JP2020516856A - バイオプロセス精製システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成され、および循環式で動作するように構成された連続クロマトグラフィーを含むバイオプロセス精製システムを制御する方法であって、連続精製が所望の特徴を有する標的生成物を含むサンプルにおいて実施される方法に関する。方法は、標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーターを検出するステップ(82)、標的生成物の所望の特徴からの逸脱を識別するために、検出された少なくとも1つのパラメーターそれぞれについてリアルタイム傾向分析を実施するステップ(83)、および識別された逸脱に基づき、所望の特徴を満たすために、バイオプロセス精製システムを制御するステップ(84)を含み、それによって目標とする特徴が事前に決定された範囲内に収まる。

Description

本発明は、標的生成物を含むサンプルを連続クロマトグラフィーシステムに供給したときに、サンプルの連続精製を行うために循環式で使用されるように適合された少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成された連続クロマトグラフィーシステムを含むバイオプロセス精製システムを制御する方法に関する。
プロセスクロマトグラフィーにおける重要因子は、溶質に対するクロマトグラフィーカラムの結合容量である。結合容量はクロマトグラフィーステップの生産性およびコストに直接影響を及ぼす。結合容量は、動的容量/漏出点容量または最大結合容量として定義される。動的容量は、クロマトグラフィー媒体が充填されたカラムを溶液が流通する際の条件に依存し、そしてカラム容積とフィード流速(feed flow rate)の間の比、いわゆる滞留時間として表され得る。最大結合容量は、滞留時間が無限に長いとした場合のカラムの漏出点容量を表す。
最初の漏出点容量は、溶質が流出液中に最初に検出された時点において、カラムに取り込まれた結合溶質の量として定義される。漏出点容量は、漏出が所与の割合(%)であるときの容量としても定義可能であり、この場合、割合(%)は、カラムからの流出液中に存在する結合溶質の量を表し、フィード中に存在する溶質に占める割合(%)として表される。この定義に基づけば、最大結合容量は、漏出が100%のときの、すなわちそれより多くの溶質がカラムに結合することができない点における漏出点容量に等しい。したがって、最大容量を決定するためには、漏出のいくつか異なるレベルにおいて漏出点容量が測定され、その場合、レベルは、サンプルローディング期間中のカラムからの流出液中で測定された溶質の濃度のレベルにより定義される。
多くの場合、このような濃度は、流出ライン内に配置された検出器を通過する流れの中で、シグナルを連続的にモニタリングすることにより決定される。時間(または容積またはローディングした質量)に対するこのような濃度(シグナル)のプロットは、漏出曲線と呼ばれる。クロマトグラム上の漏出の場所およびその形状は、どのくらい多くの溶質をカラムが結合させる能力を有するか、およびどのくらい迅速にすべての吸着部位が溶質によって飽和するかということと関係する。また、それは、ある時点において、どのくらい多くの溶質がさらにカラムに結合可能であるかということも示す。
溶質の漏出点結合容量は、精製プロトコールを開発する際に、不純物の存在下で最適化すべき最も重要なパラメーターのうちの1つである。不純物は溶質と類似した光吸収特性を多くの場合有するので、結合漏出点容量の決定は、やっかいで労力を要する作業である。代表的な実験では、カラムからの流出液は、一連の分画において収集され、それはその後対象となる生成物について高分解能分析技術、例えばHPLC、生物学的アッセイ法、ELISA、マススペクトロメトリー法等を使用して分析される。したがって、クロマトグラフィーカラムの結合容量の決定はかなり複雑であり、またクロマトグラフィーカラムへのフィードアプリケーション期間中にフィード溶液濃度がランダムに変化する場合には、真の漏出点容量を正確に測定するのは不可能に近い。
最適なプロセス条件でカラムを操作したいならば、正確な測定が重要である。例えば、特定の条件下において、キャプチャークロマトグラフィーステップの最大生産性は、目的とする溶質においてカラム流出液内のその濃度が特定の数値、例えばその初期濃度の10%に到達したときに得られこととして表すことができる。上記方法に基づき漏出点容量が決定される場合において、フィード濃度、または流速および/もしくはクロマトグラフィー媒体特性を含むプロセス条件が時間と共に予測不能に変化する場合には、漏出が正確に10%のときにカラムのローディングを終了するのは不可能である。
さらに、連続クロマトグラフィーの場合、様々なプロセス条件下の異なるレベルの漏出において正確な漏出点容量を決定することもまた重要である。連続クロマトグラフィーは、シミュレーション式移動床技術(simulated moving bed technology)(この場合サンプルのシステムへの連続的なフィードを促進するために、カラム間の接続が変更される)を使用して動作するシステムにより実現可能である。ただし連続クロマトグラフィーは、サンプルの連続的なフィードを促進するために、カラムが移動する移動床技術を使用しても実現され得る。
連続クロマトグラフィーでは、同一またはほとんど同一のいくつかのカラムが、方法要件に応じてカラムが直列および/または並列で動作可能な配置で接続される。したがって、すべてのカラムは、方法ステップのわずかな変化は認められるものの、原理的に同時に稼働可能である。手順は、各カラムのローディング、溶出、および再生がプロセス内で数回行われるように反復可能である。「従来型の」クロマトグラフィーでは、いくつかの連続したステップ、例えばサンプルのローディング、洗浄、溶出、ストリップ、定置洗浄(CIP)、および再平衡化等に基づく単一のクロマトグラフィーサイクルを経た後に、カラムは別のバッチで使用され得るが、そのようなクロマトグラフィーと比較して、連続クロマトグラフィーでは、このようなステップのすべてが同時に、ただしそれぞれ異なるカラムにおいて生ずる複数の同一のカラムに基づく。
連続クロマトグラフィー動作は、クロマトグラフィー樹脂のより優れた利用、処理時間の短縮、およびバッファー要件の軽減を引き起こし、そのすべてがプロセスの経済効率に利する。
連続クロマトグラフィーは定期的向流分配プロセス(periodic counter current process)の一例であるが、それは該システムを含むクロマトグラフィーカラムのすべてが定期的にサンプルの流れとは反対の方向に同時に移動するためである。カラムのみかけの移動は、カラムへの/からの流入流および流出流の適切な切り替えにより認識される。
歴史的には、信頼性のある連続プロセスにとって必須の要素は、
1)使用するカラムの品質、より具体的にはカラム間の類似性または同一性
2)フィード組成が一定であること、および
3)ハードウェアの信頼性、例えばポンプにより送達される流速が一定であること、バルブ機能等
である。
カラムが同一ではない場合には、連続クロマトグラフィープロセスを設計するのに一般的に使用される理論的計算は正確ではなく、また有効で確実性のある連続クロマトグラフィープロセスを設計するのが困難となる。同じ議論は、フィード濃度および流速が時間と共に非予測的に変化する場合に当てはまる。
したがって、スケールアップを検討する場合、同一のカラム、信頼性のあるポンプをシステム内に有することが必須である。ただし、再現性のある結果が得られるように、カラムにクロマトグラフィー媒体を充填することは非常に複雑である。プレート数またはその他の充填特性の差異が小さくても、最終結果に対して大きな影響を有し得る。さらに、クロマトグラフィー樹脂の容量は、樹脂の寿命/利用の間に一般的に変化するので、新鮮な樹脂について選択されたプロセス条件は、数回使用した樹脂には当てはまらない可能性がある。フィード溶液濃度が変化する場合にも、その最適な状態で常時動作する有効な連続クロマトグラフィープロセスを設計するのはよりいっそう複雑である。
3または4つのカラムを用いて動作するように構成された連続クロマトグラフィーの例として、GE Health Care社製AKTA(商標)pcc75が挙げられる(解説はwww.gelifesciences.com/AKTAから入手可能)。
AKTA(商標)pcc75のプロセス性能は、1サイクル毎に、UVに関する傾向曲線、溶出ピーク中の標的分子の量、および各カラムにローディングされたサンプルボリュームを通じてモニタリングされる。
しかし、バイオプロセス精製システムは長期間(多くの場合30日を超える)稼働するように意図されているので、システムにより生成される生成物が、全期間を通じて同一の特徴を維持することが必須である。
したがって、標的生成物の特徴に影響を及ぼす可能性がある逸脱をリアルタイムに識別するために、標的生成物の特徴を連続的に制御する方法を導入する必要性が存在する。
本開示の目的は、上記識別された当技術分野における欠陥および欠点のうちの1つまたは複数を、個々にまたは任意の組み合わせで、その軽減、緩和、また除去を追求する方法およびコンピュータープログラムを実行するように構成された方法およびデバイスを提供することである。
目的は、少なくとも3つのカラムを用いて動作させるように構成され、および循環動作で連続精製するように構成された連続クロマトグラフィーを含むバイオプロセス精製システムを制御する方法により達成される。連続精製は、所望の特徴を有する標的生成物を含むサンプルにおいて実施され、そして方法は、a)標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーターを検出するステップ、b)標的生成物の所望の特徴からの逸脱を識別するために、検出された少なくとも1つのパラメーターそれぞれについてリアルタイム傾向分析を実施するステップ、およびc)識別された逸脱に基づき所望の特徴を満たすようにバイオプロセス精製システムを制御するステップを含み、それによって標的とする特徴が事前に決定された範囲内に収まる。
長所は、標的生成物の品質が向上することである。
別の長所は、連続クロマトグラフィーが、バイオプロセス精製システムにおいてより効率的に使用されることである。
さらなる目的および長所は、当業者による詳細な説明から取得され得る。
連続クロマトグラフィーを使用して標的生成物を精製するように設計されたバイオプロセス精製システムの概要を例証する図である。 シミュレーション式移動床技術に基づく任意の数のカラムを備えた連続クロマトグラフィーを例証する図である。 3つのカラムクロマトグラフィーの原理について例証する図である。 3つのカラムクロマトグラフィーの原理について例証する図である。 3つのカラムクロマトグラフィーの原理について例証する図である。 マルチカラムクロマトグラフィー動作と比較して、従来型のバッチクロマトグラフィー動作の稼働率を例証する図である。 マルチカラムクロマトグラフィー動作と比較して、従来型のバッチクロマトグラフィー動作の稼働率を例証する図である。 マルチカラムクロマトグラフィー動作と比較して、従来型のバッチクロマトグラフィー動作の稼働率を例証する図である。 マルチカラムクロマトグラフィー動作と比較して、従来型のバッチクロマトグラフィー動作の稼働率を例証する図である。 連続クロマトグラフィーにおける2ステップ漏出の概要を例証する図である。 連続クロマトグラフィーにおける動的制御で使用されるUVシグナル検出器を例証する図である。 バイオプロセス精製システムにおける上流/下流プロセスを制御する概念を例証する図である。 傾向分析で使用されるデータを例証する図である。 バイオプロセス精製システムにおける標的生成物の特徴を制御する方法を例証する図である。 第1の場合の連続クロマトグラフィーに関するグラフィカルインターフェースを例証する図である。 連続クロマトグラフィーにおけるカラムの動作状態のモニタリングについて例証するグラフである。 連続クロマトグラフィーにおけるカラムの動作状態のモニタリングについて例証するグラフである。 連続クロマトグラフィーにおけるカラムの動作状態のモニタリングについて例証するグラフである。 連続クロマトグラフィーにおけるカラムの動作状態のモニタリングについて例証するグラフである。 第2の場合の連続クロマトグラフィーに関するグラフィカルインターフェースを例証する図である。 リアルタイム評価インターフェースを例証する図である。 傾向分析で使用されるロードボリュームデータを例証する図である。
連続クロマトグラフィーは、背景技術セクションで説明したように、定期的向流分配クロマトグラフィーを使用する連続的な下流プロセスにおいて、標的生成物(例えば、タンパク質、細胞培養/発酵由来の生体分子、天然の抽出物等)を精製するために設計される。該技術は、3または4つのクロマトグラフィーカラムを利用して連続的な精製ステップを構築する。カラムは、ローディングおよび非ローディングステップ、例えば洗浄および溶出等の間で切り替わる。連続クロマトグラフィーは、設置面積を低減し、また生産性を改善することにより、プロセスの強化を支援する。さらに、プロセス時間が短く標的生成物の安定性を保証するのに役立つので、連続クロマトグラフィーは不安定な分子の精製に特に適する。
図1では、分離プロセスを使用して標的生成物を精製するように構成されたバイオプロセス精製システムの概要を示す。バイオプロセス精製システムは、細胞培養11、保持12、捕捉13、ウイルス不活性化14、ポリッシュ15、および送達16と関連するいくつかのステップを含む。
完全に連続的なプロセスでは、細胞培養ステップ11は、潅流培養において細胞を増殖させるための栄養分の連続的添加および生成物の連続的な取り出し、およびドレインを通じた廃棄、および例えばオルタネートタンジェンシャル濾過(Alternate Tangential Filtration、ATF)フィルターを使用する濾過を含む潅流型培養であり得る。ステップは、生存細胞密度(VCD)に関するプロセス制御を含んでもよく、VCDが事前に決定された数値に達したらプロセス内の次のステップを開始する。VCDは、培養物に供給される細胞培養培地の成分を適合させることにより、または特定の成分を培養物に直接添加することにより制御され得る。あるいは、細胞培養物は、バッチタイプである。
標的生成物を含有するサンプルは、例えば濾過、遠心分離、または別の技術により、無細胞抽出プロセスで利用される。
保持ステップ12は、例えばフィルターが捕捉ステップ13の前にインラインで設けられている場合には、プロセスニーズに依存する任意選択的なステップである。ステップは、重量に関するプロセス制御を含んでもよく、そして事前に決定された容積値に達したら、あるいは所定の時間後、または事前に決定された質量に達したらプロセス内の次のステップを開始する。保持ステップは、潅流細胞培養物またはバッチ培養物の両方から、ある容積の濾過後のフィードを収集するために使用され得る。
捕捉ステップ13は、捕捉ステップの前にインラインで設けられたフィルターを有し得る連続クロマトグラフィーを含む。連続クロマトグラフィーは、細胞培養ステップ11からの標的生成物を含有するサンプルの直接または保持ステップ12経由での連続的なフィードを行いながら、定期的向流分配クロマトグラフィーとして稼働し得る。捕捉ステップは複数のバッチ溶出物を含み、そしてインライン式のUVセンサーを使用するプロセス制御は、フィード濃度および樹脂容量の変動に対処する。次のステップは、事前に決定された数量値(例えば、容積、質量、または時間)に達したら開始する。
ウイルス不活性化ステップ14では、ウイルス不活性化について、プロセスニーズに応じて異なるオプションが利用可能である。1つのオプションは、ホールドアップタンク内で、30〜60分間、低pHでバッチモードを使用することである。ステップは、容積、時間、温度、およびpHに関するプロセス制御を含み得る。次のステップは、事前に決定された時間に達したら開始する。
ポリッシュステップ15は、バッチステップと接続したストレートスループロセッシング(STP)、または連続ロードステップを有する連続クロマトグラフィー、またはその組み合わせであり得る。流速はプロデューサー細胞が必要とする潅流速度に調整される、すなわち流速は先行するステップにより決定されることを意味する。ステップは、UV、流れ、および容積に関するプロセス制御を含んでもよく、そして事前に決定された容積および量に達したら、あるいはタイムアウトに達したら次のステップが開始する。
送達ステップ16は、限外濾過ステップ前にウイルス除去ステップ、例えばウイルスフィルターを含み得る。送達ステップは、ポリッシュステップからのサンプルをバッチ添加するための濃縮ステップとして使用され得る。送達ステップは生成物の連続送達またはバッチ送達を含んでもよく、また廃棄物の連続除去またはバッチ除去を含んでもよい。ステップは、pH、伝導度、吸収、容積、および圧力に関するプロセス制御を含み得るが、また送達は、事前定義された環境内の事前に決定された生成物濃度に到達したら実現する。
オートメーションレイヤー17が、プロセス内の次のステップに対するディシジョンポイントを取り扱うのに使用される。インライン式センサーおよびオフライン式センサーの両方の異なる種類のセンサー(図示せず)が、異なるパラメーターをモニタリングするためにプロセスフローに組み込まれ、該パラメーターは、ディシジョンポイントを取り扱うのに使用され得るデータをオートメーションレイヤー17に提供するのに使用され得る。流れ、VCD、重量、圧力、UV、容積、pH、伝導度、吸収等を測定するための、ただしこれらに限定されないセンサーが含まれる。
留意すべき点として、パラメーターの例として、UVが精製されるサンプルの組成を検出するためにモニタリングされ得ることが挙げられる。ただし、その他の頻度範囲で動作するその他のパラメーター、例えばIR、蛍光、X線等が使用され得る。
捕捉ステップ13は、図2で例証するように、連続クロマトグラフィー20を含み得る。標的生成物を含有するサンプルは、インレット21経由で連続クロマトグラフィー20に供給され、そして溶出した標的生成物はアウトレット22において入手可能である。連続クロマトグラフィー20は、複数のカラムA、B、…、Nを含み、そして各カラムはカラムインレット23およびカラムアウトレット24を備える。各カラムのカラムインレット23およびカラムアウトレット24は、カラムをインレット21およびアウトレット22と循環式に接続して、標的生成物の連続精製を実現するように構成されたバルブシステム25と接続する。3つのカラムを有するシステム構成の例は、図3a〜図3cと関連付けて記載されている。
連続クロマトグラフィー20は、必要とされる動作を実施できるようにするために、バッファーインレット26および廃棄アウトレット27をさらに備える。インラインセンサー28は、各カラムのカラムアウトレット24の後に提供され得る、またはプロセスフローに割り振られ、バルブシステム25に組み込まれ得る。UV等の重要なパラメーターは、以下に記載するように、プロセスを制御するために測定される。別のインラインセンサー28'は、各カラムの性能を直接評価できるようにするために、各カラムのカラムインレット23の前に提供され得る。インラインインレットセンサー26は、連続クロマトグラフィー20中に供給されるサンプルの組成物をモニタリングするためにやはり提供され得る。
連続クロマトグラフィーはオフラインセンサー29も備えることができ、プロセスから材料を抽出するように、そしてその後、材料が廃棄物として処分される前に、選択されたパラメーターを評価するように設計される。
連続クロマトグラフィーの背後にある原理は、ローディングゾーン内に少なくとも2つのカラムを確保することであり、図4a〜図4dと関連付けて記載するように、漏出が下流カラムにより捕捉されるので、生成物喪失のリスクを有さずに第1のカラムのオーバーローディングが可能となる。
連続クロマトグラフィーは少なくとも3つのカラムを含み、また3カラム(3C)構成の動作原理は図3a〜図3cと関連付けて記載されている。3C構成は2つの並行流を特徴とする:1つはローディングゾーン内の2つのカラムのローディング用、および1つは非ローディングステップ用、例えば第3カラムの溶出および再生用。
ステップ1を例証する図3aでは、カラムAおよびBは、ローディングゾーン内にある。カラムBがカラムAからの漏出を補足するので、カラムAはサンプルを喪失することなくオーバーローディング可能である。このように、樹脂結合容量の利用が最大化される。
ステップ2を例証する図3bでは、オーバーローディングされたカラムAは切り替わり、そしてローディングゾーン内でカラムBが1番カラムとなり、そしてカラムCが2番カラムとなる。オーバーローディングされたカラムAでは、ここで非ローディングステップ、例えば溶出および再生等がパラレルワークフローで実施される。
ステップ3を例証する図3cでは、ローディングゾーン内でオーバーローディングされたカラムBが切り替わる。ここで、ローディングゾーン内でカラムCが1番カラムおよびカラムAが2番カラムとなる一方、カラムBでは、溶出および再生がパラレルワークフローで実施される。これら3ステップは、標的生成物の必要とされる容積、質量、または量に到達するまで(または樹脂の寿命に到達し、そしてカラムの再充填または交換を必要とするまで)循環式に繰り返される。
図2で例証される連続クロマトグラフィーは、3つを超えるカラムを利用することができ、そして4カラム(4C)構成では同一の原則が当てはまる。ただし、非ローディングステップは、3C構成に限定的となり得、非ローディングステップは2つのカラムに分割可能であり、そして4C構成内の第3の流路を並列的に利用して稼働する。4C構成は、ローディングステップと非ローディングステップをバランスさせることを可能にする。カラムの数が多いほどより柔軟なシステムをもたらす一方、バルブシステム25の複雑性は益々複雑化する。ただし、一部の連続クロマトグラフィーは16個またはそれ超のカラムを有する。
図4a〜図4bは、マルチカラムクロマトグラフィー動作と比較して、従来型のバッチクロマトグラフィー動作の稼働率について例証する。図4aは、クロマトグラフィー樹脂の利用可能な総容量40について例証し、漏出曲線を30により示す。グラフから明らかなように、ローディングされた容積が少なければ、生成物は樹脂内に捕捉されるが、しかし大容積では、生成物のかなりの部分が漏出し、そしてバッチ動作においては廃棄される。
図4bは、10%漏出におけるサンプルロード41について例証する。漏出曲線30より下の生成物は、別のカラムにおいて再使用されなければ廃棄される。バッチ動作で一般的に使用される容量42は図4cで例証され、および連続クロマトグラフィーで使用される容量43は図4dで例証される。生成物の漏出44は、ローディングゾーン内で下流に位置するカラムにより捕捉されることに留意すること。
フィード組成において若干の変動を許容する動的な制御機能が、連続クロマトグラフィーに導入され得る。動的制御の原理は、漏出点における各カラム前後のUVシグナルの相対的な差異に基づく。ベースラインUVと飽和したカラムの100%漏出におけるUVシグナルとの間の差異は、ΔUVmaxとして定義され、ΔUVは式(1)を使用して算出される。
図5は、動的制御で使用される中央UVシグナルを表示する2ステップ漏出について例証する。曲線50は、UVBT(すなわち、カラム後の漏出曲線)を示し、曲線51は、UVsample(すなわち、カラム前のフィードライン)を示し、そして参照番号55はベースラインを表す。参照番号52は、カラムに供給されたサンプル中の標的生成物および不純物に由来する総シグナルを表し、参照番号53は、不純物(バックグラウンド)に由来するシグナルを表し、そして参照番号54は、ΔUVmax(標的生成物由来のシグナル)を表す。
ベースラインUV55と完全にローディングされたカラムの100%漏出におけるUVシグナルの間の差異は、ΔUVmaxとして定義され、その場合、所望のレベルはプロセス依存性である。連続クロマトグラフィーは、分離カラムにではなくプロセスストリームに割り振られたUV検出器を使用することができる。したがって、各漏出曲線は、図6で例証するように、2つのUV検出器からのシグナルに基づき生成され得る。
漏出曲線(破線曲線50)およびベースライン55は、図5に示すものと同一である。曲線60はカラムに供給されるサンプルのUVであり、曲線61はカラム後の漏出のUVであり、および曲線62は通過画分(廃棄物)のUVである。
図7aは、バイオプロセス精製システム内の上流/下流プロセスを制御する概念について例証する。バイオプロセス精製システムの例証図は単純化されており、3つのステップ:細胞培養70、分離71およびバッチファイ(Batchify)72を含む。標的生成物(この事例では「医薬品有効成分(active pharmaceutical ingredient)」-APIにより例示される)は、バッチファイステップ後に送達される。
細胞培養ステップには、標的生成物および廃棄物を連続的に取り出しながら、栄養分を細胞潅流プロセスに連続的に添加することが含まれる。標的生成物および廃棄物は、分離ステップ71に供給されるサンプルと考えられる。分離ステップは、サンプル中の廃棄物から標的生成物を分離する方法を含み、そして標的生成物は最終ステップのバッチファイ72に搬送され、そこでは、標的生成物がAPIとしていつでも送達されるように取り扱われる。
分離ステップの後、特定のパラメーター、例えば標的生成物中の不純物の組成または標的生成物の壊れた分子の量が質量分析装置または分光測定法を使用して測定され得る。この情報は、上流プロセス73aを制御するのに使用され得る。例えば、分離後に、標的生成物の壊れた分子が多量に検出される場合には、これは細胞培養ステップ内のパラメーターを変更すること、例えば分離ステップ71に導入される前の標的生成物分子の分解を防止するために、細胞潅流内の流れを増加させること等により調整可能である。あるいは、発酵内のフィーディングパラメーターが、測定された情報に基づき調整され得る。
同一の概念が下流プロセス73bを制御するのに使用され得る。分離ステップ71に供給されるサンプル中の標的生成物の濃度は、各カラムにローディングする時間および溶出後の標的生成物のピーク量を測定することより決定され得る。この情報は、分離ステップに供給されるサンプル中の標的生成物の濃度に基づき、溶出を調整するのに使用され得る。
図8と関連付けてより詳細に開示されるように、その他のパラメーターが異なるプロセス(上流または下流)を制御するのに使用され得る。
図13は、目標とする所望の特徴を保証するのに使用されるリアルタイム傾向分析について例証する。曲線130は、選択された目標とする特徴、例えば不純物、濃度、ウイルス等の所望の分布について例証する。事前に決定された範囲131が、選択された目標とする特徴130に基づき選択される。標的生成物の特徴を連続的にモニタリングできるようにするために、いくつかのバッチが連続した流れから生み出され、そして各バッチが標的生成物の仕様を満たすことを保証するために、各バッチが評価および品質管理されるプロセスが提案される。
一点鎖線の曲線132は、第1バッチの選択された目標とする特徴の測定について例証する。第1バッチは事前に決定された範囲内にあると判断される。点線の曲線133は、第2バッチの選択された目標とする特徴の測定について例証する。第2バッチは、事前に決定された範囲内にあると判断される。破線の曲線134は、第3バッチの選択された目標とする特徴の測定について例証する。第3バッチは、事前に決定された範囲内に収まらないと判断され、したがって廃棄物へと搬送される。
図8は、少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成され、および循環式の動作で連続精製するように構成された連続クロマトグラフィーを含むバイオプロセス精製システムを制御する方法について例証し、該連続精製は、所望の特徴を有する標的生成物を含むサンプルについて実施される。
方法はステップ80より開始し、3つの主要なステップ:標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーターを検出するステップ82、標的生成物の所望の特徴からの逸脱を識別するために、検出された少なくとも1つのパラメーターそれぞれについてリアルタイム傾向分析を実施するステップ83、および識別された逸脱に基づき、所望の特徴を満たすようにバイオプロセス精製システムを制御するステップ84を含み、それによって目標とする特徴が事前に決定された範囲内に収まる。
任意選択的に、3つの主要なステップの開始前に、標的生成物フィンガープリントを定義するステップ81が実施される。1つの態様によれば、標的生成物フィンガープリントは、標的生成物の組成、および/または標的生成物中の検出された不純物の組成により定義される。フィンガープリントは分光測定法により取得され得る。
1つの態様によれば、少なくとも1つのパラメーターを検出するステップ82は、サンプルが連続クロマトグラフィーで処理された後に、標的生成物中の不純物を検出することを含み、そしてプロセスは、検出された不純物を有する標的生成物を再処理することにより制御される84。
再処理は、連続クロマトグラフィーにおける、前回処理したときに使用したカラムとは異なるカラムにおいて、検出された不純物を有する標的生成物を処理することを含み得る。あるいは、バイオプロセス精製システムが連続クロマトグラフィー後にウイルス不活性化ステップを含む場合、再処理は、バイオプロセス精製システムにおいて通常使用されることはない、別のウイルス不活性化ステップを通じて検出された不純物を有する標的生成物を処理することを含み得る。
1つの態様によれば、82で検出されたパラメーターは、標的生成物の精製後の量であり、また83の傾向分析は経時的に実施される。
1つの態様によれば、84のバイオプロセス精製システムを制御するステップは、上流プロセス85を制御することを含み、また1つの態様によれば、上流プロセスの制御は、連続クロマトグラフィーに供給されるサンプル中の標的生成物の濃度を制御することを含む。さらに、バイオプロセス精製システムが細胞培養プロセスを含むとき、上流プロセスの制御は、連続クロマトグラフィーに供給されるサンプルの組成を調整するために、細胞培養プロセスを制御すること85aをさらに含む。
1つの態様によれば、84のバイオプロセス精製システムを制御するステップは、下流プロセスを制御すること86を含む。連続クロマトグラフィーが各カラムについてローディング、溶出および洗浄ステップを含むとき、下流プロセスは、連続クロマトグラフィーに供給されるサンプル中の標的生成物の濃度に基づき、溶出ステップを調整すること86aを含み得る。
さらに、バイオプロセス精製システムがポリッシュステップを含む場合、下流プロセスは、定義された標的生成物フィンガープリント(ステップ81)を使用することを含み得るが、またステップ82で得られるパラメーターは、サンプルが連続クロマトグラフィーで処理された後に、フィンガープリントを定期的に取得することを含む。標的生成物フィンガープリントは、その後ステップ83の傾向分析を使用して、逸脱を識別するために定期的に取得されたサンプルのフィンガープリントと比較され、そしてステップ84では、ポリッシュステップが識別された逸脱に応答して調整される86b。
図8と関連付けて記載される方法は、少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成され、および循環式の動作で連続精製するように構成された連続クロマトグラフィーを含むバイオプロセス精製システムにおいて実施され得るが、その場合、図1および7aと関連付けて開示するように、連続精製は所望の特徴を有する標的生成物を含むサンプルにおいて実施される。
バイオプロセス精製システムは、標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーターを検出するように構成され、標的生成物の所望の特徴からの逸脱を識別するために、検出された少なくとも1つのパラメーターのそれぞれについてリアルタイム傾向分析を実施し、および識別された逸脱に基づき、所望の特徴を満たすようにバイオプロセス精製システムを制御し、それによって標的とする特徴は事前に決定された範囲内に収まる。
1つの態様によれば、下流プロセスまたは上流プロセスが、バイオプロセス精製システム内で制御される。
上記方法は、バイオプロセス精製システムを制御するためのコンピュータープログラムにおいて実施され得る。コンピュータープログラムは、少なくとも1つのプロセッサー上で実行されたとき、少なくとも1つのプロセッサーに、図8と関連付けて記載されている異なる変動に基づき方法を実施させる指示を含む。バイオプロセス精製システムを制御するためのコンピュータープログラムは、コンピューター読み取り可能記憶媒体により保管および搬送され得る。
以下において、所望の特徴を有する標的生成物を生成するバイオプロセス精製システムを制御する方法であって、バイオプロセス精製システムが少なくとも1つの上流プロセスおよび連続クロマトグラフィープロセスを含む方法と関連する特殊な実施形態が開示される。少なくとも1つの上流プロセスは、標的生成物を含むフィード(またはサンプル)を生成するための細胞培養方法を含む。連続クロマトグラフィープロセスは、少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成され、および循環式の動作で連続精製するように構成され、連続精製は、フィードのその他の成分から標的生成物を分離するためにフィードにおいて実施され、該方法は、
a)標的生成物を精製した後に、標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーター、および/またはフィードから標的生成物を除去した後に、フィードの特徴を示す少なくとも1つのパラメーター(例えば不純物の量)を検出するステップと、
b)前記所望の特徴を有する標的生成物を生成するために、検出された少なくとも1つのパラメーターに応答して少なくとも1つの上流プロセスを制御するステップと
を含む。
細胞培養条件と関連し得るすべての情報は、ループバックシステムにより制御される指標、例えばpH調整、または炭素源、ビタミン、微量元素等の添加または低減等において使用可能である。特に、どのようなアウトプットが所与の作用から予測されるかを予測するのに、細胞培養シミュレーションモデルが使用され得る。
図7bに例示するこの実施形態は、ランタイム(x軸)に対する各カラムA〜Dへのサンプルのローディング容積(y軸)を示すグラフである。実線74Aは、カラムAに関する測定されたローディング容積、および曲線はほぼ60分毎に段階的に調整される量である。同じことがカラムB(破線74B)、カラムC(二点鎖線74C)、およびカラムD(点線74D)に当てはまる。
逸脱性の挙動を示す傾向を識別するのに使用され得る異なる境界条件(ライン75〜79)をグラフに示す。例えば、ローディング容積が期待されるレベル(75により示すように)よりも20%超高い場合には、システムの適切な機能を維持するために緊急処置が必要とされる。これは、第1サイクル後に+20%レベルを上回る(79により示すように)カラムAにおいて例証される。これは、カラムに供給されるサンプル中の標的生成物の濃度が過剰に低い兆候であり得る。ただし、これは、第1サイクル期間中にカラムAについてのみ認められるものであり、スタートアッププロセスの結果であり得る。
カラムAに関する第1サイクルを除いて、すべての曲線74A〜74Dは同一の挙動(着実に減衰する挙動)を示し、そして7〜8サイクル後、下側警告レベル(76により示すように)を越えるが、これはサンプル中の標的生成物の濃度が増加していることを示す。適切な機能を保証するために処置が必要とされ得る。図9は、第1の場合における連続クロマトグラフィーに関するグラフィカルインターフェース90について例証する。グラフィカルインターフェースは、異なる目的を有するいくつかのエリアに分割される。グラフィカルインターフェースの下部において、タイムライン91が、予測されるランタイム、プロセスの実行ランタイム92a、および計画されたプロセス92bを例証するのに使用される。製造の予想外のダウンタイムを防止するために、予測されるランタイム期間中に対処される必要がある特定のイベント93、例えばスケジュール化されたメンテナンス等を強調するための情報ポインターが例証されている。
メインエリアは、連続クロマトグラフィーの各カラムA〜Dについて、そのプロセスを例証するクロマトグラフィープロセスの概要94を含む。第1の場合、カラムD(「1番」として表す)には細胞培養プロセスからのサンプルが供給され、そしてカラムDのアウトレットはカラムA(「2番」として表す)のインレットと接続する。これは、カラムDおよびAはローディング段階にあることを意味する。ローディング済みのカラムC(「溶出」として表す)は溶出し、そしてカラムCのアウトレットはバイオプロセス精製システム内の後続するステップにおいて処理される。カラムB(「CIP」として表す)はこれまでに溶出しており、そして将来的にサンプルのローディングが可能となるように洗浄される。概要には、95に示すように、手動により精製方法を調整する可能性も含まれる。ただし、システムの稼働時間に影響を及ぼす可能性があるので、計画されたプロセス92bは、好ましくは変更されない。
メインスクリーンは、カラムA〜Dの動作状態を例証するエリア96も含むが、これは、図10a〜図10dと関連付けてより詳細に記載される。各カラムA〜Dの実施状況を97に示し、各カラムのどれがプロセス実施状態にあるか、およびリアルタイム傾向表示も表す。この場合、カラムBの実施状況が強調され、そして適切な機能を保証するために処置が必要とされる。これは計画され得るが、また第1の情報ポインター93が示すように、近い将来メンテナンスがスケジュール化される理由となる。
プロセスにとって重要である特定の重要なデータを別のエリア98に示す。重要なデータの例は、総収率、ベースライン、ΔUVである。リアルタイムにモニタリングおよび評価できるようにするために、傾向曲線とメインスクリーンを切り替えるボタン99が提供される。評価インターフェースの例を図12と関連付けて示す。
図10a〜図10dは、連続クロマトグラフィーにおけるカラムA〜Dの動作状態をモニタリングするためのグラフについて例証する。図10aはカラムAの通過画分UVを例証し、図10bはカラムBについて再生期間中の伝導度を例証し、図10cはカラムCについて溶出UVを例証し、そして図10dはカラムDについて漏出〜ベースラインのUVを例証する。
図11は、第2の場合における連続クロマトグラフィーに関するグラフィカルインターフェース100について例証する。グラフィカルインターフェース100は、図9に記載のエリアと同一のエリアに分割される。ただし、タイムライン91は、第1の場合と第2の場合の間で経過した時間を補うように調整されている。(タイムライン91は、)予測されるランタイム、調整済みの実行ランタイム101a、ならびに計画されたプロセス101bを例証するために使用される。
連続クロマトグラフィーの各カラムA〜Dのプロセスを例証するクロマトグラフィープロセスの概要94は更新される。第2の場合において、カラムA(「1番」として表す)には、細胞培養プロセスからのサンプルが供給され、そしてカラムAのアウトレットはカラムB(「2番」として表す)のインレットと接続している。これは、カラムAおよびBはローディング段階にあることを意味する。ローディング済みのカラムD(「溶出」として表す)は溶出し、そしてカラムDのアウトレットはバイオプロセス精製システム内の後続するステップにおいて処理される。カラムC(「CIP」として表す)はこれまでに溶出しており、そして将来的にサンプルのローディングが可能となるように洗浄される。
図12は、図9と関連付けて記載するように、オペレーターが評価ボタン99を押すと起動するリアルタイム評価インターフェースについて例証する。最も重要なエリア、すなわちタイムライン91、実施状況97、および重要なデータ98は、評価インターフェース内でなおも利用可能である。評価インターフェースの主要エリアは、連続クロマトグラフィーにおけるセンサーにより検出された選択されたパラメーター間の比較を例証するクロマトグラム102を示す。103により示すように、異なるカラムを選択することができる。
メインスクリーンに戻るために、ボタン104がユーザーに提供される。
11 細胞培養
12 保持
13 捕捉
14 ウイルス不活性化
15 ポリッシュ
16 送達
17 オートメーションレイヤー
20 連続クロマトグラフィー
21 インレット
22 アウトレット
23 カラムインレット
24 カラムアウトレット
25 バルブシステム
26 バッファーインレット
27 廃棄アウトレット
28 インラインセンサー
28' インラインセンサー
29 オフラインセンサー
30 漏出曲線
40 利用可能な総容量
41 サンプルロード
42 容量
43 容量
44 生成物の漏出
50 曲線
51 曲線
52 参照番号
53 参照番号
54 参照番号
55 ベースラインUV
60 曲線
61 曲線
62 曲線
70 細胞培養
71 分離
72 バッチファイ
73a 上流プロセスの制御
73b 下流プロセスの制御
74A カラムAに関する測定されたローディング容積
74B カラムBに関する測定されたローディング容積
74C カラムCに関する測定されたローディング容積
74D カラムDに関する測定されたローディング容積
75 期待されるレベル
76 -10%レベル
77 -20%レベル
78 +10%レベル
79 +20%レベル
90 グラフィカルインターフェース
91 タイムライン
92a 実行ランタイム
92b 計画されたプロセス
93 特定のイベント、情報ポインター
94 概要
95 方法の編集
96 エリア
97 実施状況
98 別のエリア、重要なデータ
99 評価ボタン
100 グラフィカルインターフェース
101a 実行ランタイム
101b 計画されたプロセス
102 クロマトグラム
103 カラムの選択
104 ボタン
130 曲線、選択された目標とする特徴
131 事前に決定された範囲
132 一点鎖線の曲線
133 点線の曲線
134 破線の曲線

Claims (19)

  1. 少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成され、および循環式の動作で連続精製するように構成された連続クロマトグラフィーを含む連続的バイオプロセス精製システムを制御する方法であって、前記連続精製が、所望の特徴を有する標的生成物を含むサンプルにおいて実施され、前記方法が、
    a)前記標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーターを検出するステップ(82)と、
    b)検出された少なくとも1つのパラメーターに基づき、前記所望の特徴を満たすように前記バイオプロセス精製システムを制御するステップ(84)と
    を含み、それによって目標とする特徴が事前に決定された範囲内に収まる、方法。
  2. 前記サンプルが前記連続クロマトグラフィーで処理された後、前記標的生成物内の不純物がステップa)において検出され、ステップb)が、検出された不純物を有する前記標的生成物の再処理を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記標的生成物の前記再処理が、前記連続クロマトグラフィーにおける、以前の処理で使用したカラムとは異なるカラムにおいて、検出された不純物を有する前記標的生成物を処理することを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記バイオプロセス精製システムが、前記連続クロマトグラフィー後にウイルス不活性化ステップを含み、検出された不純物を有する前記標的生成物の前記再処理が、別のウイルス不活性化ステップを通じて処理することを含む、請求項2に記載の方法。
  5. ステップb)が、前記バイオプロセス精製システム内の上流プロセス(85)を制御する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. ステップb)が、前記連続クロマトグラフィーに供給される前記サンプル中の標的生成物の濃度を制御することを含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記バイオプロセス精製システムが、細胞培養プロセスを含み、ステップb)が、前記連続クロマトグラフィーに供給される前記サンプルの組成を調整するために、前記細胞培養プロセスを制御すること(85a)を含む、請求項5に記載の方法。
  8. ステップb)が、前記バイオプロセス精製システム内の下流プロセス(86)を制御する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記連続クロマトグラフィーが、各カラムのローディングステップ、溶出ステップ、および洗浄ステップを含み、ステップb)が、前記連続クロマトグラフィーに供給される前記サンプル中の前記標的生成物の濃度に基づき、溶出ステップを調整すること(86a)を含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記バイオプロセス精製システムが、ポリッシュステップを含み、前記方法が、
    標的生成物フィンガープリントを規定するステップ(81)と、
    ステップa)において、前記サンプルが前記連続クロマトグラフィーで処理された後、フィンガープリントを定期的に取得するとともに、逸脱を識別するために、前記標的生成物フィンガープリントを前記サンプルの定期的に取得されたフィンガープリントと比較するステップと、
    ステップb)において、識別された逸脱に応答して前記ポリッシュステップを調整するステップ(86b)と
    をさらに含む、請求項8に記載の方法。
  11. 前記標的生成物フィンガープリントが、前記標的生成物の組成および/または前記標的生成物内の検出された不純物の組成により定義される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記フィンガープリントが、分光測定法により取得される、請求項10または11に記載の方法。
  13. ステップb)の前に、前記標的生成物の前記所望の特徴からの逸脱を識別するために、検出された少なくとも1つのパラメーターそれぞれについて、リアルタイム傾向分析を実施するステップ(83)と、
    識別された逸脱に基づき前記バイオプロセス精製システムを制御するステップと
    をさらに含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記標的生成物の精製後の量が、ステップa)において測定され、前記傾向分析が、経時的に実施される、請求項13に記載の方法。
  15. 少なくとも3つのカラムを用いて動作するように構成され、循環式の動作で連続精製するように構成された連続クロマトグラフィーを含むバイオプロセス精製システムであって、
    前記連続精製が、所望の特徴を有する標的生成物を含むサンプルにおいて実施され、
    前記バイオプロセス精製システムが、
    前記標的生成物の特徴を示す少なくとも1つのパラメーターを検出し、
    検出された少なくとも1つのパラメーターに基づき、前記所望の特徴を満たすように前記バイオプロセス精製システムを制御する
    ようにさらに構成され、それによって目標とする特徴が事前に決定された範囲内に収まる、バイオプロセス精製システム。
  16. 前記標的生成物の前記所望の特徴からの逸脱を識別するために、検出された少なくとも1つのパラメーターそれぞれについてリアルタイム傾向分析を実施するようにさらに構成され、前記バイオプロセス精製システムの前記制御が、識別された逸脱にさらに基づく、バイオプロセス精製システム。
  17. 下流プロセスまたは上流プロセスが、前記バイオプロセス精製システム内で制御される、請求項15または16に記載のバイオプロセス精製システム。
  18. 少なくとも1つのプロセッサーにおいて実行された場合に、前記少なくとも1つのプロセッサーに請求項1から14のいずれか一項に記載の方法を実施させる指示を含む、バイオプロセス精製システムを制御するためのコンピュータープログラム。
  19. 請求項18に記載のバイオプロセス精製システムを制御するためのコンピュータープログラムを担持するコンピューター読み取り可能な記憶媒体。
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