JP2023100943A - 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

【課題】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。【解決手段】選択的に有効化される液体ループであって、圧送デバイス１５の作用下で、培養液リザーバ１２ｄからフィルタデバイス１６を介して当該培養液リザーバに液体培養液を戻す液体ループを有し、前記フィルタデバイスは選択された成分をある液体容積から別の液体容積へと膜を通して移動させる液体移動デバイスを有し、前記液体移動デバイスは、産物採取のための液体培養液の速度よりも速い液体培養液の速度で膜洗浄を行う膜洗浄モードを有し、該膜洗浄モードでの液体培養液の流れ方向は前記産物採取のための液体培養液の流れ方向と同じであり、かつ該膜洗浄モードでは、前記液体ループが有効化されて前記膜を通り抜けた液体培養液は前記培養液リザーバに戻される、使い捨てバイオプロセスシステムである。【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Ｂ
ｉｏＦｌｏ３１０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 Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ 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（Ｃｒｏｓ
ｓ‐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 Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙによる交番タンジェンシャルフロー（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ‐Ｔａｎｇｅｎｔｉａ
ｌ‐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 ｆｉ
ｂｒｅ ｍｏｄｕｌｅ）」等の弾性膜には適していない用語「バックフラッシュ（ｂａｃ
ｋｆｌｕｓｈ）」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 ｃｏ
ａｔｉｎｇ）」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ＴＭ
Ｐ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１
００～１０００μｍ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／ｍｉ
ｃｒｏ‐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‐Ｓ
ｙｓｔｅｍ）」は、本明細書中で使用されるプログラマブル論理制御（Ｐｒｏｇｒａｍｍ
ａｂｌｅ 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（ｄｉｓｓｏｌｖ
ｅｄ 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、ＳＴ
Ｒ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 Ｆｉｌ
ｔｅｒ：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、Ａｐ
ｐｌｉｋｏｎ、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ＣＦ
Ｆ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ＳＵ
Ｆ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５０～５０
０ｍｍ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。Ｃ
ＦＦ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、ＴＭ
Ｐ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、Ｃ
ＦＦ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ＣＦ
Ｆ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、Ｃ
ＦＦ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Ｓ
ＵＢ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ＣＦ
Ｆ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。ＳＵ
Ｐ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ＣＦ
Ｆ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、Ｒｅｆ
ｉｎｅｄ 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。Ａ
ＴＦ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ＣＦ
Ｆ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Ｓ
ＵＢ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、Ｃ
ＦＦ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。Ｓ
ＵＢ１２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１５
ｂ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１２
ａ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２
２ｇ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２
２ｈ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４２
ａ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４
７ｃ、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ＳＵＢ
４１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４２
ａ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５
６ａ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。ＳＵＰ６
２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Ｓ
ＵＢ６０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、ＳＵＰ
６２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６４
ｂ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７２
ｄ（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ＣＦＦ
７４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ＳＵＰ
８２、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ＳＵ
Ｂ８０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８０
ｇ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８
４ｄ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、８
４ｇ、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 (12)

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、
   選択的に有効化される液体ループであって、圧送デバイス（１５）の作用下で、培養液
   リザーバ（１２ｄ）からフィルタデバイス（１６）を介して当該培養液リザーバ（１２ｄ
   ）に液体培養液を戻す液体ループを有し、
   前記フィルタデバイスは選択された成分をある液体容積から別の液体容積へと膜を通し
   て移動させる液体移動デバイスを有し、
   前記液体移動デバイスは、産物採取のための液体培養液の速度よりも速い液体培養液の
   速度で膜洗浄を行う膜洗浄モードを有し、該膜洗浄モードでの液体培養液の流れ方向は前
   記産物採取のための液体培養液の流れ方向と同じであり、かつ該膜洗浄モードでは、前記
   液体ループが有効化されて前記膜を通り抜けた液体培養液は前記培養液リザーバ（１２ｄ
   ）に戻される、使い捨てバイオプロセスシステム。
2. 前記培養液リザーバ（１２ｄ）は液密コンテナ内に収納されており、該液密コンテナは
   、液体培養液を外部領域から隔てる壁と、ヘッドプレート壁を備え、前記液密コンテナの
   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を備え、前記液密コンテ
   ナのコンテナの所定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. 前記圧送デバイス（１５）及び／又は前記フィルタデバイス（１６）のうちの一方又は
   両方は、前記液密コンテナ内に配設される、請求項２に記載の使い捨てバイオプロセスシ
   ステム。
4. 前記液体培養液は、該液密コンテナの外部に配設された圧送デバイス（１５）に連通し
   、
   前記ポートの少なくとも１つは前記液密コンテナの壁を通って延在し、
   前記圧送デバイス（１５）はフィルタデバイス（１６）に連通し、
   前記フィルタデバイス（１６）は、前記液密コンテナの壁を通して前記培養液リザーバ
   （１２ｄ）内の液体培養液に、及び前記液密コンテナ外の外部施設領域に連通する、請求
   項２または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. 前記液体培養液は、前記液密コンテナの内部に配設された圧送デバイス（１５）に連通
   し、
   前記ポートの少なくとも１つはフィルタデバイス（１６）に連通し、
   前記フィルタデバイス（１６）は、前記リザーバ（１２ｄ）に、及び前記液密コンテナ
   の壁を通して該液密コンテナ外の外部施設領域に連通する、請求項２～４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. 前記液密コンテナは、側壁に配設された１つ又は複数のポートを備え、
   １つ又は複数の前記ポートは、前記液密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２～５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. 液体培養液を連通する手段は、前記液体培養液と前記液体圧送デバイス（１５）と前記
   フィルタデバイス（１６）としての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２～６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. 前記圧送デバイス（１５）及び前記フィルタデバイス（１６）は液密コンテナと合わせ
   て配設され、
   前記圧送デバイス（１５）は液体培養液を一方向に搬送し、
   フィルタデバイス（１６）は、膜によって前記液体培養液を濃縮液及び透過液へと変換
   できる、請求項２～７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. 前記圧送デバイス（１５）は、培養液入口弁及び培養液出口弁を備え、
   前記圧送デバイス（１５）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２～８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. フィルタデバイス（１６）は、培養液インレットポート及び濃縮液アウトレットポート
    及び透過液アウトレットポートを備える透過性膜を備えた、クロスフローフィルタを備え
    、
    前記クロスフローフィルタは、前記液体培養液と連通しており、
    前記フィルタデバイス（１６）は、前記フィルタデバイス（１６）の膜を通って搬送さ
    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（１６）は、前記液体培養液を前記膜の透過液側において、微生
    物非含有採取物液体に変換する、請求項２～９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. 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１～１０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と、
    前記液体培養液を圧送デバイス（１５）びフィルタデバイス（１６）を通して流すステ
    ップ
    を含む、方法において、
    前記液体培養液は一方向に流され、
    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。
12. 請求項１～１０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する、方法。

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