよい。隔膜は、弾性材料シート形状、球体形状、部分球体形状、チューブ形状、円筒形状、一端が閉鎖された部分円筒形状を取ってよい。

本発明のＰＴＦに関して、第１及び第２の弁は、当業界ではアンブレラバルブ又はボールバルブ又はダックビルバルブとして知られる、受動型一方向弁、あるいは、ピンチ弁又はホース弁又はシート弁又はキノコ弁又はこれらの組み合わせといった、外部手段によって制御される弁であってよい。

膜濾過を用いた作業の経験を有する者であれば、堆積物、デブリ、詰まりが重大な問題であることを知っている。弾性膜上の体積物は、プロセス中に、培養液速度の制御された迅速な変化によって除去できる。Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．（米国カルフォルニア州）製及びＲｅｆｉｎｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（現在の名称はＲｅｐｌｉｇｅｎ Ｃｏｒｐ．：米国マサチューセッツ州）製の、市販されている細胞保持ＣＦＦシステムにおいて使用されるポンプは、培養液速度の迅速な変化を実現できない。Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓは遠心ポンプを使用しており、Ｒｅｆｉｎｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙでは、隔膜ポンプの移動の柔軟性が制限されている。

本発明は、ＣＦＦ膜表面を通過する培養液速度の幅広い迅速な変化（メートル／秒で測定）を利用する。採取モードに関しては、０．０１〜１ｍ／秒といった低速で十分である。洗浄サイクルに関しては、１〜２０ｍ／秒以上というより速い速度により、堆積物の除去が推進される。システムのＳＵＰは、個々の圧送サイクル間に、ある圧送サイクルから次の圧送サイクルまでに、最低速度から最高速度まで、速度を制御下で変化させることができる。これにより、表現「採取サイクル（ｈａｒｖｅｓｔ ｃｙｃｌｅ）」及び「洗浄サイクル（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｃｙｃｌｅ）」が生み出される。より良好なＣＦＦ性能、及び集積するＣＦＦ堆積物によってプロセス性能が制限されるまでの、より長いプロセス寿命を利用し、培養が終了する。

培養のための加熱及び発酵のための冷却といった、培地リザーバの熱エネルギの交換を、ＳＵＢを加熱ブランケット又はウォータージャケットシステムで包むことによって実施してよい。

熱制御は、培養液中の合計バイオマス、細胞密度の制御に使用することもできる。例として、ＣＨＯ細胞等の哺乳類細胞は、３７℃において最大細胞成長速度を示す。上記細胞は２４時間に１回前後分裂して指数関数的に成長し、最終的にＳＵＢをブロックする。温度を３〜１０℃低減することにより、ＳＵＢ内において、２０〜１００×１０Ｅ６細胞／ミリリットルといった安定した細胞密度、細胞数を数週間に亘って達成できる。

本発明の使い捨てバイオプロセスシステムの挿入のための、更なるデスクトップ配設型並列ボックス、ソケット、ワークステーション、ロボットは、より容易なサンプリング、センサと配線及び関連するＰＣＳとの完結な接続といった便益を提供する。並列動作セットアップは、ＳＵＢ本体の設置を促進するいずれの形状であってよい。ＳＵＢは、双方向に配設された１つ又は複数の行として配設してよく、１セットアップに１〜４８個以上のＳＵＢを備える組立体を形成する。

交番タンジェンシャルフローの詳細
Ｒｅｆｉｎｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによる、市場において支配的な交番タンジェンシャルフローコンセプト「ＡＴＦ」は、パルスでの２つの流れ方向、即ち双方向流コンセプトである。ＡＴＦは、クロスフローフィルタデバイス内での液体の交換の削減を提供する。というのは、各ストロークにおいてＣＦＦ内部容積全体を新鮮な液体で交換しないためである。ＣＦＦ内では制御されない希釈が発生する。

ＡＴＦの隔膜ポンプは更に、弾性隔膜の２つの位置のみを提供する。２つの端部位置が存在し、その間にいずれの位置も存在しないことにより、総容積以外の計量ポンプとしての機能性を利用できない。ＡＴＦ隔膜ポンプは、特定のポンプサイズ容積である１つの特定の体積しか圧送できない。この事実により、異なるＣＦＦサイズ及び異なるＳＴＲに対して、幅広いポンプサイズが必要となる。弁については言及されず、又は流れ若しくは流れ方向の制御に関して、弁は使用されない。ＡＴＦコンセプトのポンプは、最適な灌流性能のための正確な選択された圧送体積のプログラミングは不可能であり、またＣＦＦ寿命を延長する、制御された堆積物除去のための高い速度と組み合わせることはできない。

細胞保持ＣＦＦデバイスを備えるＡＴＦ灌流システムは、５つの異なるポンプサイズでカバーされた、３リットル研究室規模〜５００リットルの製鉄規模の容積の従来のガラス／鋼鉄ＳＴＲを動作させる。ＡＴＦ‐２、４、５、８、１０と呼ばれる５つのポンプサイズのＡＴＦの選択肢は全体として、およそ１：５５のスケーラブル係数をカバーする。ＡＴＦポンプは、圧送能力内の１回の完全なストロークしか提供できず、分数値のストロークは提供できない。ポンプ１ストロークあたり、ＡＴＦ‐２は０．１リットルを交換し、ＡＴＦ‐４は０／４リットルを交換し、ＡＴＦ‐６は１．３リットルを交換し、ＡＴＦ‐８は２．５リットルを交換し、ＡＴＦ‐１０は５．５リットルを交換する。５つの異なるポンプはそれぞれ、ＳＴＲ容積に対しておよそ１：５の、個別のスケーラビリティを提供する。各ＡＴＦポンプは、ポンプの限界に従って最大値±１０％の表面積（およそ０．１又は０．７５又は２．５又は４．２又は１０ｍ²）を有する、１つの特定のサイズのＣＦＦに接続しなければならない。ＡＴＦシステム（ポンプハウジング、ＣＦＦハウジング、接続）のいずれも、事前組立及び事前滅菌使い捨て設計には利用できない。ＡＴＦは、手動設置、ＣＦＦモジュールの挿入、蒸気滅菌、ＳＴＲ又は大規模鋼鉄製容器との比較的複雑な接続のために、ステンレス鋼製のものとしてのみ利用できる。

パルス化タンジェンシャルフローの詳細
上記と比較して、本発明のＰＴＦは、パルスでの１つの液体流方向、一方向、単一流れ方向を利用する。本発明は、ＣＦＦの培養液容積全体を、ＳＵＰから各パルスが出現するたびに利用する。新鮮な培養液、液体が、弁で制御されたＳＵＰに常に追加される。本発明により、センサを一体化した場合に、ＳＵＰによって実施される、０．０１〜２０ｍ／秒の速度、及び体積の、完全な制御が可能となる。

ＰＴＦモードで動作する本発明の使い捨てバイオプロセスシステムは、多様なポンプの原理を利用する。

本発明では、第２のコンテナＳＵＰ（図１〜５）は計量ポンプでもあり、これはセンサと一体化した場合に、時間と独立して、所望の、事前に制御された体積を流すことができる。ＳＵＰは、ＣＦＦの内部容積と等しい培養液体積等の体積を、各パルスにおいて交換できる。図１に示す実施形態の０．１ｍｍのストローク分解能及び１５０ｍｍの最大ストロークを用いると、ただ１つのＳＵＰサイズで、驚くべきことに１：１５００の体積変化が得られる。更に１つのポンプサイズにより、１：５０の表面積及び１：５０の範囲のＳＵＢといった極めて幅広いＣＦＦモジュールの要件を満たすことができ、これらは全て、エンドユーザの出費を削減する。

本発明の灌流システム（ＰＴＦ）により、ＳＵＢサイズを０．２５リットルＳＵＢ研究室スケールＶＶまで低減でき、また、ただ１つのＳＵＰサイズを用いて、驚くべきことに５００倍にまで大規模化することもできる。

本発明は、極めて簡潔で容易な使用、及びエンドユーザの場所における極めて高いスループットのために、ＳＵＢを、全て完全に事前に組立てられて事前に滅菌され、完全に使い捨て式の、ＳＵＰ、幅広いＳＵＳ、単回使用ＣＦＦ、あらゆるホース及びあらゆる接続と一体化する。

本発明では、隔膜ポンプ（図６、７）は、センサと一体化した場合、圧送速度及び測定される体積について、驚くべき性能幅を利用して、１ストロークあたり数ｍｌ／時間〜数リットル／時間の、所望の事前に制御された体積を、時間とは独立して流すことができる。１００ｍ／０．５リットル、１５０ｍｍ／１．７リットル、２２０ｍｍ／５．５リットルといった直径／体積を有する各隔膜は、１：５０００のダイナミックレンジを実現できる。原理的には、表面積０．１ｍ²〜１０ｍ²のＣＦＦの範囲全体をカバーするには、１つの２２０ｍｍのＳＵＰしか必要とならない。

動作方法
一般に、バイオマスとして懸濁された微生物を内包するバイオリアクタ又は発酵槽に関する、３つの最も使用される培養、発酵及び動作モードは、以下の通りである：
・一定の有効容積（ＷＶ）と、典型的には５個、良好な場合は１０個の細胞／ｍｌの１回の採取量とによる、バッチ；
・最小のＷＶで開始され、プロセス培地を順次又は継続的に追加することによってバイオマスを急激に増大させて、有効容積及び１回の採取量を増大させる、流加培養；
・極めて高レベルの、典型的には懸濁されたバイオマスと、高レベルの微生物保持のために接続されたＣＦＦデバイスとを用い、
有効容積を順次増大させ、培地の交換を順次又は継続的に行い、採取を継続する、灌流。

灌流培養‐更に、経験を積んだユーザは好ましくは、本発明の使い捨てバイオプロセスシステムプラットフォームを、所望の平均量の微生物、バイオマスが培養中に維持される、ＰＴＦ灌流モードで動作するＳＵＢとして使用する。生産された産物を、更なる下流処理のために継続的に採取しながら、順次取り除く。ＳＵＢ内の微生物は、指数関数的に成長を続け、その所望の産物を生産し続ける。これに関して、規則的に、細胞を含むある量の培養液をＳＵＢから除去し、新鮮な培地を追加しなければならない。本プロセスのこの順次実施される部分は、バイオマス及び産物の損失を招くが、許容される方法である。これに関して、微生物保持灌流プロセスは、定常条件で実施される連続プロセスではない。濃縮された微生物、栄養素、廃棄物、産物等を含有する培地ＷＶから所望の生産された産物を分離するために、１つ又は複数のＣＦＦデバイスを典型的に使用する。濃縮液は、ＣＦＦにおいて保持された後、ＳＵＢに戻される。ＣＦＦを、ＳＵＢ内からの液体原料、プロセス流体に順次曝露し、これにより、懸濁された微生物／濃縮液を、この段階では懸濁された微生物を含有しない採取物／透過液から分離する。ＣＦＦデバイス（１つ又は２つ以上）は好ましくは、単回使用を特徴とするものであってよく、またＳＵＢ内に一体化され、また全ての構成部品が一体に組み立てられ、二重フィルムバッグ内で滅菌された状態で供給される。微生物含有培地の、ＳＵＢのＷＶから、ＣＦＦデバイスの１つ又は複数のチャネルを通した、またこれに沿った搬送は、１つ又は複数の流体搬送ＳＵＰデバイスによって実施できる。ＣＦＦに沿った、及びＣＦＦに亘る圧力差は、ＳＵＢのＷＶからの液体が、精製のためにＣＦＦチャネルに順次搬送され、ＣＦＦチャネルの内部コンパートメント全体を占有することを保証する。ＣＦＦの透過液側は、コンテナ内の（大気圧であることが多い）圧力より低い圧力に恒常的に又は順次曝露され得る。膜の表面に存在し得る堆積物／濾過ケーキの除去は、液体の迅速な、及び／又はパルス化された流れによって実施され、上記流れは、膜に付着した粒子が洗い落とされ、ＳＵＢコンテナのＷＶに戻るように流されるような、膜表面に沿った高い速度を有する。この細胞保持システムを用いた哺乳類細胞の培養のための典型的なバイオマス濃度は、２０〜１００×１０Ｅ６細胞／ミリリットル以上である。

ＳＵＰは好ましくは使い捨て構成部品でもあり、上記ＳＵＰの速度、体積及び圧力制御に使用できる制御デバイス又はＰＣＳに作動中情報を与えることができるセンサを利用し、このセンサは好ましくは、本発明と共に破棄される低コストＳＵＳ、あるいは高精度の再使用可能なセンサである。長さ３０〜２００ｍｍの：
・０．１秒より良好な応答時間での、ＳＵＰ管状シリンダ内の動的な液位；
・弾性隔膜の下からの、ＳＵＰ本体の動的な隔膜位置
を、０．１ｍｍの分解能で測定できる高精度三角レーザ距離センサを用いると、良好な結果が得られた。

１〜８バールの好適な駆動圧力を供給される、第１の実施形態の、図１に示されているサイズのＳＵＰは、１ストローク／時間〜１ストローク／秒を実行でき、これにより、それぞれ内径０．５〜１ｍｍ及び長さ４００ｍｍの１２個の繊維チューブを備える中空繊維モジュールであるこのＣＦＦの例において、内径３４ｍｍのチューブを備える図１に示されているセットアップのような、空気カラム駆動式ＳＵＰに関して、２０ｍ／秒の速度、１ストロークあたり数ｍｌ／時間〜１５０ｍｌ／秒の容積に到達する。中空繊維チューブの仕様は、ＳＵＢ容積及びＣＦＦ表面に応じて変化させてよい。

第２の実施形態の、図６、７に示されているサイズのＳＵＰは、プログラム可能な速度でプログラム可能な体積を搬送できる精密ポンプを備える。１〜８バールの好適な駆動圧力を供給されると、ＳＵＰは、１ストローク／時間〜１ストローク／秒を実行でき、これにより、接続されたＣＦＦデバイスにおいて０．０１〜２０ｍ／秒以上の速度に到達する。容積は、隔膜の直径及び膨張率に応じたものとなり、１ストロークあたり１ｍｌ〜数リットルとなる。

ピストン表面、液体表面、隔膜表面のリアルタイム位置を把握した後、コンピュータによって実施される単純な計算により、運動、速度、排出された体積等に関する正確な情報が得られる。

上記ピストン表面、液体表面、隔膜表面の運動は、大気圧と同一の圧力〜大気圧より高い圧力の駆動気体圧力によって起動される。圧力は、圧力調整弁、好ましくは比例弁によって制御される。上記弁は、上記コンピュータ又はＰＣＳによって制御される。

本発明の使い捨てバイオプロセスシステムの上述の実施形態は好ましくは、ＰＣＳに接続され、これはプロセス変数を制御し、プロセスレシピに記載されたもの等のプロセス情報を統合する：
・ＰＣＳは、上記ＳＵＢ、ＳＵＰ、ＣＦＦ内に一体化された複数のセンサに接続され、これらのセンサからプロセス変数のデータを継続的に収集する；
・使い捨てバイオプロセスシステムの動作パラメータは、プロセスパラメータ制御のための、上記ＳＵＢ、ＣＦＦ及び／若しくはＳＵＰに一体化された、又は上記使い捨てバイオプロセスシステムの外部の、様々なアクチュエータ、デバイスと通信する上記ＰＣＳによって、継続的に変更される。

ＰＣＳは、以下のような様々な入出力チャネルに関する制御を含む：
・多様なセンサからのデータを測定、収集するための、様々な電気的アナログ及びデジタル入力チャネル；
・多様なアクチュエータへの、空気圧、気体、電気的アナログ及びデジタル出力。

図面の説明
図１は、完全に組み立てられた状態でエンドユーザに供給された、本発明の滅菌使い捨てバイオプロセスシステム１１のＸ線写真を示す（ここではフィルム保護バッグがない状態で示されている）。ＳＵＢ１２のコンテナ１２ａは、センサ１３ａ、センサ１３ｂ及びバイオマスセンサ１３ｃ、シャフト１７ａに設置された対の羽根車１７ｃ、１７ｄ、並びに上部カバー１２ｂを通して設置された１つのエアレーションチューブ１３ｅを含む。ＳＵＢ１２はコンテナ１２ａを備え、これは、垂直側壁１２ｃと、上記コンテナ内のリザーバ１２ｄと、水平底部壁１２ｅを備える。任意のＳＵＰ吸引チューブ１２ｆは、９０°の関節を介して接続され、上記関節は、リザーバ１２ｄ内に配設され、またポート１２ｇを介して、第１の一方向ＳＵＰ１５の、ＳＵＰ１５の前にあるインレット弁１４ａへと、コンテナ１２ａの垂直側壁１２ｃを貫通する。ＳＵＰ１５は、ＳＵＰ１５のハウジング１５ｂ内に、電子液位／体積センサ１５ａと、外部の図示されていない駆動気体制御デバイスと直列の滅菌フィルタ１５ｃとを含む。ＣＦＦデバイス１６は、ＳＵＰ１５の第２の一方向アウトレット弁１４ｄと直列に、かつその後ろに、配設される。ＣＦＦ１６の液体濃縮液は、出口ポート１６ｂを通過して、ホース１６ｃを介し、ＳＵＢ１２の垂直な外側側壁１２ｃのインレット１６ｄを通してＳＵＢ１２へと戻るように案内され、ＳＵＢ１２の培養液リザーバ１２ｄ内で減速される。ＣＦＦ１６の透過液アウトレット１６ｈ、１６ｇは、チューブ１６ｅ及びチューブ１６ｆを通して採取された産物を搬送する。コンテナ１２ａの上部カバー１２ｂからの、４つの外部に配設されたホース１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにより、エンドユーザは外部ポンプ及び様々な培地コンテナ（図示せず）に接続できる。ＳＵＢ１２は、軸受１７ｅを介し、上部カバー１２ｂを通ってコンテナ１２ａ内へと延在するシャフト１７ａを備え、上記シャフト１７ａは、１つ又は複数の羽根車１７ｃ、１７ｄ等の、上記シャフト１７ａから径方向に延在する、撹拌を提供する手段を備える

図２は、垂直コンテナ壁２２ａと、コンテナ２２の底部壁２２ｅに配設された支持用軸受２７ｂとを備えるコンテナ２２を、下部を断面図として示し、上記支持用軸受２７ｂ内では回転シャフト２７ａが支持されている。上記シャフト２７ａは、２つの羽根車２７ｃ、２７ｄを備える。ＰＧ１３，５サイズのセンサ２３ｂの先端が示されている。第１の弁体２４ａは、コンテナ２２の垂直壁２２ａの外側上において、上部カバー（図示せず）と底部壁２２ｅとの間に配設される。弁体２４ａは、コンテナ２２の壁２２ａの内側の１の支持脚２４ｂと、コンテナの壁２２ａの外側の第２の支持脚２４ｃとの間に配設される。インレット側脚２４ｂとインレット一方向弁２４とアウトレット側脚２４ｃとの組立体は、リザーバ２２ｄからＳＵＰ１５へと、液体培地を一方向に搬送する。ＳＵＰ１５のインレットに垂直に配設された吸引チューブ２２ｆは、その頂部をリザーバ２２ｄ内の関節２２ｇに固定され、また底部壁２２ｅから好適な高さにおいて、コンテナ内部側壁２２ｃ上に固定される。吸引チューブ２２ｆは底部壁２２ｅのコンテナ内部側の上の好適な距離２２ｈにおいて、自由に吊り下がった状態で延在する。

図３は、円筒形コンテナ３２ａを備えるＳＵＢ３２を、下部を断面図として示す。垂直に配設された吸引チューブ３２ｆは、その上端において、コンテナ３２ａ内の角度付き関節本体３２ｇに固定され、また上記コンテナ壁３２ｃの内部側上へ固定される。吸引チューブ３２ｆは、コンテナの壁３２ｃのポート３２ｄを通って、支持脚３４ｂ内に配設された第１のインレット弁３４ａに対応し、上記支持脚は、コンテナ壁３２ｃの外側に配設される。支持脚３４ｂは更に、上部外側においてＳＵＰ垂直シリンダ３５を支持する。

図４は、本発明の一実施形態を、ＰＴＦ灌流システムの断面図で示し、コンテナ壁４２ａと、底部壁の支持用軸受４７ｂとを備えるＳＵＢ４１が示されており、上記支持用軸受４７ｂ内では回転シャフト４７ａが支持されている。シャフト４７ａは、２つの羽根車４７ｃ、４７ｄと、外側頂部へのサーボモータ（図示せず）の設置を容易にするための、カバー壁４２ｈに設置されたヘッドプレート駆動軸受支持体４７ｅとを備える。ＰＧ１３，５ベースのセンサ４３ｂと、同様のサイズのバイオマスセンサ４３ｃとは、上部カバー壁４２ｈを通って培養液リザーバ４２ｂ内へと延在するものとして示されている。第１のインレット弁４４ａの本体は、コンテナ４２ａの外壁の外側において、ＳＵＰ４５とＳＵＢ４１との間に配設されるものとして示されており、培地リザーバ４２ｂから引き出された液体の一方向の流れを保証する。垂直に配設された吸引チューブ４２ｆは、コンテナ４２ａ内及びコンテナ４２ａの側壁上の、９０°の角度付きの液体搬送本体４２ｇに固定される。ＳＵＰシリンダ４５は、ＳＵＢ４２の外部において、第１のインレット弁４４ａの後ろに配設され、ＳＵＢ４１内の培地リザーバ４２ｂから第１のインレット弁４４ａを通過したプロセス培養液を受承する。

図５は、１つ又は複数の使い捨てバイオプロセスシステム５１が、熱制御及び機械的支持のために設計されたブロック５９ａ内に設置された、本発明の一実施形態を示し、また上記ブロック（５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ）は、それが望ましい場合は、ＰＣＳ（図示せず）によって並列動作する１つ又は複数の使い捨てバイオプロセス５１を別個に撹拌する目的で設計される。ＳＵＰ５５及びＣＦＦ５６は、ＣＦＦ５６の戻り接続ホース５６ａを１つだけ含むＳＵＢ５９ａに設置されたものとして示されている。他の全てのホース、アクセサリ及びセンサは、簡略化のために図示されていない。

図６は、ＰＴＦセットアップにおける実施形態及び再循環液体流経路を示す。ＳＵＰ６２は培養液を、ＳＵＢ６０とＣＦＦ６４との間で搬送し、また液体をＳＵＢ６０へと戻す。

ＳＵＢ６０コンテナは、外部手段（図示せず）によって駆動されるシャフト６１ｂに設置された羽根車６１ａを用いて、液体培養液を連続的に撹拌し、上記シャフトは回転磁気デバイス６１ｃに取り付けられている。吸引チューブ６２ｂは、ＳＵＢ６０の内部の液体培養液リザーバ６０ｂ内へと、ＳＵＢ６０のカバー壁６０ａを貫通する。ＳＵＰ６２はＳＵＢ６０の液体リザーバ６０ａからチューブ６２ｄを介し、第１の弁６２ａを通して液体培養液を吸引し、ホース６２ｃを介して、培養液を、ＳＵＰ６２のドーム壁６２ｄ上に配置された上記第１の弁６２ａへと搬送する。ＳＵＰ６２が充填モードである場合、上記第１の一方向弁６２ａは、ＳＵＢ６０から培養液を受承し、この培養液体積を更に、ＳＵＰ６２の内部圧送チャンバへと搬送する。ＳＵＰ６２が圧送モードである場合、第２の一方向弁６２ｅは、ＳＵＢ６２のアウトレットから培養液を受承し、ＳＵＰ６２の内部圧送チャンバを開放し、ＳＵＰ６２の内部圧送チャンバから培養液を搬送する。ポート６２ｇは、動作を目的として、駆動気体をＳＵＰ６０に入れる。上記培養液は、ＣＦＦ６４の培養液インレットポート６４ａへと移動し、上記ＣＦＦ６４は上記培養液を、ＣＦＦ６４の管状コンテナ６４ｂ内の内部多孔性膜（図示せず）に沿って搬送し、上記管状コンテナ６４ｂ内において、ＣＦＦ６４は、培養液を濃縮液及び透過液へと変換する。ＣＦＦ６４の上記濃縮液はポート６４ｃを出て、ホース６４ｄを介してＳＵＢ６０へと戻り、プロセス流体ループを閉鎖させる。上記ＣＦＦ６４により、ある量の液体培養液を、透過液アウトレットポート６４ｅ、６４ｆのうちの一方又は両方を通して、ＣＦＦ多孔性膜に通すことができる。

簡略化のために、カバー壁６０ａを通ってコンテナリザーバ６０ｂに入るセンサ６０ｃのみを図示し、他の必要なホース及びセンサは図示されておらず、ＳＵＰ６４内のセンサは図示されていない。

図７は、図７ａにおいて、接続されたＣＦＦ７４と組み立てられたＳＵＰ７２を示し、図７ｂにおいて、組立前の個々の部品を示す。

ＳＵＰ７２は、膨張し湾曲した弾性隔膜７２ａを備え、これは上側ハウジングドーム部品７２ｂと下側ハウジング部品７２ｃとの間を隔て、これらの間に懸架されている。

ドーム７２ｂは、垂直に配設されたＣＦＦ７４にバランス及び支持を提供する再使用可能なＳＵＰの下側ハウジング部品７２ｃへの連結（図示せず）によって、機械的に固定される。ＳＵＰ７２は、外部ソース（図示せず）からの駆動気体の供給のためのポート７２ｄ（６２ｇ）を備える。ドーム７２ｂの外壁は、第１のインレット弁７２ｅのハウジングと、ＣＦＦ７４の培養液インレットポート７４ａに直接接続された第２のアウトレット弁７２ｆとを備える。湾曲した単回使用ドーム７２ｂは、平坦な外周壁７２ｇの内側にあり、薄型弾性湾曲隔膜７２ａに液密となるように取り付けられ、上記隔膜７２ａは、隔膜の内側の滅菌状態の湿潤環境７２ｈを、隔膜の外側の非湿潤非滅菌駆動気体コンパートメント７２ｉから分離する。ＳＵＢ６０の吸引チューブ６２ｂは、ホース６２ｃ内へと続き、これは第１のインレットポート７２ｌを介して、ＳＵＰ６２／７２のインレット弁６２ａ／７２ｅへと続く。第１のインレット弁７２ｅにより、ＳＵＢ６０からＳＵＰ６２／７２への一方向の培養液の流れが可能となる。ＳＵＰ７２の第２のアウトレット弁７２ｆにより、培養液を、圧送チャンバ７２ｈから第２のアウトレットポート７２ｍを介してＣＦＦ７４第１のインレットポート７４ａへと一方向に搬送できる。ＣＦＦ７４は、その内部の多孔質膜表面（図示せず）に沿った、ＣＦＦ７４の第２の出口ポート７４ｂへの培養液の通過を促進し、この第２の出口ポート７４ｂからは、ホース６４が、ここでは濃縮液となったものがＳＵＢ６０のリザーバへと戻るように案内及び搬送され、培養液と混合され、ＰＴＦ液体サイクルが終了することを保証する。ＣＦＦ７４の第３の透過液アウトレットポート７４ｃ、第４の透過液アウトレットポート７４ｄは、濾過されたプロセス液体を、採取される産物として、上記外部施設領域に搬送する。

ＳＵＰ７２の、再使用可能な下側ハウジング部品７２ｃは、制御されたＳＵＰ７２の動作のための駆動ガス接続ポート７２ｂと、隔膜７２ａの外周シール７２ｋとの気密接続に好適なハウジングフランジ７２ｊとを備える。

ＳＵＰ７２の圧送チャンバ７２ｈに入った培養液は、弾性の自由浮動隔膜７２ａと、単回使用剛性ドーム上側ハウジング部品７２ｄとの間に内包されて閉じ込められる。

図８のブロック図は、第１のコンテナＳＵＢ８０、液体搬送用の第２のコンテナＳＵＰ８２、第３のコンテナＣＦＦ８４を、閉鎖されたプロセス液体ループ内に備える、連続培養及び採取プロセスのための、適切かつ実用的な流れ図を図示及び説明する。

第１のコンテナ８０は生物活性プロセスを格納し、培養液を第２のコンテナＳＵＰ８２へと搬送する。ＳＵＰは、採取物と、戻りループでＳＵＢ８０へと戻るプロセス液体とを分離するために、培養液を第３のコンテナＣＦＦ８４へと圧送する。第１のコンテナＳＵＢ８０は、培養液アウトレットポート８０ａ、新鮮な培地のポンプ８０ｂ及びインレットポート８０ｃ、サーボモータ８０ｅによって駆動される撹拌デバイス８０ｄ、単糖類センサ８６ａ、乳酸センサ８６ｂ、二重バイオマスセンサ８６ｃ、ｐＨセンサ８６ｄ、溶解酸素センサ８６ｅ、温度センサ８６ｆを備え、またＳＵＢの温度は加熱素子８６ｇによって制御される。新鮮な培地は、ポンプ８０ｂによって追加され、使用された（細胞を含む）培地、廃棄物は、ポンプ８０ｆを介して除去される。エアレーション気体は、制御弁８０ｇを介してＳＵＢに追加され、プロセス培養液８０ｈの液体体積中に注入され、通気フィルタ８０ｉを通して排気される。

第２のコンテナＳＵＰ８２は、圧送プロセスを格納し、培養液容積８２ａ及び駆動気体容積８２ｂ、駆動気体インレット８２ｃ、第１のインレット弁８２ｅと関連付けられた第１のインレットポート８２ｄ、第２のアウトレット弁８２ｇと関連付けられた第２のアウトレットポート８２ｆ、液体センサ８２ｈ、圧力センサ８２ｉ、外部に設置された二重比例弁８２ｋ、８２ｌ（一方の弁は真空用であり、もう一方の弁は圧力駆動気体用である）に接続された駆動気体ポート８２ｊを含む。液体センサ８２ｈは、液位に関するリアルタイム情報をＰＣＳ（図示せず）に提供し、ＰＣＳはこれを用いて、部の二重弁構成８２ｋ、８２１を介して、ＳＵＰ８２の駆動気体圧力を（大気圧と同一の圧力〜大気圧より高い圧力までで）調整する。

第３のコンテナＣＦＦ８４は、分離プロセスを格納し、培養液側８４ｃ及び透過液側８４ｄを備える、ＣＦＦハウジング８４ｂ内の分離用多孔性膜８４ａを備える。ＣＦＦコンテナ８４は、培養液インレットポート８４ｅ、二重透過液アウトレットポート８４ｆ、８４ｇ、及び１つの濃縮液出口ポート８４ｈを備える。透過液アウトレットポート８４ｇと濃縮液出口ポート８４ｈとの間には、ＴＭＰセンサ８４ｉが設置される。ＣＦＦ８４の濃縮液の出口ポート８４ｈは、プロセス液体ループ内の濃縮液をＳＵＢ８０まで案内し、また任意に、様々なプロセスの調整のために、濃縮液戻りライン８４ｋ内で制御弁８４ｊを使用する。上記ＣＦＦデバイス８４はその透過液側８４ｄに、任意の制御されたポンプ（又は任意の弁）８４ｎ、８４ｏを介した産物の取り出しのための、１つ又は複数のアウトレット８４ｆ、８４ｇを備える。

一般に、機械的設計は限定されておらず、使い捨てバイオプロセスシステムの実施形態に関連付けられたいずれのＰＣＳ又は制御用パッケージ又は外部液体リザーバを備えない状態で図示される。

本発明をその特定の実施形態に関して説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、多数の変更及び修正を行うことができることは、当業者には理解されるだろう。

Claims (25)

1. 生物活性をサポートする使い捨てバイオプロセスシステムであって、前記使い捨てバイオプロセスシステムは：
   ａ）内部プロセス液体培養液容積を外部施設領域から分離する壁に取り囲まれた内部プロセス液体培養液を備える、液密コンテナ
   を備え、前記プロセス液体培養液は：
   ｂ）第１の液体弁；
   ｃ）プロセス液体培養液を内部液体プロセス容積から離れる一方向に圧送するための、搬送用液体圧送デバイス；
   ｄ）第２の液体弁；及び
   ｅ）前記内部液体プロセス培養液を前記外部施設領域から分離する、フィルタデバイス
   に連通し、
   前記システムは、前記液密コンテナ（１２ａ）の内部プロセス液体容積（１２ｄ）から前記液体圧送デバイス（１５）への液体連通手段と、前記圧送デバイス（１５）から、前記フィルタデバイス（１６）の第１の未濾過液体連通インレットポート（１６ａ）ポートへと延在する、更なる未濾過液体連通手段と、前記フィルタデバイスの第２の液体連通出口ポート（１６ｂ）を介して前記コンテナの内部プロセス液体培養物へと、未濾過濃縮液の液体を再循環させるための更なる手段とを備え、前記フィルタデバイスは、濾過済みプロセス液体を採取される産物として前記外部施設領域へと搬送するための第３の透過液アウトレットポート（１６ｅ、１６ｆ）を備え、
   前記第１の液体弁は、前記内部プロセス液体培養液と前記圧送デバイスとの間の連通を制御し、前記第２の液体弁は、前記圧送デバイスと前記フィルタデバイスとの間の連通を制御し、フィルタデバイスアウトレットポートは、前記フィルタと前記外部施設領域との間を連通させる、使い捨てバイオプロセスシステム。
2. 前記液密コンテナは、内部プロセス培養液を外部領域から隔てる壁と、単回使用バイオリアクタ等の前記コンテナのハウジングのヘッドプレート壁とを備え、前記ハウジングは、側壁と、前記ヘッドプレート壁の反対側の底部壁とを備え、前記コンテナの壁にはポートが配設される、請求項１に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
3. 前記コンテナ内の前記プロセス液体培養液は、前記圧送デバイス及びフィルタデバイスに連通し、
   前記圧送デバイス及び／又は前記フィルタデバイスのうちの一方又は両方は、前記使い捨てバイオプロセスシステムのコンテナ内に配設される、請求項１又は２に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
4. 前記コンテナ内の前記液体培養液は、外部に配設された圧送デバイスに連通し、
   前記連通ポートは前記コンテナの壁を通って延在し、
   前記圧送デバイスはフィルタデバイスに連通し、
   前記フィルタデバイスは、前記コンテナの壁を通して前記コンテナ内の前記内部液体培養液に、及び前記外部施設領域に連通する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
5. 前記コンテナ内の前記液体培養液は、内部に配設された圧送デバイスに連通し、
   前記ポンプの連通ポートはフィルタデバイスに連通し、
   前記フィルタデバイスは、前記コンテナ内の前記内部液体培養液に、及び前記コンテナの壁を通して前記外部施設領域に連通する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
6. 前記コンテナの壁には１つ又は複数のポートが配設され、単回使用センサ又は再使用可能なセンサ等のセンサの一体化のための空間を提供する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
7. 前記使い捨てバイオプロセスシステムは、一体の底部（底部壁及び側壁）と前記ヘッドプレートのカバー壁とを有する前記コンテナのハウジングを備える部品から組み立てられ、
   前記ヘッドプレートは、前記コンテナのハウジングと組み立てられて、閉鎖された液密の前記使い捨てバイオプロセスシステムを形成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
8. 前記コンテナは、側壁に配設されたポートを備え、
   １つ又は複数の前記ポートは、前記コンテナの内側と外側との流体連通を可能とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
9. 撹拌を目的とした前記プロセス液体培養液への運動エネルギの供給のために、前記プロセス液体培養液に曝露され、かつ前記プロセス液体培養液に取り囲まれる回転デバイスを、前記コンテナ内に更に備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
10. 回転デバイスは、前記コンテナの１つ又は複数の壁を通って前記プロセス液体培養液へと延在するシャフトを備え、
    前記シャフトは、タービン及び／又は羽根車設計等の、前記シャフトから径方向に延在して撹拌を提供する手段を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
11. 回転デバイスはシャフトに取り付けられ、
    前記シャフトは、前記コンテナの壁の外側に位置する回転磁気構成部品駆動源と相互作用して回転する磁気構成部品を備え、
    シャフトは、タービン及び／又は羽根車設計等の、前記シャフトから径方向に延在して撹拌を提供する、撹拌手段を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
12. 前記液体培養液連通手段は、前記コンテナの内部液体プロセス培養液及び液体の圧送デバイスとクロスフローフィルタデバイスとの間で液体培養液を搬送できる弁を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
13. 圧送デバイス及びフィルタデバイスはコンテナと合わせて配設され、
    前記圧送デバイスはプロセス液体培養液を一方向に搬送するプロセス液体圧送デバイスであり、
    フィルタデバイスは、膜によって前記プロセス液体培養液を受承及び処理して、濃縮液及び透過液への分離処理を行うことができる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
14. プロセス液体搬送デバイスである圧送デバイスは、プロセス液体インレット弁及び１つ又は複数のプロセス液体アウトレット弁を備え、
    前記１つ又は複数の圧送デバイスは、液体体積変化のための制御された駆動気体供給に接続される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
15. フィルタデバイスは、第１の培養液インレットポート及び第２の濃縮液アウトレットポート及び第３の透過液アウトレットポートを備える透過性膜を備え、
    前記クロスフローフィルタは、前記コンテナの内部液体容積の前記液体培養液とプロセス液体連通しており、
    前記フィルタデバイスは、前記フィルタデバイスの膜バリアを通って（横断して）搬送される前記培養液中に含有される微生物を分離し、
    前記フィルタデバイスは、濃縮液側において、通過して来た加圧されたプロセス液体を受承し、
    前記フィルタデバイスは、前記膜バリアの透過液側において、プロセス液体培養液を微生物非含有採取物液体に変換する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
16. ｐＨ、溶解酸素（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ：ＤＯ）、バイオマス／細胞密度、キャパシタンス、導電率、溶解二酸化炭素、乳酸、グルコース、グルタミン、グルタミン酸、アンモニア、圧力、液位、流体質量流量、速度、温度、粘度等のプロセス変数を測定するためのセンサを統合する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
17. 主に剛性又は半剛性プラスチック材料から作製される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
18. 前記コンテナは主に、丸みを帯びた形状又は円筒形である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
19. 前記コンテナは主に、立方体、直方体、箱形、細長い箱形といった丸みを帯びていない形状である、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
20. 前記使い捨てバイオプロセスシステムは、製造及び組み立て後、輸送を目的として、フィルム、箔、シートベースの密封バッグに入れられ、これにより、制御された事前滅菌済み段階で、使用の準備ができたエンドユーザに供給される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステム。
21. 生物学的プロセスにおける微生物の培養又は発酵によって生体物質を産生する方法であって、
    請求項１〜１８のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステムを連続プロセスモード及び／又は灌流モードで動作させるステップ；並びに
    コンテナ内部プロセス培養液からポンプを通して、及びフィルタデバイスを通して、プロセス液体を流すステップ
    を含む、方法において、
    前記液体流は一方向であり、
    前記使い捨てバイオプロセスシステムは同時に、採取物として微生物非含有生物学的産物を生成する
    ことを特徴とする、方法。
22. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステムを、プロセス制御システムによって制御された灌流モードの原理に従って動作させる方法であって、
    前記プロセス制御システムは、プロセス変数を継続的に制御及び調整し、プロセスレシピに記載されているようなプロセス情報を統合する、方法において：
    ・前記プロセス制御システムは、前記使い捨てバイオプロセスシステムに一体化されたセンサに接続され、前記プロセス制御システムは、前記センサから、前記プロセス変数のデータを継続的に収集し；
    ・前記使い捨てバイオプロセスシステムの動作パラメータは、プロセスパラメータ制御のための様々なアクチュエータ及び／又はポンプと通信する前記プロセス制御システムによって、継続的に変更され、
    培養の開始のために、少なくともセンサ及び撹拌デバイスを被覆する所望量の培地液体を、所望のレシピに従って播種し、所望のバイオマス及び有効容積が最大量に達すると、前記プロセスはバッチ又は流加培養モード動作から灌流モード動作へと移行する、方法。
23. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載の使い捨てバイオプロセスシステムを、プロセス制御システムによって制御された灌流モードの原理に従って動作させる方法であって、
    前記プロセス制御システムは、プロセス変数を継続的に制御及び調整し、プロセスレシピに記載されているようなプロセス情報を統合する、方法において：
    ・前記プロセス制御システムは、前記使い捨てバイオプロセスシステムに一体化されたセンサに接続され、前記プロセス制御システムは、前記センサから、前記プロセス変数のデータを収集し；
    ・前記使い捨てバイオプロセスシステムの動作パラメータは、プロセスパラメータ制御のための様々なアクチュエータ及び／又はポンプと通信する前記プロセス制御システムによって、継続的に変更され、
    培養の開始のために、少なくともセンサ及び撹拌デバイスを被覆する所望量の培地液体を、所望のレシピに従って接種し、所望のバイオマス及び有効容積が最大量に達すると、前記プロセスは灌流モード動作へと移行し、
    前記灌流モード動作が「膜洗浄モード動作」及び「膜搬送モード（採取）動作」を必要とする場合、２つの異なる独立した動作モードが、本明細書に記載の望ましい間隔で、互いの後に続く、方法。
24. 採取（膜搬送モード）動作であって：
    ・前記使い捨てバイオプロセスシステムのプロセス液体は、一方向の液体流の経路を保証する１つの第１の弁に対応し；
    ・前記第１の弁は、１つの関連する液体搬送デバイスに対応し；
    ・１つ又は複数の前記液体搬送、圧送デバイスは、前記第１の弁を通して前記コンテナから搬送された前記プロセス液体の容量が選択可能かつ可変であり、また前記プロセス液体に印加される圧力が選択可能かつ可変であり；
    ・前記液体搬送デバイスは、プロセス液体を、１つの第２の弁を通して一方向に、前記フィルタデバイスのインレットポートへと搬送し、更に；
    ・制御された容積及び速度で、１つ又は複数の前記フィルタデバイスの濃縮液側へと、そして更に前記フィルタデバイスの濃縮液アウトレットポートを通して；
    ・前記フィルタデバイスの膜の濃縮液側に沿って、前記アウトレットポートへと、前記培養液を通過させ、任意の第３の弁を通過させ、処理された前記培養液液体を前記コンテナに戻し；
    ・前記任意第３の弁は、少なくとも部分的に閉鎖されている時に、前記液体搬送デバイスが、前記フィルタデバイスの１つ又は複数の前記膜の濃縮液側に比較的高い圧力を印加することを可能とし、これにより、微生物及び他の粒子を分離して、前記膜を通過するのを回避して、前記液体が前記膜を通過した場合に前記液体を採取される産物と見做すことによって、前記膜の孔を通して採取物を搬送し；
    ・前記採取される産物は、前記フィルタデバイスの透過液側から放出され、生成された生体物質は、更に下流の処理へと進み；
    ・続いて、前記プロセス制御システム内の培養液液体から、ある体積を、廃棄物として順次除去することにより、バイオマス全体を削減し、バイオマス全体を一定に維持し；
    ・これに従って、新鮮な液体培地を前記プロセス制御システムに追加して、コンテナの有効容積を一定に維持する、採取（膜搬送モード）動作。
25. 順次膜堆積物除去（膜洗浄）動作であって：
    ・前記使い捨てバイオプロセスシステムのプロセス液体は、一方向の液体流の経路を保証する１つの第１の弁に対応し；
    ・前記第１の弁は、１つの関連する液体搬送デバイスに対応し；
    ・１つ又は複数の前記液体搬送、圧送デバイスは、前記第１の弁を通して前記コンテナから搬送された前記プロセス液体の容量が大きく、また前記プロセス液体に印加される圧力が高く；
    ・前記液体搬送デバイスは、プロセス液体を、１つの第２の弁を通して一方向に、かつ高速で、前記フィルタデバイスのインレットポートへと搬送し、更に；
    ・制御された大きい容積及び高い速度（１〜１０ｍ／秒等）で、１つ又は複数の前記フィルタデバイスの濃縮液側へと、そして更に前記フィルタデバイスの濃縮液アウトレットポートを通して；
    ・堆積物除去のための前記フィルタデバイスの膜の濃縮液側に沿って、前記アウトレットポートへと、前記培養液を通過させ、処理された前記培養液液体を、膜堆積物を含む前記コンテナに戻す、順次膜堆積物除去（膜洗浄）動作。

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