JP6869423B2 - 生産物の製造方法 - Google Patents
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Description
灌流培養方法では高濃度に細胞を培養することが可能になるが、一方で細胞濃度を高濃度にすると培養を継続するに従って分離膜を通しての生産物透過率が低下し、生産物回収量が減少する問題があった。特開2016−54686号公報、特開2009−45019号公報及び特開2016−39817号公報に記載の技術は、いずれも、このような問題に対処するものではなかった。
<1> 培養容器中に収容された細胞懸濁液中に含まれる、生産物を生産する細胞を培養する工程と、
培養容器から細胞懸濁液を抜き出して、分離膜を用いて、細胞懸濁液よりも高い細胞濃度を有する戻り液と、細胞懸濁液よりも低い細胞濃度を有し生産物を含む透過液とにタンジェンシャルフィルトレーション方式で分離する分離処理工程と、
戻り液を培養容器に戻す工程と、
培養容器内に新鮮培地を供給する工程と、
生産物を回収する工程と、
を含み、
細胞懸濁液中のcells/mLを単位として表される生細胞濃度をNc、分離膜のmを単位として表される孔径をDp、分離膜のm2を単位として表される濾過面積をS、cm3を単位として表される分離膜1次側流路体積をVfとしたときに、細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個/mLを単位として表される個数密度Ndが以下の式(1)を満たす、生産物の製造方法。
Nc≦Nd≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(1)
<3> 式(1)を満たす培養の継続日数が10日以上40日以下である、<1>又は<2>に記載の製造方法。
<4> 生細胞濃度Ncが以下の式(2)を満たす、<1>から<3>のいずれか1つに記載の製造方法。
2×107cells/mL≦Nc≦20×107cells/mL 式(2)
<5> 培養容器から細胞懸濁液を抜き出し、抜き出した量と同量の新鮮培地を培養容器内に添加するブリーディング工程をさらに含み、ブリーディング工程は、細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個数密度Ndを測定すること、及びNdが式(1)を満たすようにブリーディング量を調整することを含む、<1>から<4>のいずれか1つに記載の製造方法。
Vbn=Vc×(Ndn−Nd’)/Ndn 式(3)
Nc≦Nd’≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(4)
Vbn=Vc×(Ndn−Nd’)/Ndn 式(3)
2×107個/mL≦Nd’≦2×109個/mL 式(5)
撹拌翼の動力係数をNp、撹拌翼のmを単位として表される翼径をDi、撹拌翼のs−1を単位として表される回転数をRo、細胞懸濁液のkg/m3を単位として表される密度をρ、培養容器中の細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVcとしたときに、以下の式(6)にて定義される撹拌翼のW/m3を単位として表される撹拌動力Pvが10W/m3以上150W/m3以下の範囲内において撹拌を行い、且つ培養容器の底面を基準として細胞懸濁液のmを単位として表される液面高さをHcとしたときのブリーディング抜き出し位置のmを単位として表される高さHbが1/2×Hc以下である、<1>から<7>のいずれか1つに記載の製造方法。
Pv=Np×ρ×Ro3×Di5/(Vc×10−3) 式(6)
細胞懸濁液のN/mを単位として表される界面張力をσ、スパージャーのμmを単位として表される孔直径をDs、スパージャーから発生する単一ガスのmLを単位として表される体積をVg、スパージャーのmL/分を単位として表されるガス通気流量をQ、培養容器中の細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVc、細胞懸濁液のkg/m3を単位として表される密度をρ、m/s2を単位として表される重力加速度をgとしたときに、以下の式(7)及び式(8)によりに定義されs−1・L−1を単位とする単位容量及び単位時間当たりの通気ガス個数Ngが以下の式(9)を満たす、<1>から<8>のいずれか1つに記載の製造方法。
Ng=Q/(Vg×Vc×60) 式(7)
Vg=π×Ds×σ/(ρ×g) 式(8)
100s−1・L−1≦Ng≦5000s−1・L−1 式(9)
10mN/m≦σ≦100mN/m 式(10)
0.1μm≦Ds≦200μm 式(11)
<11> 細胞がCHO細胞である、<1>から<10>のいずれか1つに記載の製造方法。
<12> 分離膜の孔径Dpが0.1μm以上1μm以下であり、
生細胞濃度が最大または設定生細胞濃度に達した後の培養期間中常に、Ndが以下の式(12)を満たす、<1>から<11>のいずれか1つに記載の製造方法。
2×107≦Nd≦2×109 式(12)
<13> 細胞懸濁液に含まれる生産物の濃度に対する、透過液に含まれる生産物の濃度の比として算出される、分離膜を通しての生産物の透過率が55%以上である、<1>から<12>のいずれか1つに記載の製造方法。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において、各成分の量は、各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、複数種の物質の合計量を意味する。
本開示において、「工程」との語は、独立した工程だけではなく、工程の所期の目的が達成される限りは、他の工程と明確に区別できない工程をも含む。
各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。
培養容器中に収容された細胞懸濁液中に含まれる、生産物を生産する細胞を培養する工程と、
培養容器から細胞懸濁液を抜き出して、分離膜を用いて、細胞懸濁液よりも高い細胞濃度を有する戻り液と、細胞懸濁液よりも低い細胞濃度を有し生産物を含む透過液とにタンジェンシャルフィルトレーション方式で分離する分離処理工程と、
戻り液を培養容器に戻す工程と、
培養容器内に新鮮培地を供給する工程と、
生産物を回収する工程と、
を含み、
細胞懸濁液中のcells/mLを単位として表される生細胞濃度をNc、分離膜のmを単位として表される孔径をDp、分離膜のm2を単位として表される濾過面積をS、cm3を単位として表される分離膜1次側流路体積をVfとしたときに、細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個/mLを単位として表される個数密度Ndが以下の式(1)を満たす、生産物の製造方法である。
Nc≦Nd≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(1)
生産物を生産する細胞の培養に用いる培地としては、細胞の培養に通常使用されている液体培地を用いることができる。例えば、OptiCHO(Lifetechnologies社、12681011)培地、ダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)、イーグル最小必須培地(MEM)、RPMI−1640培地、RPMI−1641培地、F−12K培地、ハムF12培地、イスコブ変法ダルベッコ培地(IMDM)、マッコイ5A培地、ライボビッツL−15培地、およびEX−CELL(商標)300シリーズ(JRH Biosciences社)、CHO−S−SFMII(Invitrogen社)、CHO−SF(Sigma−Aldrich社)、CD−CHO(Invitrogen社)、 IS CHO−V(Irvine Scientific社)、PF−ACF−CHO (Sigma−Aldrich社)などの培地を使用することができる。
培地には、アミノ酸、塩、糖類、ビタミン、ホルモン、増殖因子、緩衝液、抗生物質、脂質、微量元素、植物タンパク質の加水分解物などの追加成分を補充してもよい。
培養温度は、一般的には30℃〜40℃であり、好ましくは32℃〜37℃であり、より好ましくは36℃〜37℃である。培養中に培養温度を変更してもよい。
培養においては、必要に応じて、培地の交換、通気、及び/又は攪拌を加えることができる。
少なくとも透過液として失われる培養液を補うために新鮮培地を供給することから、本開示に係る生産物の製造方法は灌流培養を用いているといえる。
生産物を生産する細胞の培養において、培養期間中の生細胞率は全期間において、好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。生細胞率が上記範囲内であれば、生産物の生産効率が高く、また、細胞懸濁液中の不要物を低減させることができる。
最大生細胞濃度が上記範囲内であれば、分離膜を通しての生産物透過率の低下をより効果的に抑制することができる。生産物の生産効率向上の観点からは、最大生細胞濃度は、好ましくは2×107cells/mL以上であり、より好ましくは3×107cells/mL以上であり、さらに好ましくは4×107cells/mL以上である。
本開示において、各パラメータについて上限値の記載及び下限値の記載を自由に組み合わせることにより規定される範囲についても、本開示に開示されている事項の範囲内にある。
vvd=(volume of fresh medium/working volume of reactor/day,1日当たりの供給培養液量/培養液量)
培養期間中の生細胞率(生存率)は、生細胞数を(生細胞数+死細胞数)で除算することで求められる。例えば、生細胞数及び死細胞数の測定は、トリパンブルー染色法による生死判定を用いている商品名Vi−CELL XR(Beckman Coulter社)を用いて測定することができる。
タンジェンシャルフィルトレーション方式とは、膜分離処理の対象となる液体を分離膜の膜面に沿って流すことにより、サイズの小さい成分を液体成分と共に分離膜の透過側へと移動させ、サイズの大きい成分及び残りの液体成分を分離膜の未透過側に保持する方式である。
本開示においては、分離膜の未透過側、つまり供給側を1次側と、分離膜の透過側を2次側とも称する。
本開示においては、タンジェンシャルフィルトレーション方式による膜分離処理は、培養容器から抜き出された細胞懸濁液が分離膜の膜面に沿って平行な一方向の流れを形成してもよいし、培養容器から抜き出された細胞懸濁液の流れの方向を所定の時間毎に逆転させて、往復する流れを形成してもよい。
なお、ここでいう細胞懸濁液中の細胞濃度とは、培養容器内の細胞懸濁液中の生細胞の濃度を意味する。
また、本開示において「細胞濃度」とは特段の断りが無い限り「生細胞濃度」を指す。
例えば、タンジェンシャルフィルトレーションにおけるフィルタ部供給側空間中の流れの向きを一方向に固定する場合には、細胞懸濁液を、培養容器からフィルタ部に供給したのと同じポンプによる送液圧力により流出口から流出させ、流出口と培養容器とを連絡する配管を通して培養容器に戻してもよい。この場合は、戻り液は、培養容器中の細胞懸濁液がフィルタ部の流入口に移動する際に通った配管とは異なる配管を通って、培養容器に戻ることとなり、循環する流れが形成される。
生産物の回収は、単に透過液の回収、例えば透過液をタンク中に回収することであってもかまわない。生産物の純度を向上したり、溶媒を変更したり、例えば粉末状にするなど形態を変更したい場合には、透過液をさらなる処理に供することができる。
生産物が抗体又はその断片などのポリペプチドである場合、生産物の分離及び精製は通常のポリペプチドで使用されている分離及び精製方法を使用すればよい。例えば、アフィニティークロマトグラフィー等のクロマトグラフィーカラム、フィルタ、限外濾過、塩析、透析、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動及び等電点電気泳動等を適宜選択、組み合わせれば、ポリペプチドを分離及び精製することができるが、これらに限定されるものではない。得られたポリペプチドの濃度測定は吸光度の測定又は酵素結合免疫吸着検定法(Enzyme−linked immunosorbent assay;ELISA)等により行うことができる。
フィルタ部に送液された細胞懸濁液量と戻り液量との差を少なくとも補うために、新鮮培地を培養容器内に供給する。新鮮培地を培養容器内に供給することで、培養容器内の細胞濃度が過剰に上昇することを抑えることができ、また、培養容器内の細胞の状態を健康な状態に保つことができる。つまり、灌流培養による利益が得られる。
なお、新鮮培地の培養容器内への供給は、間欠的に行っても連続的に行ってもよい。また、培養容器内の細胞懸濁液量は常時完全に一定である必要はなく、略一定、例えば±10%、又は±5%、又は±1%程度の変動が生じるものであってもよい。
培養容器内の細胞懸濁液量の測定も、常時行う必要は必ずしもなく、間欠的に行うものであってもよい。
細胞懸濁液量に若干の変動があっても、灌流培養による利益を得ることができる。
Nc≦Nd≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(1)
なお、限外濾過膜(UF膜:Ultrafiltration Membraneとも称することがある)とは、精密濾過膜(MF膜:Microfiltration Membraneとも称することがある)より平均孔径が小さく、平均孔径が0.001μm〜0.01μmであり、その分離性能が分画分子量で定義される濾過膜である。
阻止率とは、濾過前の溶液における対象とする物質の濃度をCb、濾液(透過液)における対象とする物質の濃度をCpとした場合に、1−(Cp/Cb)により与えられる値である。
例えば、分離膜が図2に示すような形状の中空糸膜である場合、一本当たりの濾過面積は、直径Df及び長さLを基にしてπ×Df×Lとして求められる。中空糸膜が全部でN本存在する場合には、全体の濾過面積SはS=π×Df×L×Nとして求められる。
あるいは、分離膜が図3に示すような形状の平膜であり、上側が1次側、下側が2次側である場合には、濾過面積Sは図3中の点描部で表される面積として求められる。なお、図3において、1次側には分離膜を含むフィルタ部への流入口30a及び流出口30bが設けられている。
例えば、分離膜が図2に示すような形状の中空糸膜であり、中空糸膜の内側が一次側であり、中空糸膜が全部でN本存在する場合、分離膜1次側流路体積Vfは、直径Df及び長さLを基にしてπ×(Df2/4)×L×Nとして求められる。
逆に、中空糸膜の外側が一次側であり、中空糸膜が全部でN本存在する場合は、分離膜1次側流路体積Vfは、中空糸膜を格納する容器(非図示)と中空糸膜との間の空間の体積となり、中空糸膜を格納する容器の内容積からπ×(Df2/4)×L×Nを減算したものとして求められる。
あるいは、分離膜が図4に示すような形状の平膜であり、上側が1次側、下側が2次側である場合、分離膜1次側流路体積Vfは、図4中の点描部で表される体積として求められる。
本開示に係る生産物の製造方法によってれば、高濃度で細胞を培養した場合でも分離膜を通しての生産物透過率を高く保つことが可能である理由は、完全には明らかではないものの、以下に述べるような理由によるものと推定される。
また、Dpが大きくなれば、特定微粒子のサイズも増大するため、特定微粒子1個あたりの断面積はDp2に概ね比例するものと考えられる。分離膜の膜面の面積に対する特定微粒子の断面積の割合が増大すれば、分離膜を通しての生産物の透過はその分阻害されやすくなると考えられる。
Sは、例えば培養容器中の細胞懸濁液体積が1Lのときは、0.005m2以上1m2以下が好ましく、0.007m2以上0.5m2以下がより好ましく、0.01m2以上0.3m2以下がさらに好ましい。ここで、Sの好ましい範囲は細胞懸濁液体積に対し通常比例する。つまり、これらの好ましい範囲は、細胞懸濁液体積1LあたりのSの好ましい範囲と解釈することができる。
また、Vfは、例えば細胞懸濁液体積が1Lのときは、10cm3以上50cm3以下が好ましく、20cm3以上40cm3以下がより好ましく、25cm3以上35cm3以下がさらに好ましい。ここで、Vfの好ましい範囲は細胞懸濁液体積に対し通常比例する。つまり、これらの好ましい範囲は、細胞懸濁液体積1LあたりのVfの好ましい範囲と解釈することができる。
ブリーディング工程で抜き出された細胞懸濁液中に含まれていた特定微粒子は、培養容器からは除去されるため、ブリーディング工程により特定微粒子の数を減少させることができる。
ブリーディング工程において、「抜き出した量と同量の新鮮培地を培養容器内に添加する」とは、上記のとおりに培養容器内の細胞懸濁液量を略一定に保つことを意味する。
特にタンジェンシャルフィルトレーション方式による分離操作のための細胞懸濁液の抜き出しが連続的に行われている場合は、培養容器内に供給される新鮮培地の量は透過液として失われる液体量も補うものであるため、ブリーディング工程における抜き出しを行っている際に添加される新鮮培地の量は必ずしもブリーディング工程において抜き出される細胞懸濁液の量(以下、ブリーディング量とも称する)と同一ではない。
所定の時間としては、例えば10時間以内、又は1時間以内、又は10分以内、又は1分以内であってもよい。
ブリーディング工程における細胞培養液の抜き出しの直後に、一時的に培養容器内の細胞懸濁液の量が減少したとしても、所定の時間内に培養容器内の細胞懸濁液量が抜き出し前の細胞懸濁液量と比較して略一定の量まで回復していれば、「抜き出した量と同量の新鮮培地を培養容器内に添加する」ことがなされたものとする。
ブリーディング工程における抜き出しは、培養容器中の、細胞懸濁液の液面よりも下部に設けられた配管(以後、排出管とも称する)から、単に排出管の途中に設けられたバルブを開くことにより行ってもよいし、細胞懸濁液の液面よりも下部に設けられた排出管をポンプに接続してポンプを作動させることにより行っても構わない。
変化させる場合は、各回のブリーディング毎にブリーディング量を設定し直しても構わないし、一定期間毎、例えば1日1回ブリーディング量を設定し直しても構わない。また、ブリーディング工程は間欠的に行っても、連続的に行っても構わない。
連続的に行う場合には、例えば、単位時間当たりのブリーディング量を一定にしても、培養期間の途中で変化させてもよく、各回のブリーディング毎に単位時間当たりのブリーディング量を設定し直しても構わないし、一定期間毎、例えば1日1回、単位時間当たりのブリーディング量を設定し直しても構わない。
ブリーディング工程を間欠的に行う場合であっても、1日につき1回以上はブリーディング工程を行うことが好ましい。ブリーディング工程の間の間隔を1日以内とすることで、特定微粒子の個数密度をより精度良く制御でき、生産物透過率の低下をより効果的に抑制できる。
つまり、本開示において、式(1)を満たす状態を維持するための制御は、培養期間中においてブリーディングなどの条件を特定微粒子数に応じて変化させることを必ずしも必要とするものではない。
また、特定微粒子の除去処理は連続的に行ってもよく、この場合、モニタリングは所定のタイミングで行えばよい。
一般に、培養を行う場合には細胞濃度を測定することがよく行われるが、特定微粒子の増加量は細胞の増殖に比例するものではないため、細胞濃度を測定するだけでは特定微粒子の個数密度を知ることはできない。したがって、特定微粒子の個数密度をモニタリングしてその結果に基づいて特定微粒子を培養容器から除去する処理、つまりフィードバック処理を行うことによって、特定微粒子の個数密度を式(1)の範囲内により確実に維持することができる。
ただし、培養期間のうち、少なくとも生産物の主要な生産期間においては式(1)が満たされた状態が維持されることが好ましい。
このため、少なくとも、細胞懸濁液中の細胞濃度が最大生細胞濃度又は設定生細胞濃度に達した後の培養期間中において、式(1)が満たされた状態が維持されることが好ましい。最大生細胞濃度は培養期間中における生細胞濃度の最大値であり、培養条件により異なる。設定生細胞濃度とは、ブリーディングなど式(1)を満たす状態を維持するための特定微粒子を培養容器内から除去する処理による特定微粒子数制御操作を開始する開始点を定めるための、任意に設定した生細胞濃度である。
細胞懸濁液中の細胞濃度が最大生細胞濃度又は設定生細胞濃度に達した後の培養期間中は培養を終了するまで常に式(1)が満たされた状態が維持されることがさらに好ましい。また、細胞の播種後、培養期間中常に式(1)が満たされた状態が維持されることが一層好ましい。
上記各工程が行われている期間においては、式(1)を満たす状態はなるべく長く維持されることが好ましい。式(1)を満たす状態が長く維持されることで、分離膜を通しての生産物透過率の低下をより長期間抑制することができる。
式(1)を満たす培養の継続日数は、例えば、培地への細胞の播種後、分離処理工程の開始時から特定微粒子の個数密度を測定して式(1)を満たす状態にあるかどうか確認することにより行ってもよい。
本開示に係る生産物の製造方法がさらにブリーディング工程を含む場合には、初回のブリーディング工程の開始時から特定微粒子の個数密度を測定して式(1)を満たす状態にあるかどうか確認することにより行ってもよい。特定微粒子の個数密度が式(1)の範囲を外れてしまった場合には、たとえ培養操作自体を終了させなくても、式(1)の範囲を外れた時点で式(1)を満たす培養の継続期間が終了したこととなる。
2×107cells/mL≦Nc≦20×107cells/mL 式(2)
細胞懸濁液中の生細胞濃度Ncは、3×107cells/mL以上15×107cells/mL以下であることがより好ましく、4×107cells/mL以上12×107cells/mL以下であることがさらに好ましい。生細胞濃度Ncが2×107cells/mL以上20×107cells/mL以下の場合、特定微粒子数を式(1)を満たすように制御しなければ生産物透過率が低下しやすいが、生細胞濃度Ncが特定微粒子数を式(1)を満たす本開示に係る生産物の製造方法によれば、生産物透過率低下に対する抑制効果を十分に得ることができる。
Vbn=Vc×(Ndn−Nd’)/Ndn 式(3)
Nc≦Nd’≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(4)
ブリーディングを連続的に行う場合には、ブリーディング速度を変化させた時点から、ブリーディング速度を次に変化させた時点までを1回のブリーディングとして式(3)及び式(4)を適用すればよい。言い換えれば、ブリーディングを連続的に行う場合、ブリーディング速度を変化させた時点から、ブリーディング速度を次に変化させた時点までのブリーディングが1回のブリーディングを構成する。
Vbn=Vc×(Ndn−Nd’)/Ndn 式(3)
2×107個/mL≦Nd’≦2×109個/mL 式(5)
ブリーディングを連続的に行う場合には、ブリーディング速度を変化させた時点から、ブリーディング速度を次に変化させた時点までを1回のブリーディングとして式(3)及び式(5)を適用すればよい。言い換えれば、ブリーディングを連続的に行う場合、ブリーディング速度を変化させた時点から、ブリーディング速度を次に変化させた時点までのブリーディングが1回のブリーディングを構成する。Vcは、0.1L以上5000L以下が好ましく、0.5L以上3000L以下がより好ましく、1L以上2000L以下がさらに好ましい。
培養容器中の細胞培養液を撹拌翼により撹拌することを含み、
撹拌翼の動力係数をNp、撹拌翼のmを単位として表される翼径をDi、撹拌翼のs−1を単位として表される回転数をRo、細胞懸濁液のkg/m3を単位として表される密度をρ、培養容器中の細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVcとしたときに、以下の式(6)にて定義される撹拌翼のW/m3を単位として表される撹拌動力Pvが10W/m3以上150W/m3以下の範囲内において撹拌を行い、且つ培養容器の底面を基準として細胞懸濁液のmを単位として表される液面高さをHcとしたときのブリーディング抜き出し位置のmを単位として表される高さHbが1/2×Hc以下である工程であることが好ましい。Npは、0.1以上2以下が好ましく、0.3以上1.5以下がより好ましく、0.5以上1.2以下がさらに好ましい。Roは、1.3s−1以上6.7s−1以下が好ましく、2s−1以上5s−1以下がより好ましく、3s−1以上4s−1以下がさらに好ましい。
Pv=Np×ρ×Ro3×Di5/(Vc×10−3) 式(6)
ブリーディング抜き出し位置の高さHbは1/2×Hc以下が好ましく、1/3×Hc以下がより好ましく、1/4×Hc以下がさらに好ましい。
撹拌動力を上記範囲内に制御しつつHbを1/2×Hc以下とすることで、ブリーディングによる特定微粒子の除去をより効果的に行うことができる。上記範囲内の撹拌動力であれば、撹拌を行っていても特定微粒子は培養容器内で適度に沈降するため、Hbが上記範囲内となるように設置されたブリーディングを行うための配管を通して特定微粒子を効率よく抜き出せるからである。
生産物を生産する細胞を培養する工程は、
細胞懸濁液にスパージャーによりガス通気することを含み、
細胞懸濁液のN/mを単位として表される界面張力をσ、スパージャーのμmを単位として表される孔直径をDs、スパージャーから発生する単一ガスのmLを単位として表される体積をVg、スパージャーのmL/分を単位として表されるガス通気流量をQ、培養容器中の細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVc、細胞懸濁液のkg/m3を単位として表される密度をρ、m/s2を単位として表される重力加速度をgとしたときに、以下の式(7)及び式(8)によりに定義されs−1・L−1を単位とする単位容量及び単位時間当たりの通気ガス個数Ngが以下の式(9)を満たす工程であることが好ましい。
Ng=Q/(Vg×Vc×60) 式(7)
Vg=π×Ds×σ/(ρ×g) 式(8)
100s−1・L−1≦Ng≦5000s−1・L−1 式(9)
したがって、式中の各記号は実際の細胞懸濁液における特性を表すものであって、例えば、界面張力σは細胞懸濁液の液温における界面張力を表し、密度ρも細胞懸濁液の液温における密度を表す。通気ガス個数Ngとは、上記計算により求めた体積Vgを有する気泡が、細胞懸濁液1L当たり1秒間に何個供給されるかを示した値である。通気ガス個数Ngが100 s−1・L−1以上であると、スパージャーからの通気ガスによって細胞と培地との間の物質移動の促進効果を効果的に得ることができ、通気ガス個数Ngが3000s−1・L−1以下であると、ガスの破泡による細胞へのダメージが小さく、特定微粒子の個数密度を抑制する効果が効率よく得られる。スパージャーから発生するガスは、単位体積および単位時間あたりに発生する個数である通気ガス個数Ngが多いほど周囲の細胞を巻きこみ、破泡することにより特定微粒子の増加を促進する。そのため通気ガス個数Ngを上記範囲に制御することで特定微粒子の発生を抑制することができる。
σは、10mN/m以上100mN/m以下が好ましく、20mN/m以上80mN/m以下がより好ましく、30mN/m以上60mN/m以下がさらに好ましい。
Dsは、0.1μm以上200μm以下が好ましく、0.2μm以上100μm以下がより好ましく、0.5μm以上50μm以下がさらに好ましい。
分離膜の孔径Dpが0.1μm以上1μm以下であり、
生細胞濃度が最大または設定生細胞濃度に達した後の培養期間中常に、Ndが以下の式(12)を満たす製造方法であることが好ましい。
2×107≦Nd≦2×109 式(12)
Ndは、より好ましくは、2.2×107≦Nd≦1.5×109を満たし、さらに好ましくは、2.4×107≦Nd≦1×109を満たす。
また、生産物の生産が行われる主要な期間である生細胞濃度が最大または設定生細胞濃度に達した後の培養期間中、Ndは特に式(12)で規定される範囲内に設定することが好ましい。Ndを式(12)の範囲内にすることで、細胞へのダメージ緩和効果、生産物透過率の低下の抑制効果をより効果的に得ることができる。Dpは、0.1μm以上1μm以下であることが好ましく、0.15μm以上0.8μm以下であることがさらに好ましく、0.17μm〜0.23μmがより更に好ましく、0.2μmであることが最も好ましい。
細胞は分離膜の孔径Dpよりも大きいサイズを有するため、分離膜を透過することができず、分離膜の1次側に留まる。抗体は分離膜の孔径Dpよりも小さいサイズを有するため、分離膜の孔を通って2次側へと移行する。特定微粒子は、その一部が細胞と分離膜との間に位置することによって、細胞が分離膜の膜壁に衝突または潜り込むことで受けるダメージを緩和している。
一方で、特定微粒子は抗体が分離膜の孔に接近することも妨げるため、抗体が分離膜を透過することを妨げ、抗体透過率を低下させる。抗体透過率の低下は分離膜の膜面面積である濾過面積Sに対して、特定微粒子の数が多い場合に特に顕著となるが、一方で細胞保護のために一定数の特定微粒子の存在は好ましい。
これらのことから、式(1)を満たすように特定微粒子の個数密度を制御することにより、細胞へのダメージを抑えつつ、抗体透過性の低下を抑えることができることが理解される。
まず、培養容器に培地(商品名CD OptiCHO、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)0.8Lを入れ37℃で保持し、培養容器上面から空気を38mL/分、CO2を2mL/で通気し1日間放置した。次に、生産物としての抗体を生産する細胞を培養容器内の細胞濃度が2.0×105cells/mL、培養容器内の液量が1.0Lになるように播種した。播種から3日後にポンプによる細胞懸濁液の連続的な抜き出し及びタンジェンシャルフィルトレーション方式による濾過(分離処理工程)、及び新鮮培地(商品名CD OptiCHO、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、および商品名Cell Boost 7a及び7b、GEヘルスケア製の混合物)の供給(新鮮培地を供給する工程)を1.2L/日の割合で行った。タンジェンシャルフィルトレーション方式による濾過においては、細胞懸濁液を、細胞懸濁液よりも高い細胞濃度を有する戻り液と、細胞懸濁液よりも低い細胞濃度を有し生産物としての抗体を含む透過液とに分離し、戻り液は培養容器に戻した(戻り液を培養液に戻す工程)。また、透過液を回収することにより、生産物としての抗体を回収した。
表2及び表3において「特定微粒子個数密度による」と記載されている実施例及び比較例については、当日のブリーディング前の特定微粒子の個数密度をNd、前日のブリーディング後の特定微粒子の個数密度を目標個数密度Nd’として、ブリーディング量を(Nd−Nd’)/Nd×1Lと設定した。ただし、Nd’の上限値は9.5×108個/mLとした。
表2及び表3において「一定量」と記載されている実施例及び比較例については、各日のブリーディング量を0.20Lで一定とした。
表2及び表3において「細胞濃度による」と記載されている比較例については、ブリーディング前の細胞濃度をNc、設定生細胞濃度をNc’としてブリーディング量を(Nc−Nc’)/Nc×1Lとした。
特定微粒子の個数密度の定量は、BECKMAN COULTER社の商品名Multisizer 4eおよび商品名Vi−Cell XRを用いて、粒子サイズ8Dp以上30Dp以下の全粒子数から、粒子サイズ8Dp以上30Dp以下の生細胞数を減算することにより行った。
抗体濃度の定量には液体高速クロマトグラフ(商品名Prominence、株式会社島津製作所製)を用いた。分離膜2次側の透過液をそのままロードした。カラムとして、Applied Biosystems POROS 50A 内径4.6mm×50mm(Thermo Fisher Scientific株式会社製)を用いた。また溶離液として、20mMのリン酸バッファー+300mMのNaCl(pH7)および20mMのリン酸バッファー+300mMのNaCl(pH2.8)を用い、グラジエント溶出法により測定した。
培養液の液温における界面張力は、自動表面張力計(商品名CBVP−Z、協和界面化学社製)を用いてプレート法により測定した。
A:最小の抗体透過率が85%以上
B:最小の抗体透過率が75%以上85%未満
C:最小の抗体透過率が65%以上75%未満
D:最小の抗体透過率が55%以上65%未満
E:最小の抗体透過率が55%未満
また、培養の継続日数の間における生細胞濃度の測定値のうちの最大値を最大細胞濃度として表2及び表3中に示した。
いずれの実施例及び比較例でも、特定微粒子の最小個数密度は最大細胞濃度よりも大きい値であるため、式(1)における左側の不等式であるNc≦Ndは満足されている。
式(1)における右側の不等式であるNd≦S/(32×π×Vf×Dp2)が培養及びタンジェンシャルフィルトレーション方式による濾過が継続して行われた18日間の期間中に常に満たされていたかどうかは、特定微粒子の最大個数密度と、S/(32×π×Vf×Dp2)の値とを比較することで判定できる。
このことから、式(1)を満たす状態を維持することによって、生産物の透過率を高く維持できることが分かる。
一方、細胞濃度を一定にするようにブリーディングを行った場合には、比較例4〜比較例6に示されるように生産物透過率の低下を抑えることができないことが分かる。
実施例4〜実施例6の比較、及び実施例1と実施例7との比較から、Hb/Hc比が上記に記載の好ましい範囲内である場合に、生産物透過率の低下がより効果的に抑制されることが分かる。
実施例8及び実施例9の比較、及び実施例1と実施例10との比較から、回転翼の撹拌動力Pvが10W/m3以上150W/m3以下の範囲内である場合に、生産物透過率の低下がより効果的に抑制されることが分かる。
実施例1、実施例11及び実施例12の比較から、通気ガス個数Ngが上記に記載の好ましい範囲内である場合に、生産物透過率の低下がより効果的に抑制されることが分かる。
図7から分かるように、実施例1、実施例6及び実施例12においては、特定微粒子の個数密度は低く維持されていたが、比較例4及び比較例6においては、培養期間中に特定微粒子個数密度が高い値となった。
比較例4及び比較例6においては、細胞濃度に応じたブリーディング量の調整を行ったが、日毎のブリーディング量は実施例1、実施例6及び実施例12における日毎のブリーディング量とは大きく異なっていた。
このように、細胞濃度に応じたブリーディング量の調整は、本開示に係る式(1)を維持するためのブリーディング量の制御とは大きく異なる。
図9から分かるように、実施例1、実施例6及び実施例12においては、抗体透過率の低下は効果的に抑制されていたが、比較例4及び比較例6においては、抗体透過率は培養期間中に大きく低下した。
10:培養容器、11:撹拌翼、20:フィルタ部、20a:流出/流入口、20b:流出/流入口、20c:排出口、21:容器、22:供給側、23:透過側、24:分離膜、30a:流入口、30b:流出口、41:流路、51〜54:流路、60〜62:圧力計、100:細胞培養装置、PU1〜PU4:ポンプ、V:ピンチバルブ、Hb:抜き出し位置の高さ、Df:中空糸径、L:中空糸の長さ、S:濾過面積、Vf:分離膜1次側流路体積、Dp:分離膜孔径、Ds:スパージャーの孔直径、Vg:単一ガスの体積。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (13)
- 培養容器中に収容された細胞懸濁液中に含まれる、生産物を生産する細胞を培養する工程と、
前記培養容器から前記細胞懸濁液を抜き出して、分離膜を用いて、前記細胞懸濁液よりも高い細胞濃度を有する戻り液と、前記細胞懸濁液よりも低い細胞濃度を有し前記生産物を含む透過液とにタンジェンシャルフィルトレーション方式で分離する分離処理工程と、
前記戻り液を前記培養容器に戻す工程と、
前記培養容器内に新鮮培地を供給する工程と、
前記生産物を回収する工程と、
を含み、
前記細胞懸濁液中のcells/mLを単位として表される生細胞濃度をNc、前記分離膜のmを単位として表される孔径をDp、前記分離膜のm2を単位として表される濾過面積をS、cm3を単位として表される分離膜1次側流路体積をVfとしたときに、前記細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個/mLを単位として表される個数密度Ndが以下の式(1)を満たす、生産物の製造方法。
Nc≦Nd≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(1) - 前記式(1)を満たす培養の継続日数が10日以上である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記式(1)を満たす培養の継続日数が10日以上40日以下である、請求項1又は請求項2に記載の製造方法。
- 前記生細胞濃度Ncが以下の式(2)を満たす、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の製造方法。
2×107cells/mL≦Nc≦20×107cells/mL 式(2) - 前記培養容器から前記細胞懸濁液を抜き出し、抜き出した量と同量の新鮮培地を前記培養容器内に添加するブリーディング工程をさらに含み、前記ブリーディング工程は、前記細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個数密度Ndを測定すること、及びNdが前記式(1)を満たすようにブリーディング量を調整することを含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記細胞懸濁液の1日あたりのブリーディング回数Nbが1回以上であり、且つ前記培養容器中の前記細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVc、Ndの個/mLを単位として表される目標値をNd’、Nb以下の任意の自然数nについてn回目のブリーディング前の前記細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個/mLを単位として表される個数密度をNdnとしたときに、Lを単位として表されるn回目のブリーディング量Vbnが以下の式(3)及び式(4)を満たす、請求項5に記載の製造方法。
Vbn=Vc×(Ndn−Nd’)/Ndn 式(3)
Nc≦Nd’≦S/(32×π×Vf×Dp2) 式(4) - 前記細胞懸濁液の1日あたりのブリーディング回数Nbが1回以上であり、且つ前記培養容器中の前記細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVc、Ndの個/mLを単位として表される目標値をNd’、Nb以下の任意の自然数nについてn回目のブリーディング前の前記細胞懸濁液中における粒子サイズが8Dp以上30Dp以下である生細胞以外の微粒子の個/mLを単位として表される個数密度をNdnとしたときに、Lを単位として表されるn回目のブリーディング量Vbnが以下の式(3)及び式(5)を満たす、請求項5又は請求項6に記載の製造方法。
Vbn=Vc×(Ndn−Nd’)/Ndn 式(3)
2×107個/mL≦Nd’≦2×109個/mL 式(5) - 前記生産物を生産する細胞を培養する工程は、前記培養容器中の前記細胞懸濁液を撹拌翼により撹拌することを含み、
前記撹拌翼の動力係数をNp、前記撹拌翼のmを単位として表される翼径をDi、前記撹拌翼のs−1を単位として表される回転数をRo、前記細胞懸濁液のkg/m3を単位として表される密度をρ、前記培養容器中の前記細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVcとしたときに、以下の式(6)にて定義される前記撹拌翼のW/m3を単位として表される撹拌動力Pvが10W/m3以上150W/m3以下の範囲内において撹拌を行い、且つ前記培養容器の底面を基準として前記細胞懸濁液のmを単位として表される液面高さをHcとしたときのブリーディング抜き出し位置のmを単位として表される高さHbが1/2×Hc以下である、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の製造方法。
Pv=Np×ρ×Ro3×Di5/(Vc×10−3) 式(6) - 前記生産物を生産する細胞を培養する工程は、前記細胞懸濁液にスパージャーによりガス通気することを含み、
前記細胞懸濁液のN/mを単位として表される界面張力をσ、前記スパージャーのμmを単位として表される孔直径をDs、前記スパージャーから発生する単一ガスのmLを単位として表される体積をVg、前記スパージャーのmL/分を単位として表されるガス通気流量をQ、前記培養容器中の前記細胞懸濁液のLを単位として表される体積をVc、前記細胞懸濁液のkg/m3を単位として表される密度をρ、m/s2を単位として表される重力加速度をgとしたときに、以下の式(7)及び式(8)によりに定義されs−1・L−1を単位とする単位容量及び単位時間当たりの通気ガス個数Ngが以下の式(9)を満たす、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の製造方法。
Ng=Q/(Vg×Vc×60) 式(7)
Vg=π×Ds×σ/(ρ×g) 式(8)
100s−1・L−1≦Ng≦5000s−1・L−1 式(9) - 前記細胞懸濁液の界面張力σ及び前記スパージャーの孔直径Dsがそれぞれ以下の式(10)及び式(11)を満たす、請求項9に記載の製造方法。
10mN/m≦σ≦100mN/m 式(10)
0.1μm≦Ds≦200μm 式(11) - 前記細胞がCHO細胞である、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記分離膜の孔径Dpが0.1μm以上1μm以下であり、
前記生細胞濃度が最大または設定生細胞濃度に達した後の培養期間中常に、Ndが以下の式(12)を満たす、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の製造方法。
2×107≦Nd≦2×109 式(12) - 前記細胞懸濁液に含まれる前記生産物の濃度に対する、前記透過液に含まれる前記生産物の濃度の比として算出される、分離膜を通しての前記生産物の透過率が55%以上である、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の製造方法。
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