JP2022084727A - 交互接線流の使い捨て濾過ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書では、堅牢な使い捨ての交互接線流（ＡＴＦ）ハウジングおよびダイアフラム・ポンプ・ユニット、およびこれらを製造し、試験し、湿しかつ使用する関連方法を開示する。【解決手段】中空管の一端へ固定される第１のポンプ半球体の第１の円周フランジ２６と、第１の円周フランジと結合れる第２の円周フランジ２７を備える第２のポンプ半球体であって、第１および第２の円周フランジ間に配置な可撓性ダイアフラム６と、内径ねじ切りを備える内面を有するクランプリング１１０でポンプ半球体を覆って配置し、円周フランジへ固定する。【選択図】図４Ｃ

Description

技術分野
本発明は、ハウジングおよび、例えば濾過システムにおいて使用するためのダイアフラムポンプ、ならびに無菌環境を保持しながらフィルタを湿らせ／洗い流すためのアタッチメントを含む、交互接線流の使い捨て濾過ユニットに関する。

背景
濾過は、典型的には、流体溶液、混合流体または懸濁流体を分離し、清澄化し、改変しかつ／または濃縮するために実行される。バイオテクノロジー、製薬、および医療産業において、濾過は、薬物、診断および化学物質ならびに他の多くの製品の製造、加工および分析を成功させる上で極めて重要である。例として、濾過は、流体を滅菌し、かつ複合懸濁液を清澄化して濾過された「透明な」分画および濾過されない分画にするために用いることができる。同様に、懸濁液中の構成要素は、懸濁媒を除去または「濾過して除く」ことによって濃縮され得る。さらに、フィルタ材料、濾過孔径および／または他のフィルタ変数を適切に選択することにより、他の多くの特殊化されたフィルタ用途が開発されていて、これには、微生物の培養物、血液、ならびに溶液、混合液または懸濁液であり得る他の流体を含む、様々なソースからの構成要素の選択的分離が含まれ得る。

生物製剤の製造プロセスは、多大なプロセス強化を通じて進歩してきた。今日、組換えタンパク質、ウイルス様粒子（ＶＬＰ）、遺伝子治療粒子およびワクチンを産生するための真核細胞および微生物細胞の培養は、共に、１ｍｌ当たり細胞数１００ｅ６以上を達成できる細胞増殖技術を取り入れている。これは、代謝老廃物を除去し、かつ栄養分を追加して培養物を回復させる細胞保持デバイスを用いて達成される。細胞を保持する最も一般的な手段の１つは、交互接線流（ＡＴＦ）を用いる中空糸濾過を用いてバイオリアクタ培養物を灌流させることである。商業的および開発規模の双方のプロセスは、ダイアフラムポンプを制御して中空糸フィルタを介するＡＴＦを実行するデバイス（例えば、米国特許第６，５４４，４２４号明細書参照）を使用し、この場合、ポンプおよびフィルタは、ステンレス鋼に入れられ、無菌状態を保つために使用前に高温加圧滅菌される。経済性およびフレキシブルさを理由に、多くの生産施設は、使い捨て製品の使用に努めているが、ステンレス鋼のＡＴＦを使い捨ての滅菌済みデバイスに替えることには大きな課題がある。

ＡＴＦデバイスを用いる大量生産は、かなりの力に耐えかつシリコーンダイアフラムの完全性を維持できるポンプ・チャンバ・ハウジングを必要とする。プラスチック製使い捨てポンプの半球内には、ダイアフラムを密封する手段が必要である。また、効率的な灌流を達成するためには、デバイスをガンマ線またはエチレンオキシドで滅菌した後に、ドライフィルタを液体で洗い流して膜の繊維を湿らせなければならず、よって、デバイスは、使用前に湿潤手順を見込むように設計されなければならない。濾過デバイスを用いる現行の慣例は、デバイスが膜を通して液体溶液を期待された流体流動速度で灌流していて、生産障害を引き起こす漏れが繊維またはデバイス内に存在しないことを保証するために、完全性試験を実行することを含む。

本開示は、増強された細胞培養産生に適する使い捨てＡＴＦデバイスの構築および使用に対するこれらの障壁を克服する、使い捨てＡＴＦデバイスおよび使用方法を記述する。

概要
本開示は、高密度細胞培養プロセスをサポートすることに適する使い捨てＡＴＦデバイスを提供する。また、本開示は、使い捨てＡＴＦデバイスを用いて無菌環境で高い濾過性能を得る方法も提供する。本開示は、具体的にはトップフランジおよびボトムフランジを有する半球ＡＴＦポンプチャンバのトップおよびボトムハーフと協調して機能するように特別に設計される内径ねじ切りの付いた、（例えば、オートクレーブ、蒸気、ガンマ線、エチレンオキシドを用いて）滅菌可能なプラスチック・クランプ・リングであって、一方のフランジがクランプリングと結合するようにねじ切りされ、かつフランジの一方または双方が、特別に設計される内側のポンプダイアフラムと共にダイアフラムの密封を補助する追加機能を有し得るプラスチック・クランプ・リング、を使用すれば、市販の濾過システムにおけるような使い捨てＡＴＦユニットを用いる場合に内在する多大な圧力および広範な圧力変動に耐え得る滅菌可能で堅牢な使い捨てＡＴＦ濾過ハウジングおよびポンプユニットを簡単に製造することができる、という発見を、少なくとも部分的に基礎とする。

本開示はまた、フラッシュ溶液をバイオリアクタへ導入することのない、バイオリアクタからの培地の交互接線流のためのデバイスを調製するために無菌状態を保持しながら、密閉フィルタ上へ滅菌された液体フラッシュを供給できるポートおよび流体バッグの構成をも部分的に基礎とする。ダイアフラムポンプからのＡＴＦデバイスの交互接線流を使用する能力は、無菌環境を保持しながら灌流プロセスにおける最適性能に合わせてフィルタを調整するための新規機構を提供する。フィルタのフラッシングおよび湿しを達成するために無血清増殖培地を使用する方法について記述する。ＡＴＦデバイスのこの構成も、濾過デバイスの完全性試験を見込むものであり、よって、バイオリアクタを有するデバイスの作動中の流動速度性能が保証される。

機能的で堅牢な、金属製でない使い捨てのＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの開発は、これらのユニットの典型的な商業的使用に関わる多大な力に起因して困難であった。ＡＴＦポンプ内部の圧力は、大きく変化して、５０ｐｓｉ以上まで上昇する可能性があり、従来的には、結果として生じるこの力に耐え得る金属製の（例えば、使い捨てでない）コンポーネントを必要とする。使い捨てのＡＴＦポンプの開発にあたっては、試行された材料およびプラスチックの多くが失敗に終わった。非金属材料の使用は、多くの用途において接着および強度を増大させるために使用されることも可能な多くの接着剤がポンプ内の細胞にとって有毒であり、よって、この新しいポンプには使用できないという事実によって複雑化する。

ある態様において、本開示が提供する使い捨てのＡＴＦハウジングおよびダイアフラム・ポンプ・ユニットは、滅菌可能で無毒の硬質プラスチック製中空管と、中空管の一端へ固定される第１のポンプ半球体であって、前記第１のポンプ半球体は第１の円周フランジを含み、かつ第１のポンプ半球体の開口は、第１のポンプ半球体と中空管との間に流体が流れることを可能にする、第１のポンプ半球体と、第１の円周フランジと結合するように構成される第２の円周フランジを備える第２のポンプ半球体であって、第１の円周フランジまたは第２の円周フランジの何れかが外径ねじ切りを備える、第２のポンプ半球体と、第１および第２の円周フランジ間に配置されるように構成される可撓性ダイアフラムと、内径ねじ切りを備える内面を有するクランプリングであって、ねじ切りされた円周フランジなしでポンプ半球体を覆って配置されかつねじ切りされた円周フランジへ固定されるように構成されるクランプリングと、を含む。

様々な実施形態において、クランプリングは、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、ポリエチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリスルホンプラスチックのうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。実施形態によっては、クランプリングは
、雌ねじを有する下側部分と、第１のポンプ半球体の曲がった、または斜めの外面を収容するように構成される内面を有する上側部分とを含むことができる。

実施形態によっては、使い捨てＡＴＦユニットは、ＡＴＦとして動作されることが可能な密閉システムを実現しかつフィルタ膜を湿らせるために、空気リザーバ、透過フラッシュバッグおよび流体供給バッグのうちの何れか１つまたはそれ以上を滅菌連結部を介して取り付けるために使用される１つまたは複数のポートをさらに含むことができる。概して、ＡＴＦユニットは、４５ｐｓｉ以上まで、例えば１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５または６０ｐｓｉまで加圧されることが可能である。

所定の実施形態において、第１および第２のフランジは、可撓性ダイアフラム上の突起と結合するように構成される溝を有する。概して、クランプリングは、第１および第２のフランジ間で可撓性ダイアフラムを圧縮するように構成され、かつ圧縮レベルは、設計上桁違いに安全な圧力を包含するに足るダイアフラムの圧縮に相関するトルク仕様を適用することによって、変更されることが可能である。例えば、トルク仕様は、約１０～１００ｌｂｆｔ以上であってもよく、例えば、約１０～１００ｌｂｆｔ、２０～８０ｌｂｆｔ、または３０～７０ｌｂｆｔ、であってもよく、例えば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０または１００ｌｂｆｔであってもよい。

別の態様において、本開示は、完全に湿らせた使い捨て濾過デバイスを調製する方法を提供する。本方法は、無菌連結部を用いて、本明細書に記述しているような使い捨ての交互接線流（ＡＴＦ）ユニットの上部ポートへ保持および透過流体バッグを連結することと、培地または他の流体含有バッグをポンプ入口ポートへ取り付けることと、使い捨てＡＴＦユニットを作動して、使い捨てＡＴＦユニットの中空管内部のフィルタ膜に渡って培地または他の流体の流動を実現することを含む。これらの方法は、さらに、使い捨てＡＴＦユニットを作動して使い捨てＡＴＦユニットの中空管内のチャンバを透過する流体流動を実現した後に、使い捨てＡＴＦユニットからポンプ入口ポートを通して保持流体を排出することも含んでもよい。

別の態様において、本開示は、使い捨て濾過デバイスの完全性試験を実行する方法を含む。これらの方法は、使い捨て濾過デバイスを洗い流すために使用された培地を、濾過デバイス内部のダイアフラムを持ち上げるために空気圧源が開放されている状態の湿潤流体バッグ内へ排出することと、空気圧源バルブを閉じてダイアフラムに加わる圧力を放つことと、湿潤流体バッグと濾過デバイス上のポートとの間に位置決めされるバルブ、および濾過デバイスの保持液ポートへ連結されるバルブを閉じることと、空気圧源を用いてフィルタの片側を加圧することと、フィルタと空気圧源との間のバルブを閉じることと、経時的な圧減衰を測定することと、圧減衰の測定値を空気流と相関することを含む。

これらの方法において、培地は、重力によって、またはデバイスから培地を圧送することによって排出されることが可能である。所定の実施形態において、空気圧源は、空気を約１～５ｐｓｉの圧力で、例えば、１、２、３、４または５ｐｓｉの圧力で供給する。

別の態様において、本開示は、使い捨て濾過デバイスの完全性試験を実行する方法を提供する。これらの方法は、使い捨て濾過デバイスを洗い流すために使用された培地を、濾過デバイス内部のダイアフラムを持ち上げるために空気圧源が開放されている状態の湿潤流体バッグ内へ排出することと、空気圧源バルブを閉じてダイアフラムに加わる圧力を放つことと、湿潤流体バッグと濾過デバイス上のポートとの間に位置決めされるバルブと、濾過デバイスの保持液ポートへ連結されるバルブとを閉じることと、空気圧源を用いてフィルタの片側を加圧することと、デバイス内部の圧力を経時的に測定することと、空気圧源とデバイスとの間の流れを、流量計を用いて測定することと、圧力の測定値を空気流の
測定値と相関することを含む。

別の態様において、本開示は、使い捨て濾過デバイスを用いる方法を提供する。これらの方法は、本開示の任意の態様による使い捨てＡＴＦユニットを調達することと、無菌連結部を用いて流体バッグをＡＴＦユニットの上部ポートへ連結することによりＡＴＦユニットを流体回路内へ配置することと、ＡＴＦユニットが、使い捨てＡＴＦユニットの中空管内のフィルタ膜を通って濾過される培地または他の流体の流動、および濾過が完了した時点のＡＴＦユニットの処分を実現できるように、流体容器をポンプ入口ポートへ取り付けることを含む。

本明細書で使用する「密封される」、「密封する」およびこれらに類する用語は、２つのチャンバまたは他のシステムコンポーネントの接合または接合部が、５０ｐｓｉまでの圧力において接合または接合部から流体を漏れさせないという事実を指す。

「フラッシング」は、中空糸フィルタを覆う、かつこれを介する溶液の使用を指す。
「湿し」とは、糸膜の孔がその時点で液体を含み（湿った状態）、かつ低圧および高い流体流動速度において低い通気を示すような方法による中空糸フィルタのフラッシングを指す。

別段の規定のない限り、本明細書で使用する全ての技術および科学用語は、本発明が属する技術分野の一般的な当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の実施または試験においては、本明細書に記載しているものに類似する、またはこれらと同等の方法および材料を用いることができるが、以下、適切な方法および材料について記述する。本明細書において言及する刊行物、特許出願、特許および他の引例は、全て、参照によりその全体が開示に含まれる。矛盾が生じた場合は、定義を含む本明細書が優先する。さらに、材料、方法および実施例は、単なる例示であって、限定を意図するものではない。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第１の実施形態を示す等角図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第１の実施形態を示す正面図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第１の実施形態を示す断面図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第２の実施形態を示す等角図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第２の実施形態を示す正面図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第２の実施形態を示す断面図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第３の実施形態を示す等角図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第３の実施形態を示す正面図である。 本明細書に記載する使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットの第３の実施形態を示す断面図である。 ダイアフラムポンプの詳細図であって、液体側の半球（上部）、空気側の半球（下部）、ダイアフラム（半球間に密封される）、および両半球を合わせて保持しかつダイアフラムに渡る圧縮を強いるために使用されるロックリング、およびより大きい直径を有するポンプのシーリングを補助するために追加されるシーリング機能を示す。 ダイアフラムポンプの詳細図であって、液体側の半球（上部）、空気側の半球（下部）、ダイアフラム（半球間に密封される）、および両半球を合わせて保持しかつダイアフラムに渡る圧縮を強いるために使用されるロックリング、およびより大きい直径を有するポンプのシーリングを補助するために追加されるシーリング機能を示す。 ダイアフラムポンプの詳細図であって、液体側の半球（上部）、空気側の半球（下部）、ダイアフラム（半球間に密封される）、および両半球を合わせて保持しかつダイアフラムに渡る圧縮を強いるために使用されるロックリング、およびより大きい直径を有するポンプのシーリングを補助するために追加されるシーリング機能を示す。 ダイアフラムポンプの詳細図であって、液体側の半球（上部）、空気側の半球（下部）、ダイアフラム（半球間に密封される）、および両半球を合わせて保持しかつダイアフラムに渡る圧縮を強いるために使用されるロックリング、およびより大きい直径を有するポンプのシーリングを補助するために追加されるシーリング機能を示す。 ダイアフラムポンプの詳細図であって、液体側の半球（上部）、空気側の半球（下部）、ダイアフラム（半球間に密封される）、および両半球を合わせて保持しかつダイアフラムに渡る圧縮を強いるために使用されるロックリング、およびより大きい直径を有するポンプのシーリングを補助するために追加されるシーリング機能を示す。 本明細書に記載するような雄ねじ付きフランジを有するＡＴＦダイアフラム・ポンプ・アセンブリと共に用いるように特別に設計された雌ねじ付きプラスチック・クランプ・リングを示す等角図である。 本明細書に記載するような雄ねじ付きフランジを有するＡＴＦダイアフラム・ポンプ・アセンブリと共に用いるように特別に設計された雌ねじ付きプラスチック・クランプ・リングを示す断面図である。 本明細書に記載するような雄ねじ付きフランジを有するＡＴＦダイアフラム・ポンプ・アセンブリと共に用いるように特別に設計された雌ねじ付きプラスチック・クランプ・リングを示す上面図である。 コントローラおよびバイオリアクタへ連結される使い捨てＡＴＦポンプハウジングのシステムレベルを表す。 コントローラおよびバイオリアクタ、および細胞培養産生に先行してフィルタを洗い流しかつ調整するために使用される流体バッグおよびポートへ連結される使い捨てＡＴＦポンプハウジングのシステムレベルを表す。 本明細書に記載する実施例において記述される試験に使用されるポンプ半球試験装置を表す。 本開示によるＡＴＦポンプハウジングを用いて実行された細胞培養の結果を示すグラフである。 本開示によるＡＴＦポンプハウジングを用いて実行された細胞培養の結果を示すグラフである。

様々な図面における類似の参照符号は、類似エレメントを示す。
詳細な説明
本開示は、一般的な方法（例えば、ガンマ線およびエチレンオキシド）により滅菌可能であって、使い捨てであるように、かつ／または１回または使用を限定されて設計される新しい使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットについて記述する。本ユニットは、２つの半球形半分を含む球形ＡＴＦポンプアセンブリへ直に連結されるプラスチックハウジングを含む。特定の構造を所与として、この新規ユニットは、使用中に生じる過酷さおよび多大な圧力に驚くほど耐えることができる。一方の半球は、雄ねじ付きフランジを
有し、かつクランプまたはロックリングは、一方の半球を同心円状に取り囲んで反対側の半球上にねじ込み、例えばシリコーンまたは他のエラストマー製の内側のポンプダイアフラムを挟んで締め付け／密封する。この実施形態において、クランプリングは、雌ねじ付きである。クランプまたはロックリングは、両半球を通して上下から繋ぐ２つのユニットから成る可能性もある。

これらの新規ユニットは、滅菌可能、堅牢、しかも使い捨てであって、現時点で金属製のハウジングおよびポンプユニットを用いるＡＴＦ濾過システムの代わりに使用することができる。使い捨てであるというその性質にも関わらず、この新規使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットは、このようなＡＴＦシステムの商業的使用に固有の多大な圧力の循環に耐えることができる。使い捨てＡＴＦの設計には、無菌状態を保持しながらフィルタを洗い流しかつ湿らせることを可能にする流体経路構成が含まれる。この構成は、濾過デバイスの適正なパフォーマンスを保証する、ＡＴＦデバイスのフィルタ完全性試験も見込んでいる。

近年の新規材料および製造方法の進歩により、使い捨て機器の構造および使用は、ますます受け入れられてきている。このような使い捨てシステムは、最小限の取り扱いでセットアップすることができ、ユーザによる洗浄または滅菌を必要としない。これらは、無菌で、かつ最小限の準備および組み立てで直ぐに使用できる形で供給される。その結果、ユーザによる作業および取り扱いの低減ならびに長いオートクレーブサイクルの排除に起因して、省コストになる。さらに、使用が終わると、システムは、分解または清掃することなく即廃棄することができる。これらのシステムは、オペレータによる汚染および組立の危険性を減らす。これらは、操作／無菌化のための長い検証手順を必要としない。これらのユニットは、ステンレス鋼またはガラスユニットに比べて軽量かつ輸送が容易であり、より安価で、保管スペースも少なくなる。また、これは、厄介で問題の多いオートクレーブもなくする。機器を無菌化する別のオプションは、定置蒸気滅菌（ＳＩＰ）を行うことであり、この製品により、大型の蒸気発生器および配管が不要となる。新規システムもまた、部品の洗浄および部品洗浄検証の必要性をなくすことから、廃液量が減る。これらのシステムの利便性により、製造現場における実装時間が大幅に短縮される。

しかしながら、ＡＴＦプロセスには、圧力勾配をもたらす多大な圧力循環、および糸膜表面に対して軸方向および半径方向双方の流れが内在し、全てのＡＴＦ濾過およびポンピングシステムにかなりの内力がかかる。「圧力サイクル」の間、ポンプ内の圧力は、保持液リザーバ内の圧力より大きく、２５ｐｓｉ以上に上昇することがある。液体は、ダイアフラムポンプから「前方へ」軸方向に、即ちフィルタエレメントを介して保持液リザーバに向かって流れる。また、液体の一部は、フィルタ膜を通って濾過液区画へと押し込まれる。したがって、密閉された濾過液区画では、透過出口（ポンプ）における制約に起因して、循環中、濾過液の流入が濾過液区画をかなりのレベルまで加圧することがある。

これらの周期的圧力は、同じく滅菌可能でありかつ使い捨て材料で製造される堅牢で商業的に有用なＡＴＦ濾過システムの作製を困難にする。これらの材料を単純、容易でロバストな、費用効果的かつ製造しやすい方法で構築し、組み立てかつ接着することは困難であり、本明細書に記述しているように使用され得る材料の選択は、高圧、抽出物／溶出物のプロファイル、必要な医療グレード認定、透明性、コスト、滅菌適性および可用性に起因して制限される。半球アセンブリ内の力は、形状寸法および大きい表面積によって拡大される。その結果、ポンプ（空気側／液体側）の密閉、および濾過モジュールの透過および外部環境への供給は、設計上の難題である。この設計で克服された別の課題は、さまざまな供給業者が供給する多様なサイズのフィルタカートリッジを包囲して密封するアセンブリの作製であった。

使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプ
図１Ａ～Ｃ、図２Ａ～Ｃおよび図３Ａ～Ｃは、各々、本明細書に記述している使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニット１００、２００、および３００の３つの異なる実施形態の等角図、正面図および断面図を示す。

概して、新規ＡＴＦハウジングおよびポンプユニットのハウジング、ダイアフラムポンプ、内部ダイアフラム、バルブ、フィルタおよび他の構成要素は、所定の要件を満たす材料で構成することができる。具体的には、材料は、典型的な流体濾過システムの作動中に発生する圧力に耐えなければならず、細胞または微生物を傷つける、または殺し得る毒素がなく、所望される形状に容易に成形され、軽量かつ比較的安価でなければならず、かつエチレンオキシド（ＥＯ）またはガンマ線であり得なければならない。例えば、有用な材料には、ポリカーボネート（ＰＣ）（例えばＳａｂｉｃのＨＰＳグレード）、ポリスルホン（ＰＳ）、ＢＰＡフリープラスチックのコポリエステル（例えばＥａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のＴＲＩＴＡＮ（登録商標））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン、ガラス充填ポリマー、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）および複合体（例えば、ガラス／ＰＣ、ガラス／ＰＳおよびガラス／ナイロン）が含まれる。これらの材料の望ましい特徴としては、さらに、本明細書に記述する様々な製造技術への適合性、梱包および保管に対する順応性、輸送適性、生体適合性およびその内部で処理される内容物の損傷または汚染に対する防護が含まれる。

図１Ａ～図１Ｃは、使い捨てクランプリング１１０を含みかつ図１Ｃに示すＡＴＦ濾過システム（後にさらに詳述する）において使用されることが可能である、使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニット１００の一実施形態を示す。この実施形態には、（図６Ａに示すような）フィルタハウジング５の上端部および下端部における透過ポート１０２が、図６Ａに示すフィルタハウジング５の入口端４２および空気入口ポート２３に加えて包含されている。クランプリングは、本明細書に記述しているような硬質、被削性または成形可能なプラスチック、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＰＰ、ＰＣ、ＰＳ、ナイロン、ガラス充填ポリマーまたは複合材で製造することができる。

図２Ａ～図２Ｃは、同じく使い捨てクランプリング１１０を含む使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニット２００の第２の実施形態を示し、かつ図３Ａ～図３Ｃは、同じくクランプリング１１０を含むフィルタアセンブリ３００の第３の実施形態を示す。図示されているように、本開示による使い捨てクランプリング１１０は、様々なフィルタアセンブリ配置で使用することができる。図示されているサイズは、特定の例を説明するためのものであって、限定を意図するものではない。

図４Ａ～図４Ｅは、図１Ｃ、図２Ｃ、および図２Ｃに示す使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニット１００、２００、３００の底部のＡＴＦポンプ部分を示したものであり、それらは可撓性内部ポンプダイアフラム６のダイアフラム外側フランジ４７を液体受入れチャンバ７と漏れ防止連結部を備える空気側チャンバ８との間に固定するために使用される使い捨てクランプリング１１０を有するダイアフラムポンプ４を含んでいる。ＡＴＦポンプの上側半球および下側半球は各々、フランジ２６および２７を含み、これらのフランジは各々、２つの半球が組み立てられると、間にＡＴＦポンプダイアフラム６を挟む。ＡＴＦポンプ下半分のフランジ２７は、使い捨てクランプリングに係合しかつダイアフラムを介して双方のフランジを圧縮するために使用される外径ねじ切りを備える。図４Ｅは、より大きい径のポンプ形状のダイアフラムを密封する補助として追加される特徴の詳細を示す。

図５Ａも参照すると、使い捨てクランプリング１１０は、周辺フランジ２６、２７の外
周上ならびにフランジ２６の上部分を取り囲むことにより、２つのポンプ半室の周辺フランジ２６および２７間に内部ダイアフラム６を封入して密閉する円筒形クランプである。上述したように、少なくとも（この実施形態では）下側のフランジ２７の半径方向外側の接触面４９は、ねじ切りされ、即ち、周辺フランジ２７の半径方向周囲は、半径方向接触面４９で使い捨てクランプリング１１０の下側の内面１１２上のねじ山に接触しかつこれと結合するねじ山を有する。実施形態によっては、他方のフランジ２６（これらの実施形態では、上部フランジ）は、雄ねじを含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。他の実施形態は、ボトムリングがトップリングに内的または外的に嵌まって両フランジを圧縮する２ピース式ロックリング構成を示す。

周辺フランジ２６および２７は、使い捨てクランプリングと協働して、各々ダイアフラムの外側フランジ４７をフランジ２６および２７の上面と下面との間に固定する。実施形態によっては、ダイアフラムポンプの周辺フランジ２６、２７は、対向する２つの周辺フランジ２６および２７が、使い捨てクランプリング１１０上へのねじ込みによって互いに押し付けられると、圧縮されて２つの周辺フランジ２６および２７間でダイアフラムの外側フランジ４７を締め付けるように、内部ダイアフラムの外側フランジ４７の対応する厚さより幾分少ない距離で互いに離間している。この設計では、半球の空気側および液体側の双方を密封するには、ダイアフラムに渡る１０～３０％の圧縮で足りる。

異なるサイズのＡＴＦシステムに対しては、異なるレベルの圧縮が必要であって、ＡＴＦサイズが大きいほど、そのダイアフラムを包含しかつ強固な密封を作り出すために必要な圧縮は、大きくなる。あるいは、高圧でのダイアフラムのシーリングおよび包含を増強しかつ／または減結合するために、付加的な特徴を追加することもできる（図４Ｅ）。これらの特徴の例がエネルギーダイレクタ突起２８であり、これは、一方または双方の内側フランジに加工されてダイアフラムに付加的な圧縮および／またはシーリングを提供する追加的な突起および／または溝である。図４Ｃ～図４Ｄに具体的に示されているように、フランジ２６、２７は、内部ダイアフラム６の対応するＯリング４４部分または突起を受け入れるように設計される溝を含むことができる。周辺フランジ２６、２７は、一旦接触すると、各々の周縁がそれらの対向面の接触面に沿って互いに密封されることが可能である。このプロセスにおいて、内部ダイアフラム６は、２つの周辺フランジ２６および２７の間にしっかりと密封される。

本新規方法は、対応しかつ隣接するポンプ・フランジ・セグメント間の圧縮距離を制御することにより、内部ダイアフラムの外側フランジ４７に対する圧縮の大きさを設定することを見込んでいる。あるいは、設計に何倍もの安全性で圧力を包含するために、ダイアフラムの十分な圧縮に相関するトルク仕様が測定されることも可能である。各ＡＴＦシステムを密封するために要するトルク仕様は、様々である。ＡＴＦシステムが大きいほど、ロックリングに対する、ダイアフラムを圧縮するために必要なトルクは大きくなる。例えば、ＡＴＦ２システム１００シリーズは、単に１０～２０ｌｂｆｔを要するのに対して、ＡＴＦ１０ ３００シリーズは、８０＋ｌｂｆｔを必要とする。サイズがこれらの２例の間であるＡＴＦシステムでは、２０－９０ｌｂｆｔが必要である。

図５Ａ～図５Ｃも参照すると、使い捨てクランプリング１１０は、上側部分１２０と、下側部分１２２とを有する。上側部分１２０は、下側部分１２２よりも小さい内径を有する。下側部分１２２の内側の（例えば、半径方向で中心線に最も近い）表面は、本明細書において下側の内面１１２と称し、これは、ねじ切りされ、かつＡＴＦポンプ駆動チャンバ８の周辺フランジ２７の半径方向外周面と係合する。上側部分１２０の内面は、上側の内面１１４であり、下側の内面１１２に比べて半径方向で中心線に近い。

上側の内面１１４は、液体受入れチャンバ７の外面と係合する。図示されているように
、液体受入れチャンバ７は、半球体であり、よって、平面ではなく曲がりを有する。液体受入れチャンバ７の外面を収容しかつこれと密封式に係合するために、上側の内面１１４は、水平に対して角度αで傾斜している。角度αは０～５゜、例えば１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０または４．５゜であってもよいが、異なるサイズのＡＴＦダイアフラムポンプ４の様々な大きさの半球の曲がりに対応するために必要に応じて調整される。この合わせ面は、高圧状態の間に上側の半球を補強する。上側半球と下側半球は、組み立ての間は接触せず、互いに押し付けられるが、ダイアフラムの圧縮によって分離される。

使い捨てＡＴＦポンプと共用するためのシステムおよびプロセス
概して、新規使い捨てＡＴＦポンプは、例えば、図６Ａに示されかつ後にさらに詳述するように、保持液チャンバおよび濾過液チャンバを使用する密閉式濾過システムと共に使用されることが可能である。このようなＡＴＦ濾過システムおよびＡＴＦポンプは、Ｓｈｅｖｉｔｚの米国特許第６，５４４，４２４号明細書に記述されている。

新規使い捨てＡＴＦポンプ内に保持液チャンバおよび濾過液チャンバを作成する便利な方法は、中空糸フィルタカートリッジを用いるというものである。このようなフィルタは、カートリッジの長さ沿いに並行して延びかつカートリッジの各端部に（好ましくは、ポッティング剤を用いて）埋め込まれる複数の中空糸（ＨＦ）を含むカートリッジとして製造され、ＨＦ端部における内腔は、開いたままで保持され、よって各内腔を介してカートリッジの一端から他端まで、即ちカートリッジ入口端からカートリッジ出口端まで連続する通路が形成される。中空糸は、カートリッジの外壁（即ち、カートリッジ壁）および中空糸端部におけるポッティング層によって封入される。その結果、カートリッジ壁およびＨＦの外壁によって境界をつけられたチャンバが存在する。このチャンバは、濾過液チャンバとして用いることができる。ＨＦのイントラルミナール（内部）空間は、本システムの各々において、集合的に、保持液チャンバの一部を構成するものとされる。

保持液チャンバは、カートリッジの各端部に嵌合するアダプタによって、ＨＦの内部空間を超えて拡張される。各アダプタは、カートリッジの一端と共に、保持液チャンバの一部である空間を画定する。ファイバを介する流体の流れの方向に依存して、この空間は、（１）ファイバを出る流体を収集する、または（２）外部ソースから到達する流体がＨＦの開端とインタフェースできるようにし、かつカートリッジの他端へ向かうその経路を継続するために、これらのＨＦ間で分散できるようにする働きをする。各アダプタは、２つの端部を有し、一方の端は、カートリッジへ取り付けられ、もう一方の端は、容器またはポンプへ連結可能な開口を有する。通常、図６Ａ～図６Ｂに示されているように、容器は、アダプタへ、流体の流れを可能にするラインによって連結されるが、所望されれば、容器をアダプタへ直に連結することができ、または、容器の内容物の一部または全体がアダプタ内に包含され得る場合は、アダプタが容器の一部を形成してもよい。通常、アダプタは、使い捨てＡＴＦポンプへ直に連結されるが、所望されれば、ポンプは、流体の流れを許容するラインを介してポンプへ連結されてもよい。

連結ラインがアダプタへ追加されると、保持液チャンバは、この連結ライン内部の空間も包含するように拡張される。連結ラインの一方の端がアダプタへ連結され、かつそのもう一方の端が容器（例えば、増殖培地内に懸濁された細胞を含むもの）へ連結される場合、容器の内部は、保持液チャンバのさらなる拡張部であると考えることもできるが、本明細書における説明および論考を目的として、容器および保持液チャンバを別個の実体と称する。

中空糸フィルタのルーメンの壁は透過性であり、便宜的には、完全透過性または選択透過性の何れかであるバリアを提供する。選択透過性中空糸壁の選択性範囲は、例えば、孔
径範囲が約１０～５００ｋＤａおよび０．２～１００ミクロンである場合、一般に浸透膜として分類される、かつ限外濾過、精密濾過からマクロ濾過およびマイクロキャリア濾過に至る膜孔径全域に及ぶ。約０．２ミクロンの孔径は、細胞を保持し、かつ代謝産物および他の分子または分子複合体が細孔を通過できるようにするために一般的に使用される。一方で、１０ｋＤａ～５００ｋＤａの範囲の限外濾過孔径は、細胞だけでなく、これらの孔径より大きい、例えば細胞によって産生される分子および分子複合体を保持するために好ましい。マクロ濾過膜は、７～１００μｍの範囲であって、マイクロキャリアまたはこれより大きい細胞を保持するために使用される。これらの選択透過性中空糸は、濾過される流体物質に適合する液体で湿されなければならない。例えば、細胞培養において、膜は、細胞培養増殖に適合する水ベースの溶液で湿されなければならない。多くの膜は、まず細孔を湿しかつ作動中に濾過プロセスの実行に必要な流動速度を達成するために、アルコール含有溶液を必要とする。図６Ｂは、ＡＴＦデバイスに流体を加えるために使用できるポートおよび流体バッグを示す。次には、ＡＴＦデバイスの交互ポンピング作用を用いて、無菌環境内で無血清培地によるフラッシングを実行することができる。次には、ポートからフラッシュ流体を排出することができ、デバイスは、無菌環境を保持しながら、細胞培養プロセスにおいてすぐに作動することができる。

例えば、新規使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットで使用するためのフィルタカートリッジの外壁は、非透過性であることが多く、一般に、濾過液を排出しかつ／または交換することができるポートを有する。しかしながら、密閉式濾過システムの幾つかの実施形態の目的に沿って、フィルタカートリッジは、非選択性（完全透過性）であり得るが好ましくは半透性である（バリア内の孔径より大きい溶存物質（例えば、分子および分子複合体）はバリアを通過させず、孔径より大きい粒子状物質はバリアを通過させない）バリアを構成する外壁を含んでもよい。１０ｋＤａ～５００ｋＤａの範囲の孔径は、孔径より大きい分子および分子複合体のみを保持する場合に好ましい。しかしながら、孔径は、各々、バリアがかなり限定的であって、小さい塩類およびその成分のみに膜を通過させる、または５００ｋＤａより大きい分子または粒子に膜を通過させるに足る小さいもの、または大きいものにされることが可能である。このような膜選択性は、孔径のみに限らず、電荷、疎水性、膜構成、膜表面、細孔の極性、他を含む他の膜特性にも及ぶ。

典型的な密閉式フィルタ調製プロセスでは、概して、以下のステップ、即ち、
（１）流体を保持液チャンバから流体コネクタを介して容器（貯蔵容器等）へ排出し、よって、前記排出の間、前記流体の一部は、半透過性バリアを介して濾過液チャンバ内へ方向づけられ、次に、選択バリアを介してリアクタチャンバへ方向づけられるステップであって、前記排出は、保持液チャンバへ連結されるダイアフラムポンプにより流体コネクタから遠位の位置に加えられる力に起因するステップと、
（２）容器からの流体の少なくとも一部は、保持液チャンバへ流れて戻り、かつ保持液チャンバからの流体の少なくとも一部は、濾過液チャンバへ流れ込むように（かつ、好ましくは、濾過液チャンバからの流体の一部は、リアクタチャンバへ流れ込むように）、ダイアフラムポンプにより加えられる力の方向を反転させるステップと、
（３）ステップ（１）およびステップ（２）を少なくとも１回反復するステップであって、保持液チャンバから排出される流体は、最適には、無血清培養培地等の膜細孔を湿すことができる溶液であり、かつ保持液チャンバ、濾過液チャンバ、リアクタチャンバおよびダイアフラムポンプは、同じ密閉式濾過システムの一部であるステップ（好ましくは、密閉式濾過システムは、本明細書において先の一般的態様または第２の態様に記述されている）とが含まれる。

プロセスに関する先の、および後の記述において、流体がバリアの一部分を一方向に横切るという事実は、バリアの別の部分における流体の逆方向への流れを排除するものではなく、実際にはこれに関連することが多い。この作用により、膜細孔は、完全に湿され、
かつフィルタの指定された流動速度が達成される。膜がＡＴＦ作用により湿されると、流体をポンプポートから捨てることができ、デバイスは、バイオリアクタに取り付けられれば、いつでもＡＴＦを実行することができる。

濾過液リザーバを備えるシステムに適用可能な密閉式濾過システムのプロセスの一変形例において、本プロセスは、以下のステップ、即ち、
（１）流体を保持液チャンバから流体コネクタを介して容器へ排出し、よって、前記排出の間、前記流体の一部は、選択透過性バリアを介して保持液チャンバから濾過液チャンバ内へ方向づけられ、濾過液チャンバ内へ方向づけられた前記流体の一部は、濾過液チャンバ壁内の開口を介して濾過液リザーバへ方向づけられ、かつ濾過液チャンバ内へ方向づけられた前記流体の一部は、選択バリアを介してリアクタチャンバ内へ方向づけられるステップであって、前記排出は、保持液チャンバへ連結されるダイアフラムポンプにより流体コネクタから遠位の位置に加えられる力に起因するステップと、
（２）容器からの流体の少なくとも一部は、保持液チャンバへ流れて戻り、保持液チャンバからの流体の少なくとも一部は、濾過液チャンバへ流れ込み、濾過液チャンバからの流体の少なくとも一部は、濾過液リザーバへ流れ込むように、ダイアフラムポンプにより加えられる力の方向を反転させるステップと、
（３）ステップ（１）およびステップ（２）を少なくとも１回反復するステップであって、保持液チャンバから排出される流体は、懸濁液および溶液より成るグループから選択され、かつ保持液チャンバ、濾過液チャンバ、リアクタチャンバおよびダイアフラムポンプは、同じ濾過液リザーバシステムの一部であるステップ（好ましくは、濾過液リザーバシステムは、本明細書において先に記述されている）とを含む。

図６Ａは、流体コネクタ３を介して、処理されるべき流体材料または保持液９を含むプロセスまたは細胞培養容器２へ連結される密閉式流体濾過システム１を示す。流体濾過システム１は、少なくとも２つのチャンバ、即ち、濾過されていない材料をファイバルーメンの内側に閉じ込める保持液チャンバ４５と、フィルタハウジング５内の濾過液チャンバ１０とを含む。

流体濾過システム１は、新規使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットである。概して、これらのユニットは、フィルタハウジング５によって囲まれ、フィルタハウジング５の形状、サイズまたは配向は、システムを囲むために必要に応じて変更されてもよい。フィルタハウジング５は、ポリカーボネートまたはポリスルホン等の固体ポリマー、可撓性または弾性材料、ガラス充填ポリマー、または本明細書に記述しているような強度、無毒性、および滅菌適性の要件を満たす他の任意の材料または複合材料を含む、様々な材料から構成されてもよい。流体濾過システムは、流体コネクタ導管３を介してプロセスまたは細胞培養容器２へ連結される。

プロセス容器２は、流体の処理に適する如何なる容器であってもよい。例えば、これは、バイオリアクタ、循環系（例えば、ヒトまたは動物である患者または被験者の）または液体を含有し得る、タンク、バッグ、フラスコおよびこれらに類似するものを非排他的に含む他の任意の容器であってもよい。プロセス容器２は、合成ポリマー、ステンレス鋼等の不活性金属、ガラス、他を含む任意の適切な材料または材料の組合せで構成されてもよく、剛性、可撓性または弾性材料またはこれらの組合せを排除しないものとし、また、このような材料は、それがプロセス容器となる限り、形状、サイズまたは構成を限定されるべきではない。プロセス容器２は、接近性に関して限定されず、即ち、容器の内容物を追加または除去できるように改変されてもよい。例えば、ラインまたはチューブ３６および３９は、プロセス容器２の内容物の追加または除去を、例えばこのような追加または除去を制御するためのポンプ１４を用いて実行するために使用されることが可能である。このようなプロセス容器は、あらゆるサイズおよび構成で市販されていて、当業者には周知で
ある。

流体コネクタ３は、流体をプロセス容器２から流体交換ポート３５を介して、保持液チャンバ４５の入口端にも対応するフィルタエレメント１１の入口端４２へ方向づける働きをする。入口端４２は、保持液チャンバ４５への入口として機能する一方で、保持液のリザーバとしても機能してもよく、その形状および位置合わせは、必要に応じて変更されてもよく、その容積は、ダイアフラムポンプの押しのけ容積に略等しいか、それより少なくてもよく、入口端４２（リザーバ）とポンプとの間を円滑にし、かつさらに、より高いレベルの保持液濃縮および最終濃縮物の回収を促進する。

流体の流れは、フィルタチャネル１７を介してさらに方向づけられるが、フィルタエレメント１１が中空糸フィルタに対応する場合、フィルタチャネル１７は、中空糸フィルタのルーメン内部に対応する。フィルタチャネルは、集合的に、流体濾過システム１の保持液チャンバ４５に対応する。一方向において、流体の流れは、フィルタエレメント１１の出口端４３へ進みかつここから出る。フィルタエレメント１１および保持液チャンバ４５の双方の出口端４３は、ダイアフラムポンプ４の液体受入れチャンバ７へ直に連結する。あるいは、フィルタの出口端４３は、ダイアフラムポンプ４へ導管（ここでは不図示）を介して連結されてもよい。

本明細書に記述しているようなＡＴＦダイアフラムポンプ４は、フィルタエレメント１１を介してプロセス容器２との間にポンプへ戻る流れを生成する。先に述べたように、ＡＴＦダイアフラムポンプ４は、好ましくは、内部ダイアフラム６によって駆動チャンバ８（第１の内部チャンバ）と液体受入れチャンバ７（第２の内部チャンバ）に分離されるポンプハウジングを備える。ポンプハウジングは、第１のポンプ・ハウジング・コンポーネント２５および第２のポンプ・ハウジング・コンポーネント２４の２つのハウジングコンポーネントで作られる。これらのコンポーネントは、各々周辺フランジ２６および２７を備える。駆動チャンバ８内の圧力は、液体受入れチャンバ７内の流体内容物の汚染を引き起こすことなく、ダイアフラムポンプ４内のダイアフラムを駆動する。

例えば、ポンプは、空気駆動ポンプであってもよい。圧縮空気は、コントローラ５４により、ライン（チューブ）２１を介して、好ましくは滅菌フィルタ２２および空気入口ポート２３を介して、駆動チャンバ８へ方向づけられる。駆動チャンバ８内の空気圧がプロセス容器２よりも増加すると、可撓性内部ダイアフラム６が液体受入れチャンバ７内へ駆動され、そのチャンバ内の液体がフィルタエレメント１１を介して容器２へ駆動される。プロセス容器２からダイアフラムポンプ４への逆流は、駆動チャンバ８内の圧力を容器２よりも下げることによって発生される。このサイクルが、繰り返される。このようなポンプにより発生される交互の流れは、米国特許第６，５４４，４２４号明細書に記述されている。

フィルタエレメント１１は、カートリッジの長さに沿ってカートリッジ入口端からカートリッジ出口端まで平行に延びる複数の中空糸（ＨＦ）を備えるカートリッジとして作られる。中空糸のセグメントは、中空糸カートリッジの製造業者には一般的な方法によって、カートリッジの両端で外的にポッティングされ、中空糸は、有孔壁１９によって囲まれ、有孔壁１９は、次に、Ｏリングまたは他の手段を介して外部ハウジングに密封される。ポッティング化合物の例は、エポキシおよびポリウレタンである。その結果、穿孔されたカートリッジ壁１９のポッティングされた両端と、ＨＦのフィルタチャネル１７とによって境界をつけられたチャンバが存在する。このチャンバは、本発明のための濾過液チャンバの一セグメントである。しかしながら、説明を目的として、イントラルミナール空間は、集合的に、本システムの各々において保持液チャンバを構成するものとされる。あるいは、糸膜は、外側のフィルタハウジング５に直にポッティングされることが可能である。

システム１からの収穫は、収穫ポート１２へ連結されるライン１３を介して収集され、収穫ポート１２は、流体がポンプ１４を介してシステム１から出られるように、フィルタハウジング５およびそのラインからの流体の流れを可能にする。

図示されている中空糸フィルタのルーメン（中空糸）の壁に対応するフィルタチャネル１７は、選択透過性であり、便宜的には、システムの説明において参照される選択透過性の壁を提供する。フィルタカートリッジの外壁（カートリッジ壁）１９は、収穫ポート１２への流体の流れを可能にするために穿孔される。

実施例
次の実施例において、本発明をさらに説明するが、これらの実施例は、特許請求の範囲に記載される発明の範囲を限定するものではない。

流体濾過システム１のダイアフラムポンプ６内の圧力に耐えることができる使い捨てクランプを製造するためには、様々な試験および実験手順が必要であった。

実施例１－ポンプ半球体の圧力試験
ポンプ半球体の試験装置５５の設計を図７に示す。設計は、シリコーン・ポンプ・ダイアフラムを圧縮した状態で保持するために用いる方法に関して、ステンレス鋼製の標準ポンプとは異なっていた。フランジを様々な取付け方法で互いに固定できるように、ポンプの両半分にシリコーンダイアフラムより外側のフラットフランジを追加し、かつ過剰圧縮を防止するために、一方のポンプ半分に小型の「シェルフ」機能を包含した。また、アセンブリには、Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録商標）マシンによる故障試験（異なる取付け方法の強度分析用）を可能にするために大きい鋼製アイフックおよび鋼製タイダウンフックを取り付けられるようにする穴があった。

ポンプ半球体を、本明細書に記述しているような溶剤溶接、ＵＶ硬化接着、およびねじ、クランプまたは円形リングクランプを用いる機械的締結等の異なる取付け方法で組み立てた後、ダイアフラムシールが漏れるまで空気側半球体を加圧した。ダイアフラムを適正に圧縮して良好な接着力を得るためには、ＯＰＵＳパッキング・スタンド・リニア・アクチュエータからの力を局在化する必要があった。ポンプの上下半分に対して、これは、大口径のアクリルチューブを用いて実現した。外縁に局在化された力を提供するために、複数のバイスクランプを用いて２つのポンプを接着した。さらに、一方のユニットには、ポンプの外側部分に等間隔で配置した８個の１／４インチ－２０ポリカーボネートねじをそのＵＶ接着の間に使用し、別のユニットには、ＵＶ接着に加えてこれらのねじ１６個を使用した。これらのユニットを、破損点まで段階的に、数分毎に５ＰＳＩ増加して加圧した。

ポンプ半球体の圧力試験では、当初予期していたものより遙かに大きい力を扱っていることが明らかになった。例えば、４５ＰＳＩで動作するＡＴＦ１０システムは、最大１３，５００ｌｂｆに耐えなければならない。ＵＶ硬化接着剤で接着され、１６個のポリカーボネートファスナとボルト止めされた半球体は、４５ＰＳＩで極端に激しく破損した。これは、空中に３フィート（９１．４ｃｍ）飛び、実際のところ、頭のつぶれたポリカーボネートねじの代わりに用いたステンレス鋼ボルトが曲がった。破壊圧力の結果は、下表１の通りである。

このように、上下半球形ポンプチャンバを互いに固定するためのこれら全ての異なる取付け方法のうちで、漏れ防止シールを５５ＰＳＩまで保持することに成功したものは、本明細書に記述しているクランプ・リング・システムのみであった。クランプリングは、最大量の圧力に耐えたが、さらに多くのトルクを加えてより大きい圧力抵抗を提供することもできたはずであり、よって、最大限のてこ入れを得るための明確なレンチ設計を開発した。

実施例２－無血清培地をフラッシュ溶液として用いる使い捨てＡＴＦデバイスの作製および膜湿しを達成するためのＡＴＦデバイスの作動
図６Ｂを参照して、以下、ＡＴＦ技術を用いて中空糸膜を迅速かつ効率的に洗い流すように設計される手順について述べる。このフラッシングは、内毒素を湿らせ、調整し、低下させることにより、かつ膜から全ての有機化合物（ＴＯＣ）を除去することにより、ユーザに利益をもたらす。ＡＴＦの使用は、必要な容積が少なくなり、密閉式滅菌システム内で、細胞培養増殖に適合しない溶液を用いることなく容易に実行できるという理由で、他の方法より効果的である。様々なサイズの使い捨てＡＴＦデバイスのＡＴＦランレートを記載する。

手順
１．「Ｔ」チュービングセットをフィード４０１、保持液４０２および上部透過ポート４０３へ連結する。上部透過ポートは、例えば図１に示されているような上部ポート１０２であってもよい。

２．湿潤剤を入れたリザーバをポート４０１からの「Ｔ」に取り付ける。
３．容器をポート４０２からの「Ｔ」に取り付ける。

４．ポート４０２で「Ｔ」からの収集バッグを取り付ける。
５．ポート４０２からのバッグが湿潤剤に出合うまで、ポート４０１からのＡＴＦをポ
ンプで充填する。

６．表１に示すレートでＡＴＦ運転を開始する。

７．１平方メートル当たり毎時５．７リットル（ＬＭＨ）でポート４０３から収穫しかつポート４０１から供給することにより１時間フラッシュする。

８．保持流体は、それがバイオリアクタ培地と同じであればデバイスに残されてもよく、そうでなければ、ポート４０１から排出されて細胞培養産生操作の前にバイオリアクタからの培地で再充填されてもよい。

実施例３－フィルタ完全性試験用に調整されたＡＴＦ使い捨てデバイスの使用
同じく図６Ｂを参照すると、フィルタ完全性試験は、中空糸膜が無傷であって、膜細孔が完全に湿っていることを保証するための一手段である。ＡＴＦモードでフラッシングした後、湿潤流体（培地）を湿潤流体バッグへ、重力によって、またはポンプＰ２を反転させて空気源を１～２ｐｓｉまで開放し、ダイアフラムを持ち上げかつ他のバルブを全て開放することによって、戻す。バッグは、排出を可能にするように位置合わせされなければならない。

排水後、空気源バルブを閉じて、ダイアフラムに加わる圧力を解放する。次に、湿潤剤バッグとポート４０１との間に位置決めされるバルブと、保持液ポート４０２へ連結されたラインに沿ったバルブを閉じて、ポンプＰ１からチュービングを取り外す。空気圧源を用いて、フィルタの供給側をゆっくりと加圧する。フィルタと空気圧源との間のバルブを閉じて、経時的に圧減衰を計時する。これを、空気流と相関する。減衰試験の間、ポート４０３を介して収集バッグへ連結されたバルブは開いている。場合により、このラインに流量計が追加される可能性もあり、この場合、圧力源は開放されたままであって、空気流の完全性が測定される。

この後、無菌状態を保持するために、チュービング溶接機またはバルブ／クランプまたは他の手段を用いて、フラッシュ／完全性バッグのセットアップを外す。

実施例４－ダイアフラム寿命試験のためのＣ４１０コントローラによるＳＵ－ＡＴＦの作動
０．２μｍスペクトルＰＥＳフィルタを有する使い捨てＡＴＦ６をＲｅｐｌｉｇｅｎ Ｃ４１０コントローラへ連結した。Ａ２Ｂ連結部を４０℃水槽へ連結し、毎分１７．２リットル（ＬＰＭ）のＡＴＦレートで５００，０００回の圧力サイクルおよび５００，０００回の排出サイクルを実行した。透過液を、灌流プロセスで使用されることになるという理由で、作動を可能な限りバイオリアクタ状態と同様に保つように、５．７ＬＭＨで引き抜いた。これにより、１日当たり約１０，０００回の圧力サイクルおよび１０，０００回
の排出サイクルが生じる。ダイアフラムの押しのけ容積を監視しながら、ＡＴＦを５０日間実行した。５０日間の作動全体を通じて、押しのけ容積は一定を保ち、予測通り一定の流量が保持された。

実施例５－ＳＵ－ＡＴＦ２を含むＣＨＯ灌流バイオリアクタにおけるモノクローナル抗体の産生
本開示のＡＴＦフィルタを用いて培養した細胞について行った試験の結果を図８および９に示す。モノクローナル抗体産生ＣＨＯ細胞灌流プロセスにおいて、ガンマ線を照射した無菌ｓｕＡＴＦ２フィルタ（表面積０．１３ｍ^２の０．２μｍポリエーテルスルホンマイクロフィルタ）を試験した。ガンマ滅菌プロセスの後、滅菌ＧＥ Ｒｅａｄｙｍａｔｅ（登録商標）コネクタを用いて、ｓｕＡＴＦ２フィルタを５．０Ｌベンチ・スケール・バイオリアクタ（作業容量１．５Ｌ）へ連結した。Ｃ２４Ｕｖ２．５ ＡＴＦコントローラを用いて、ｓｕＡＴＦ２フィルタを作動させた。接種の前に、ｓｕＡＴＦ２フィルタを、バイオリアクタに含まれる１．５ＬのＣＤ ｏｐｔｉＣＨＯ（登録商標）増殖培地（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ）により０．９ＬＰＭのＡＴＦレートで１時間、バイオリアクタ内を再循環する１２．４ＬＰＭ（フラックス５．７ＬＭＨ）の透過レートでフラッシュした。フィルタを培地で洗い流し、フィルタを湿らせて内毒素レベルを０．２５ＥＵ／ｍＬ未満に下げた。

このプロセスの後、ＡＴＦポンプを一時的に停止し、フラッシュされた培地をバイオリアクタおよびｓｕＡＴＦ２フィルタから無菌式に廃棄した。Ａ２Ｂ（ＡＴＦからバイオリアクタへの）連結部をクランプし、４ｍＭ Ｇｌｕｔａ ＭＡＸ（登録商標）（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ）および１００ｎｇ／ｍＬ ＬＯＮＧ（登録商標）Ｒ^３ＩＧＦ－Ｉ（Ｒｅｐｌｉｇｅｎ）が補給された１．５Ｌの新鮮なＣＤ ｏｐｔｉＣＨＯ（登録商標）増殖培地（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ）をバイオリアクタへ添加した。培地を３７℃に温めた後、ＣＨＯ ＤＰ－１２クローン＃１９３４ ＬＲ３適応細胞（ＡＴＣＣ由来、組換えヒト抗－ＩＬ－８を発現する）を５．５Ｅ５細胞／ｍＬの播種密度で接種した。

実行を通じて、バイオリアクタを３７℃に保持した。ｐＨは、０．１Ｎ ＮａＯＨおよびＣＯ_２を用いて４日目まで７．２±０．４の不感帯において制御し、次に、６．８±０．１の不感帯で制御した。ＤＯは、Ｌ－スパージャまたはミクロンスパージャの何れかにより、純酸素を用いて４０％に保持した。給気およびＣＯ_２除去のために、Ｌ－スパージャを用いて空気を連続的に散布した。発泡を制御しかつグルコースレベルを１ｇ／Ｌより上に保持するために、必要に応じて消泡剤Ｃおよびグルコースフィードを添加した。バイオリアクタを４日目までバッチモードで作動させ、４日目に、１日当たり１容積容器またはＶＶＤ（１．５Ｌ／日の灌流速度）で灌流を開始した。灌流速度は、手動で、５日目に２ＶＶＤ（３Ｌ／日）へ、かつ６日目に２．５ＶＶＤ（３．７５Ｌ／日）へと、灌流の実行終了まで段階的に増加させた。以下に示すＡＴＦ２灌流バイオリアクタデータは、０日目から１０日目までのものである（バイオリアクタプロセスは、未だ進行中である）。

経時的な生存細胞濃度および生存パーセントの結果を図８に示す（各々、中実および白の四角形で示す）。経時的な収穫ラインのタンパク質濃度プロファイルおよび合計タンパク質濃度を図９に示す。

他の実施形態
本発明を、その詳細な説明に関連して記述したが、上述の説明は、例示のためのものであって、発明の範囲を限定する意図はなく、発明の範囲が添付の特許請求の範囲によって定義されることは、理解されるべきである。他の態様、利点、および改変は、以下の特許請求の範囲に含まれる。

様々な実施形態において、クランプリングは、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリスルホンプラスチックのうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。実施形態によっては、クランプリングは、雌ねじを有する下側部分と、第１のポンプ半球体の曲がった、または斜めの外面を収容するように構成される内面を有する上側部分とを含むことができる。

所定の実施形態において、第１および第２のフランジは、可撓性ダイアフラム上の突起
と結合するように構成される溝を有する。概して、クランプリングは、第１および第２の
フランジ間で可撓性ダイアフラムを圧縮するように構成され、かつ圧縮レベルは、設計上
桁違いに安全な圧力を包含するに足るダイアフラムの圧縮に相関するトルク仕様を適用す
ることによって、変更されることが可能である。例えば、トルク仕様は、約１０～１００
ｌｂｆｔ（１３．６～１３６Ｎｍ）以上であってもよく、例えば、約１０～１００ｌｂｆ
ｔ（１３．６～１３６Ｎｍ）、２０～８０ｌｂｆｔ（２７．２～１０８．８Ｎｍ）、また
は３０～７０ｌｂｆｔ（４０．８～９５．２Ｎｍ）、であってもよく、例えば、１０、２
０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０または１００ｌｂｆｔ（１３．６、２７
．２、４０．８、５４．４、６８、８１．６、９５．２、１０８．８、１２２．４または
１３６Ｎｍ）であってもよい。

図４Ａ～図４Ｅは、図１Ｃ、図２Ｃ、および図３Ｃに示す使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニット１００、２００、３００の底部のＡＴＦポンプ部分を示したものであり、それらは可撓性内部ポンプダイアフラム６のダイアフラム外側フランジ４７を液体受入れチャンバ７と漏れ防止連結部を備える空気側チャンバ８との間に固定するために使用される使い捨てクランプリング１１０を有するダイアフラムポンプ４を含んでいる。ＡＴＦポンプの上側半球および下側半球は各々、フランジ２６および２７を含み、これらのフランジは各々、２つの半球が組み立てられると、間にＡＴＦポンプダイアフラム６を挟む。ＡＴＦポンプ下半分のフランジ２７は、使い捨てクランプリングに係合しかつダイアフラムを介して双方のフランジを圧縮するために使用される外径ねじ切りを備える。図４Ｅは、より大きい径のポンプ形状のダイアフラムを密封する補助として追加される特徴の詳細を示す。

本新規方法は、対応しかつ隣接するポンプ・フランジ・セグメント間の圧縮距離を制御することにより、内部ダイアフラムの外側フランジ４７に対する圧縮の大きさを設定することを見込んでいる。あるいは、設計に何倍もの安全性で圧力を包含するために、ダイアフラムの十分な圧縮に相関するトルク仕様が測定されることも可能である。各ＡＴＦシステムを密封するために要するトルク仕様は、様々である。ＡＴＦシステムが大きいほど、ロックリングに対する、ダイアフラムを圧縮するために必要なトルクは大きくなる。例えば、ＡＴＦ２システム１００シリーズは、単に１０～２０ｌｂｆｔ（１３．６～２７．２Ｎｍ）を要するのに対して、ＡＴＦ１０ ３００シリーズは、８０＋ｌｂｆｔ（１０８．８＋Ｎｍ）を必要とする。サイズがこれらの２例の間であるＡＴＦシステムでは、２０－９０ｌｂｆｔ（２７．２～１２２．４Ｎｍ）が必要である。

保持液チャンバは、カートリッジの各端部に嵌合するアダプタによって、ＨＦの内部空間を超えて拡張される。各アダプタは、カートリッジの一端と共に、保持液チャンバの一部である空間を画定する。ファイバを介する流体の流れの方向に依存して、この空間は、（１）ファイバを出る流体を収集する、または（２）外部ソースから到達する流体がＨＦの開端とインタフェースできるようにし、かつカートリッジの他端へ向かうその経路を継続するために、これらのＨＦ間で分散できるようにする働きをする。各アダプタは、２つの端部を有し、一方の端は、カートリッジへ取り付けられ、もう一方の端は、容器またはポンプへ連結可能な開口を有する。通常、図６Ａ～図６Ｂに示されているように、容器は、アダプタへ、流体の流れを可能にするラインによって連結されるが、所望されれば、容器をアダプタへ直に連結することができ、または、容器の内容物の一部または全体がアダプタ内に包含され得る場合は、アダプタが容器の一部を形成してもよい。通常、アダプタは、使い捨てＡＴＦポンプへ直に連結されるが、所望されれば、アダプタは、流体の流れを許容するラインを介してポンプへ連結されてもよい。

流体濾過システム１は、新規使い捨てＡＴＦハウジングおよびポンプユニットである。概して、これらのユニットは、フィルタハウジング５によって囲まれ、フィルタハウジング５の形状、サイズまたは配向は、システムを囲むために必要に応じて変更されてもよい。フィルタハウジング５は、ポリカーボネートまたはポリスルホン等の固体ポリマー、可撓性または弾性材料、ガラス充填ポリマー、または本明細書に記述しているような強度、無毒性、および滅菌適性の要件を満たす他の任意の材料または複合材料を含む、様々な材料から構成されてもよい。流体濾過システムは、流体コネクタ３を介してプロセスまたは細胞培養容器２へ連結される。

Claims (21)

1. 使い捨ての交互接線流（ＡＴＦ）ハウジングおよびダイアフラム・ポンプ・ユニットであって、
   滅菌可能で無毒の硬質プラスチック製中空管と、
   前記中空管の一端へ固定される第１のポンプ半球体であって、前記第１のポンプ半球体は、第１の円周フランジを含み、かつ前記第１のポンプ半球体の開口は、前記第１のポンプ半球体と前記中空管との間に流体が流れることを可能にする、第１のポンプ半球体と、
   前記第１の円周フランジと結合するように構成される第２の円周フランジを備える第２のポンプ半球体であって、前記第１の円周フランジまたは前記第２の円周フランジの何れかが外径ねじ切りを備える、第２のポンプ半球体と、
   前記第１および第２の円周フランジ間に配置されるように構成される可撓性ダイアフラムと、
   内径ねじ切りを備える内面を有するクランプリングであって、ねじ切りされた円周フランジなしで前記ポンプ半球体を覆って配置されかつねじ切りされた前記円周フランジへ固定されるように構成されるクランプリングと、を備える、使い捨ての交互接線流（ＡＴＦ）ハウジングおよびダイアフラム・ポンプ・ユニット。
2. 前記クランプリングは、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン、ポリエチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリスルホンプラスチックのうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項１に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
3. 前記クランプリングは、前記雌ねじを備える下側部分と、前記第１のポンプ半球体の曲がった、または斜めの外面を収容するように構成される内面を備える上側部分とを備える、請求項１または請求項２に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
4. ＡＴＦとして動作されることが可能な密閉システムを実現しかつフィルタ膜を湿らせるために、空気リザーバ、透過フラッシュバッグおよび流体供給バッグのうちの何れか１つまたはそれ以上を無菌連結部を介して取り付けるために使用される１つまたは複数のポートをさらに備える、請求項１～３の何れか一項に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
5. 前記ＡＴＦユニットは、破裂する、または漏れることなく４５０ｐｓｉまでの圧力に耐えることができる構造を有する、請求項１～４の何れか一項に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
6. 前記第１および第２のフランジは、前記可撓性ダイアフラム上の突起と結合するように構成される溝を有する、請求項１～５の何れか一項に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
7. 前記クランプリングは、前記第１および前記第２のフランジの間で前記可撓性ダイアフラムを圧縮するように構成される、請求項１～６の何れか一項に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
8. 圧縮レベルは、設計上桁違いに安全な圧力を包含するに足る前記ダイアフラムの圧縮に相関するトルク仕様を適用することによって変更されることが可能である、請求項７に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
9. 前記トルク仕様は、約１０～約１００ｌｂｆｔである、請求項８に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
10. 前記トルク仕様は、約３０～約７０ｌｂｆｔである、請求項９に記載の使い捨てＡＴＦ
    ユニット。
11. 前記トルク仕様は、８０ｌｂｆｔより大きい、請求項８に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
12. 前記ダイアフラムの密封を補助するために、前記第１および第２の半球体の間のシーリング機能をさらに備える、請求項１～１１の何れか一項に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
13. 前記シーリング機能は、エネルギーダイレクタまたは隆起表面を備える、請求項１２に記載の使い捨てＡＴＦユニット。
14. 完全に湿らせた使い捨て濾過デバイスを調製する方法であって、
    無菌連結部を用いて、請求項１～１１の何れか一項に記載の使い捨ての交互接線流（ＡＴＦ）ユニットの上部ポートへ保持および透過流体バッグを連結することと、
    培地または他の流体含有バッグをポンプ入口ポートへ取り付けることと、
    前記使い捨てＡＴＦユニットを作動して、前記使い捨てＡＴＦユニットの前記中空管内部のフィルタ膜に渡って培地または他の流体の流動を実現することを含む、方法。
15. 前記使い捨てＡＴＦユニットを作動して前記使い捨てＡＴＦユニットの前記中空管内のチャンバを浸透する流体流動を実現した後に、前記使い捨てＡＴＦユニットから前記ポンプ入口ポートを通して保持流体を排出することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 使い捨て濾過デバイスを使用する方法であって、
    請求項１～１１の何れか一項に記載の使い捨ての交互接線流（ＡＴＦ）ユニットを調達することと、
    無菌連結部を用いて流体バッグを前記ＡＴＦユニットの上部ポートへ連結することにより、前記ＡＴＦユニットを流体回路内へ配置することと、前記ＡＴＦユニットが、前記使い捨てＡＴＦユニットの前記中空管内のフィルタ膜を通って濾過される培地または他の流体の流動、および濾過が完了した時点の前記ＡＴＦユニットの処分を実現できるように、流体容器をポンプ入口ポートへ取り付けることを含む、方法。
17. 使い捨て濾過デバイスの完全性試験を実行する方法であって、
    使い捨て濾過デバイスを洗い流すために使用された培地を、前記濾過デバイス内部のダイアフラムを持ち上げるために空気圧源が開放されている状態の湿潤流体バッグ内へ排出することと、
    空気圧源バルブを閉じて前記ダイアフラムに加わる圧力を放つことと、
    前記湿潤流体バッグと前記濾過デバイス上のポートとの間に位置決めされるバルブ、および前記濾過デバイスの保持液ポートへ連結されるバルブを閉じることと、
    前記空気圧源を用いてフィルタの片側を加圧することと、
    前記フィルタと前記空気圧源との間のバルブを閉じることと、
    経時的な圧減衰を測定することと、
    前記圧減衰の測定値を空気流と相関することを含む、方法。
18. 前記培地は、重力によって排出される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記培地は、前記培地を前記デバイスからポンピングすることによって排出される、請求項１７に記載の方法。
20. 前記空気圧源は、空気を約１～２ｐｓｉの圧力で提供する、請求項１７に記載の方法。
21. 使い捨て濾過デバイスの完全性試験を実行する方法であって、
    使い捨て濾過デバイスを洗い流すために使用された培地を、前記濾過デバイス内部のダイアフラムを持ち上げるために空気圧源が開放されている状態の湿潤流体バッグ内へ排出することと、
    空気圧源バルブを閉じて前記ダイアフラムに加わる圧力を放つことと、
    前記湿潤流体バッグと前記濾過デバイス上のポートとの間に位置決めされるバルブ、および前記濾過デバイスの保持液ポートへ連結されるバルブを閉じることと、
    前記空気圧源を用いてフィルタの片側を加圧することと、
    前記デバイス内部の圧力を経時的に測定することと、
    前記空気圧源と前記デバイスとの間の流れを流量計を用いて測定することと、
    前記圧力の測定値を空気流の測定値と相関することを含む、方法。

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