JP2020536497A - 細胞培養におけるプロセス変量を制御するためのインサイチュラマン分光システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年10月16日に出願された米国仮出願第62/572,828号、及び2018年4月25日に出願された同第62/662,322号の利益及び優先権を主張し、当該出願はいずれも許容される場合、それらの全体が参照により組み込まれる。
本発明は、概して、バイオリアクター細胞培養における1つ以上のプロセス変量をモニタリング及び制御するためのインサイチュラマン分光法及びシステムを含む、バイオリアクターシステム及び方法に関する。
食品医薬品局(FDA)のプロセス分析技術(PAT)フレームワークは、プロセスをよりよく理解し、製品の品質を管理するために、プロセス開発、プロセス分析、及びプロセス制御のための革新的な解決法の自主的な開発及び実装を奨励する。プロセスパラメーターは、製造プロセス中にモニタリング及び制御される。例えば、バイオ製品の製造中にバイオリアクターの細胞培養に栄養分をフィードすることは、重要なプロセスパラメーターである。現在のバイオ製品製造には、毎日のボーラスフィードの戦略が関与する。現在の方法では、毎日のボーラスフィードにより、細胞培養物の栄養分濃度が毎日少なくとも5倍に増大する。フィードとフィードとの間に培養物から栄養分が枯渇しないようにするために、毎日のボーラスフィードは栄養分を高濃度レベルに維持する。実際、各フィードは、次のフィードまで培養を維持するのに必要な全ての栄養分を持つように設計されている。しかし、毎日のボーラスフィードには大量の栄養分が含まれているため、バイオリアクターの栄養分レベルが大幅に変動し、生成物培養の製品品質の出力に不整合が生じる場合がある。
I.定義
本明細書で使用する場合、文脈上明らかに別段に示されている場合を除き、「1つの(a)」、「1つの(an)」及び「その(the)」という単数形には、複数の言及物が含まれる。
一実施形態は、製品の品質及び一貫性を改善するために、バイオリアクター細胞培養における1つ以上のプロセス変量をモニタリング及び制御するための方法を提供する。プロセス変量としては、限定するものではないが、グルコース、アミノ酸、ビタミン、成長因子、タンパク質、生細胞数、酸素、窒素、pH、死細胞数、サイトカイン、乳酸塩、グルタミン、他の糖、例えば、フルクトース及びガラクトース、アンモニウム、浸透圧、及びそれらの組み合わせが挙げられる。開示された方法及びシステムは、細胞培養プロセス変量の正確な連続フィードバック及びモデル予測制御のために、細胞培養のリアルタイム評価のためのインサイチュラマン分光法及びケモメトリックモデリング技術を信号処理技術と組み合わせて利用する。バイオリアクターの内容物のインサイチュラマン分光法により、試験のためにバイオリアクターの内容物のサンプルを物理的に取り出す必要なく、バイオリアクター内の1つ以上のプロセス変量の分析が可能になる。ラマン分光法のリアルタイムデータの使用を通して、細胞培養内のプロセス変量を、連続的または断続的にモニタリングし、自動フィードバックコントローラーが、プロセス変量を所定の設定ポイントに維持するか、または可変量の作用物質をバイオリアクターに送達してバイオ製品の品質を最大化する特定のフィードプロトコールを維持する。
別の実施形態は、バイオリアクター細胞培養における1つ以上のプロセス変量をモニタリング及び制御するためのシステムを提供する。複数の構成要素が単一のユーザーインターフェースで単一のシステムに統合されている。図2を参照すれば、ラマン分析装置200は、バイオリアクター300に作動可能に接続され得る。この態様では、ラマンプローブを、バイオリアクター300に挿入して、細胞培養内の1つ以上のプロセス変量、例えば、栄養分濃度の生のスペクトルデータを取得してもよい。ラマン分析装置200はまた、取得された生のスペクトルデータを受信して処理し得るように、コンピュータシステム500に作動可能に接続され得る。
材料及び方法
哺乳動物細胞の培養プロセスでは、化学的に定義された基本培地で増殖させたチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞株を利用した。生産は、RSLogix 5000ソフトウェア(Rockwell Automation、Inc.Milwaukee,WI)によって制御される60Lのパイロットスケールステンレススチールバイオリアクターで行われた。
図3は、オフライン栄養分サンプルによって確認された予測栄養分プロセス値を示す。図3から分かるように、ラマン分析装置及びケモメトリックモデルは、オフライン分析法の変動性内の栄養分濃度値を予測した。これによって、本発明の方法によるインサイチュラマン分光法及びケモメトリックモデリングが、栄養分濃度値の正確な測定を提供することが実証される。
材料及び方法
生産は250Lのシングルユースのバイオリアクターで行った。部分最小二乗回帰モデルを作成した。以下の表1Bは、栄養分ケモメトリックスの部分最小二乗回帰モデルの詳細を示している。
図6は、翻訳後修飾に対するグルコース濃度の影響を示している。図6から分かるように、グルコース濃度が高いほど、PTMの割合が高くなる。図6のデータポイントを、バッチ日を通しての翻訳後修飾(PTM)の正規化された%及びグルコース濃度について、以下の表2に示す。
Claims (38)
- 細胞培養培地条件を制御するための方法であって、
インサイチュラマン分光法を使用して、前記細胞培養培地中の1つ以上の分析物を定量化すること;及び
前記細胞培養培地中のタンパク質の翻訳後修飾を1.0〜30パーセントに維持する所定の分析物濃度に一致するように、前記細胞培養培地中の1つ以上の分析物濃度を調整すること
を含む、前記方法。 - 前記翻訳後修飾が糖化を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記細胞培養物中のタンパク質が抗体またはその抗原結合断片を含む、請求項1記載の方法。
- 前記細胞培養物中のタンパク質が融合タンパク質を含む、請求項1記載の方法。
- 前記細胞培養培地が哺乳動物細胞を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記哺乳動物細胞がチャイニーズハムスター卵巣細胞を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記分析物がグルコースである、請求項1に記載の方法。
- 所定のグルコース濃度が0.5〜8.0g/Lである、請求項7に記載の方法。
- グルコース濃度が1.0g/L〜3.0g/Lである、請求項7に記載の方法。
- グルコース濃度が2.0g/Lである、請求項7に記載の方法。
- グルコース濃度が1.0g/Lである、請求項7に記載の方法。
- 前記所定の分析物濃度が、前記細胞培養培地中のタンパク質の翻訳後修飾を1.0〜20パーセントに維持する、請求項1に記載の方法。
- 前記所定の分析物濃度が、前記細胞培養培地中のタンパク質の翻訳後修飾を5.0〜10パーセントに維持する、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が連続的に実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が断続的に実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が、間隔を置いて実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が5分間隔で実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が10分間隔で実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が15分間隔で実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が毎時間実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物の定量化が少なくとも毎日実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記分析物濃度の調整が自動的に実行される、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも2つの異なる分析物が定量化される、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも3つの異なる分析物が定量化される、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも4つの異なる分析物が定量化される、請求項1に記載の方法。
- 分泌タンパク質の翻訳後修飾を低減させるための方法であって、
0.5〜8.0g/Lのグルコースを含む細胞培養培地において、前記タンパク質を分泌する細胞を培養すること;
インサイチュラマン分光法を用いて、前記細胞の培養中に前記細胞培養培地中のグルコース濃度を増分的に決定すること;
前記分泌タンパク質の翻訳後修飾を1.0〜30.0パーセントに維持するため、1時間あたりに複数回のグルコースを自動的に送達することによりグルコース濃度を0.5〜8.0g/Lに維持するよう、グルコース濃度を調整すること
を含む、前記方法。 - グルコースの濃度が1.0〜3.0g/Lである、請求項26に記載の方法。
- 細胞培養培地条件を制御するためのシステムであって、前記システムに、
前記細胞培養培地中の1つ以上の分析物の濃度を含むインサイチュラマン分光計からのデータを受信させるために;及び
前記細胞培養培地中のタンパク質の翻訳後修飾を1.0〜30パーセントに維持する所定の分析物濃度に一致するように前記細胞培養培地中の1つ以上の分析物濃度を調整させるために
1つ以上のプロセッサによる実行のためのソフトウェアコードを格納するコンピュータ可読媒体と通信する前記1つ以上のプロセッサを含む、前記システム。 - 前記システムに、前記データに対してケモメトリック分析を実行させるように、前記ソフトウェアコードがさらに構成される、請求項28に記載のシステム。
- 前記ケモメトリック分析が、部分最小二乗回帰モデリングを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記システムに、前記データに対して1つ以上の信号処理技術を実行させるように、前記ソフトウェアコードがさらに構成される、請求項28に記載のシステム。
- 前記信号処理技術がノイズ低減技術を含む、請求項31に記載のシステム。
- 分泌タンパク質の翻訳後修飾を減少させるためのシステムであって、前記システムに、
前記タンパク質を分泌する細胞の培養中に、細胞培養培地中のグルコース濃度を含むインサイチュラマン分析装置からのスペクトルデータを増分的に受信させるために;及び
前記分泌タンパク質の翻訳後修飾を1.0〜30.0パーセントに維持するため、1時間あたりに複数回のグルコースを自動的に送達することによりグルコース濃度を0.5〜8.0g/Lに維持するよう、グルコース濃度を調整させるために、
1つ以上のプロセッサによる実行のためのソフトウェアコードを格納するコンピュータ可読媒体と通信する前記1つ以上のプロセッサを含む、前記システム。 - 前記システムに、前記スペクトルデータ内のピークをグルコース濃度と相関させるように、前記ソフトウェアコードがさらに構成される、請求項33に記載のシステム。
- 前記スペクトルデータに対して部分最小二乗回帰モデリングを実行するように、前記ソフトウェアコードがさらに構成される、請求項33に記載のシステム。
- 前記スペクトルデータに対してノイズ低減技術を実行するように、前記ソフトウェアコードがさらに構成される、請求項33に記載のシステム。
- 前記グルコース濃度の調整が、自動化されたフィードバック制御ソフトウェアによって実行される、請求項33に記載のシステム。
- 前記グルコースの濃度が1.0〜3.0g/Lである、請求項33に記載のシステム。
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