JP7391445B2 - バイオプロセシングシステムの最適化のための方法 - Google Patents

バイオプロセシングシステムの最適化のための方法 Download PDF

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Description

本発明は、バイオプロセシングシステムを最適化するための方法に関する。本発明はさらに、この方法を実行するためのコンピュータまたは構成システムに関する。
バイオプロセシングシステムは、一般に、特定のシステム機能を提供するために使用され、たとえば、バイオプロセシングシステムは、所望の生物学的標的物質を生成および/または分離するために使用され得る。したがって、バイオプロセシングシステムは、本質的に、入力を有し、生物学的出力を行う一連のプロセス操作を実行するものと理解することができる。多くの場合、これらのプロセス操作は、バイオプロセシングユニットによって分割されて実行され、これらのユニットは、プロセスフローにおける個別の構成要素であることが多い。
クロマトグラフィ技法を実験室環境で使用して、複数のシステム機能、および、それによって、そのバイオプロセスシステム、またはより大規模に、単一の所望のシステム機能を有する専用のバイオプロセシングシステムの動作から生じる複数の所望の物質、およびバイオプロセスシステムの動作から生じる単一の所望の物質、たとえば所望のモノクローナル抗体を提供する異なる用途に適合させることができるバイオプロセシングシステムを提供することができる。
他のバイオプロセシングシステムは、大型バイオリアクタおよび関連する機器、たとえば細胞および遺伝子治療に使用されるようなより小規模なバイオリアクタ、ならびに生物学的濾過システムを含む。それらのすべては、少なくとも1つの所望のシステム機能、およびバイオプロセスシステムの動作から生じる少なくとも1つの所望の物質を有する。
バイオプロセスの要件に応じて、適切なバイオプロセスシステム構成を定義または特定しなければならない。これは、典型的には、複数のバイオプロセシングユニットを特定すること、および/または特定された複数のバイオプロセシングユニットがどのように相互接続されるべきかを特定することを伴う。
従来の解決策に伴う問題は、所望のバイオプロセシングシステム機能を提供することができるバイオプロセシングシステム、およびバイオプロセシングユニットの組合せの膨大な選択が存在することである。バイオプロセシングシステムの膨大な選択から適切なバイオプロセシングシステムを特定することは、時間がかかり、厄介である。
さらなる問題は、時には、部分的なバイオプロセシングシステムのみが定義される必要があることである。すなわち、バイオプロセシングユニットの既存の部分的な選択が行われており、特定のシステム機能を提供するために追加のバイオプロセシングユニットで補完される必要がある。一例では、部分的なクロマトグラフィバイオプロセシングシステムが存在し、カラムのセットなど、追加のバイオプロセシングユニットで補完される必要があるだけである。
加えて、適切なバイオプロセシングシステム、または既存のバイオプロセシングシステムを補完するための追加のバイオプロセシングユニットが特定されたとしても、関連する消耗品目の適切な供給、ユーティリティ供給、適切なアクセサリ、予備品および保守スケジュール、ならびにそのような既存のバイオプロセシングシステムとの互換性を決定する必要性が依然として存在するというさらなる問題が存在する。
したがって、いくつかの実施形態では、上述の問題に対処する、バイオプロセシングシステムを構成するための方法が必要とされている。
米国特許第6785805号および米国特許第7725356号は、仕様およびサイズに基づいて試験、測定、または自動化機器を選択するために使用することができるオンラインコンフィギュレータツールの例であるが、たとえば、関連するバイオプロセシングシステムの動作から生じる所望の物質などの基準に基づいて選択するための手段を依然として欠いている。
米国特許第6785805号 米国特許第7725356号
本発明の実施形態の目的は、上述の欠点および問題を軽減または解決する解決策を提供することである。
上記およびさらなる目的の問題は、本明細書に記載される主題によって対処され、達成される。本発明のさらなる有利な実装形態が本明細書でさらに定義される。
本明細書において、バイオプロセシングシステムは、選択された数のバイオプロセシングユニットであり、これらは一緒に所望のシステム機能を実行し、所望の結果、たとえば、分子、たとえば抗体などのタンパク質のような高分子の生成、分離、濾過、細胞生成、細胞修飾、または上記の組合せをもたらす。本発明の実施形態は、以下に記載される様式、たとえば、所望の機能および物質出力を達成するために最適化された様式で、バイオプロセシングシステムへのバイオプロセシングユニットの最適化されたまたは適切な組合せを推奨することができる方法または構成システムを提供する。一例として、この方法または構成システムは、クロマトグラフィカラム、したがって分離カラムにおける捕捉ステップに必要とされるユニットや、必要とされる保持および緩衝液リザーバの推奨を提供することができ、加えて、バッグ、チューブなどのような使い捨て構成要素などの必要とされる消耗品、ならびにクロマトグラフィ樹脂および緩衝液などのユーティリティ供給の推奨を提供することができる。この方法は、任意の場所で、たとえばバイオプロセシングシステムの場所で、既存のバイオプロセシングシステムを制御するためにすでに指定されたコンピュータ(「エッジ」)を使用して、第三者がホストするコンピュータ(「クラウド」)で、またはクローズド/セキュアなゲートウェイの背後にあるバイオプロセシングユニットのベンダーの制御下で実行することができる。後者は、推奨を行うために使用されるデータの機密性を維持し、それによって、たとえば、価格データ、可用性データ、サービスおよび保守契約データなど、より多くのデータを考慮することを可能にする。
本発明の第1の態様によれば、上記および他の目的は、相互接続されたまたは相互接続可能なバイオプロセシングユニットによって形成され、所望のシステム機能を提供するように構成された、バイオプロセシングシステムの最適化のための方法によって達成され、方法は、バイオプロセスの要求データを取得するステップであり、要求データは、少なくとも所望のシステム機能を示し、バイオプロセスシステムの動作および/または所望のシステム機能から生じる所望の物質を示す、ステップと、複数のバイオプロセシングユニットの特性を示すユニットデータを取得するステップと、所望のシステム機能を提供することができる少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を生成するステップであり、バイオプロセシングシステム構成は、要求データ、ユニットデータ、ならびに要求データおよびユニットデータに依存する目的関数を使用して選択された複数のバイオプロセシングユニットからのバイオプロセシングユニットの選択を含む、ステップとを含む。
第1の態様による一実施形態では、バイオプロセシングシステム構成を生成するステップは、要求データおよびユニットデータを使用して1つまたは複数のシステム構成候補を特定するステップであり、ユニットデータが要求データと一致する場合、システム構成が特定される、ステップと、要求データおよびユニットデータに依存する目的関数の値を最適化することによって、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を選択するステップとを含む。
第1の態様による一実施形態では、複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、要求データに依存する目的関数の複数の値を最適化することによって選択され、目的関数の複数の値を使用して、選択されたバイオプロセッシングシステム構成がランク付けされる。
第1の態様による一実施形態では、ユニットデータを取得するステップは、コンピュータによってアクセス可能なデータベース内のレコードを集計するまたは読み取るステップを含み、ユニットデータは、各バイオプロセシングユニットに関する仕様データを含む。
第1の態様による一実施形態では、要求データを取得するステップは、ユーザから要求データの入力を受信するステップを含む。
第1の態様による一実施形態では、最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、バイオプロセシングユニットの選択がどのように相互接続されるか、または相互接続可能であるかを示す情報をさらに含む。
第1の態様による実施形態の利点は、バイオプロセシングユニットの改善された選択を行うことができることである。さらなる利点は、バイオプロセシングユニットの選択が、より複雑でない様式であり得ることである。さらなる利点は、バイオプロセシングユニットの選択をより速く行うことができることである。
本発明の第2の態様によれば、上記および他の目的は、相互接続されたまたは相互接続可能なバイオプロセシングユニットによって形成され、所望のシステム機能を提供するように構成されたバイオプロセシングシステムを最適化するためのコンピュータによって達成される。
第2の態様による利点は、第1の態様と同じである。
本発明の実施形態のさらなる用途および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本開示の1つまたは複数の実施形態によるバイオプロセシングシステムを示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による、クロマトグラフィバイオプロセシングシステムとして具体化されるバイオプロセシングシステムの一例を示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による方法を実行するコンピュータへの/からのデータの流れを示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による目的関数を示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による目的関数を示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による多次元目的関数を示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による方法のフローチャートを示す図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態によるコンピュータ300を示す図である。 コンピュータ300を組み込んだ構成システムを示す、本開示の一実施形態の概略図を示す図である。 本明細書で開示される方法によって決定されるバイオプロセシングユニットの空間的表現および他の決定されたパラメータを示す、典型的なグラフィカルユーザインターフェースを示す図である。 細胞培養収穫物からモノクローナル抗体を精製するための精製プロセスの一例を概略的に示す図である。 複数のプロセスステップおよびユニット操作を伴うバイオプロセスワークフローの一例を概略的に示す図である。
本発明の実施形態のより完全な理解は、1つまたは複数の実施形態の以下の詳細な説明を考慮することによって、当業者に与えられるとともに、その追加の利点の実現も与えられるであろう。同様の参照番号は、1つまたは複数の図に示される同様の要素を特定するために使用されることを理解されたい。
本明細書および対応する特許請求の範囲における「または」は、「および」および「または」を包含する数学的ORと理解されるものとし、XOR(排他的OR)と理解されないものとする。本開示および特許請求の範囲における不定冠詞「a」は、「1つ」に限定されず、「1つまたは複数」、すなわち複数と理解することもできる。
本開示の文脈において、バイオプロセシングシステムという用語は、複数のプロセスステップおよびユニット操作を伴う完全なバイオプロセスワークフローを表すことができ、代替的に、その用語は、1つもしくは複数の個々のプロセスステップもしくはユニット操作および/もしくはバイオプロセシングユニットを表すことができる。複数のプロセスステップおよびユニット操作を伴う完全なバイオプロセスワークフローの1つの概略的な例が図11に開示される。
図11において、トップレベルは、細胞培養培地およびプロセス緩衝液などのようなユーティリティ供給を表す。上から2番目のレベルは、コアプロセスステップを表す。
・種子培養調製
・細胞培養産生
・収穫
・精製およびウイルスクリアランス
・緩衝液交換およびバルク充填
第3のレベルは、コアプロセスステップの各々についての個々のプロセス動作の例を表す。そして、第4のレベルは、コアプロセスステップの各々において使用されるキーシステムユニットを表す。開示された例では、種子培養調製のコアプロセスステップは、細胞培養物を、たとえば、細胞バンクからの細胞の凍結バイアルから、生産バイオリアクタにおいて最終細胞培養を設定するために使用することができる十分な体積および密度の細胞培養に拡大するための1つまたは複数のより小さいバイオリアクタの使用を伴い、そのサイズは、所望のプロセス結果に基づいて選択され、たとえば、500リットル以上であり得る。生産バイオリアクタは、フェドバッチ、または潅流などの任意の適切な動作モードで操作され得る。収穫ステップは、たとえば、深層濾過ユニットを使用して実行されてもよいが、以下により詳細に開示されるように、他のユニットが使用されてもよい。
精製およびウイルスクリアランスプロセスステップは、精製される標的物質に応じて、いくつかのサブステップから構成されてもよい。図11の例では、それは、捕捉、中間精製、研磨、およびウイルスクリアランスステップを含み、対応するプロセスユニットは、1つまたは複数のクロマトグラフィシステム、タンジェンシャルフロー濾過、および正常流濾過を含み得る。
図11から明らかなように、ユニットの選択および完全なバイオプロセスシステムまたはそのサブセクションの最適化は、非常に複雑で困難なタスクである。
図10は、純度、収率、およびスループット要件を満たすために、複数のクロマトグラフィステップを伴う、細胞培養収穫物からモノクローナル抗体を精製するための精製プロセスの一例を概略的に示す。これらのステップは、典型的には、捕捉、中間精製または研磨、および最終研磨を伴う。アフィニティクロマトグラフィ(タンパク質AもしくはG)またはイオン交換クロマトグラフィが、捕捉ステップとしてしばしば使用される。従来、捕捉ステップの後に、適切な純度およびウイルスクリアランスを確実にするために、少なくとも2つの他の中間精製または研磨クロマトグラフィステップが続く。中間精製または研磨ステップは、典型的には、他の方法の中でもとりわけ、アフィニティクロマトグラフィ、イオン交換クロマトグラフィ、または疎水性相互作用によって達成される。従来のプロセスでは、最終研磨ステップは、イオン交換クロマトグラフィ、疎水性相互作用クロマトグラフィ、またはゲル濾過クロマトグラフィによって達成することができる。これらのステップは、宿主細胞タンパク質(HCP)、DNA、浸出タンパク質A、凝集体、断片、ウイルス、および他の小分子不純物を含む、プロセスおよび生成物に関連する不純物を、生成物流および細胞培養物から除去する。
図10は、標的物質の純度、収率、およびスループット要件を満たすために、複数のプロセス操作を伴う、細胞培養収穫物からモノクローナル抗体を精製するための精製プロセスの一例を概略的に示す。この例では、最初に、タンパク質を含む試料を、当技術分野で知られている任意の方法を使用して清澄化することができる(図10、ステップ1参照)。清澄化ステップは、試料から細胞、細胞残屑、およびいくつかの宿主細胞不純物を除去しようとする。一実施形態では、試料は、1つもしくは複数の遠心分離ステップを介して、または1つもしくは複数の深層濾過ステップを介して、またはタンジェンシャルフロー濾過(TFF)モードでの精密濾過もしくは限外濾過膜を介して清澄化されてもよい。
この例では、本発明の清澄化ステップに続いて、試料は、クロマトグラフィ捕捉ステップにかけられ得る(図10、ステップ2参照)。捕捉ステップは、清澄化された試料中に存在する他の不純物から標的タンパク質を分離するように設計される。しばしば、捕捉ステップは、試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)、宿主細胞DNA、および内因性ウイルスまたはウイルス様粒子を減少させる。この実施形態において利用されるクロマトグラフィ技法は、捕捉ステップとして使用されることが当技術分野で知られている任意の技法であり得る。試料は、捕捉ステップとして、アフィニティクロマトグラフィ、イオン交換クロマトグラフィ、混合モードクロマトグラフィ、または疎水性相互作用クロマトグラフィにかけられ得る。特に、アフィニティクロマトグラフィを捕捉ステップとして利用することができる。アフィニティクロマトグラフィは、分子間の特異的結合相互作用を利用する。特定のリガンドは、固体支持体に化学的に固定化または「結合」される。試料が樹脂の上を通過すると、リガンドに対して特異的な性合親和性を有する試料中のタンパク質が結合する。他の試料成分を洗浄した後、次いで、結合したタンパク質が固定化リガンドから剥離され、溶出され、その結果、元の試料から精製される。アフィニティクロマトグラフィ捕捉ステップは、抗原と抗体、酵素と基質、または受容体とリガンドとの間の相互作用を含み得る。本発明の特定の一実施形態において、アフィニティクロマトグラフィ捕捉ステップは、タンパク質Aクロマトグラフィ、タンパク質Gクロマトグラフィ、タンパク質A/Gクロマトグラフィ、またはタンパク質Lクロマトグラフィを含み得る。
クロマトグラフィ捕捉ステップに続いて、溶出液は、組合せ処理ステップにかけられ得る。この組合せステップは、一実施形態では、ウイルス不活性化、それに続く1つまたは複数の深度フィラーおよびイオン交換膜による処理を含み得る(図10、ステップ3参照)。一実施形態では、深層濾過およびイオン交換膜は、直列のフィルタ列として設計されてもよい。
この例では、ウイルス不活性化ステップは、低pHウイルス不活性化を含んでもよい。一態様では、溶出のための低pHでの高濃度グリシン緩衝液の使用は、さらなるpH調整なしに、低pHウイルス不活性化のための標的範囲での最終溶出液プールにおいて使用され得る。代替的に、組合せ処理ステップのウイルス不活性化の態様は、当技術分野で知られている他の方法を使用して実施され得る。たとえば、ウイルス不活性化ステップは、様々な実施形態において、酸、界面活性剤、溶媒、化学薬品、核酸架橋剤、紫外線、ガンマ線、熱、またはこの目的に有用であることが当技術分野で知られている任意の他のプロセスでの処理を含み得る。
ウイルスの不活性化および中和に続いて、不活性化された溶出液プールは、1つまたは複数の深度フィルタ、およびフィルタ列としてまたは直列に提供される、1つもしくは複数のイオン交換膜、疎水性膜、または混合モード膜を通して処理され得る。
組合せ処理ステップに続いて、試料は、中間/最終研磨ステップ(図10、ステップ4)にかけられ得る。このステップは、一実施形態では、追加のクロマトグラフィステップを含み得る。当技術分野で知られている任意の形態のクロマトグラフィが許容され得る。たとえば、一実施形態では、中間/最終研磨ステップは、混合モード(マルチモーダルとしても知られている)クロマトグラフィステップを含み得る。代替的に、または組み合わせて、中間/最終研磨ステップは、カチオン交換クロマトグラフィを含み得る(図10、ステップ4)。本発明において利用されるカチオン交換クロマトグラフィステップは、当技術分野で知られている任意のカチオン交換クロマトグラフィプロセスを使用することができる。
代替的に、または組み合わせて、中間/最終研磨ステップは、1つもしくは複数の膜吸着体またはモノリスを介して達成され得る。膜吸着体は、同等の樹脂上のものに類似した官能基で誘導体化された薄い合成の微孔性またはマクロ孔性の膜である。膜吸着体は、その表面に、重力によって膜を通って移動する流体相内で接触する少なくとも1つの物質と相互作用することができる官能基、リガンド、織り合わされた繊維、または反応物を運ぶ。
さらに代替的に、中間/最終研磨ステップは、膜吸着体、モノリス、または混合モードカラムを使用するのではなく、追加の深層濾過ステップを介して達成されてもよい。
中間/最終研磨クロマトグラフィステップに続いて、溶出液プールは、ナノ濾過ステップにかけられ得る(図10、ステップ5参照)。一実施形態では、ナノ濾過ステップは、1つもしくは複数のナノフィルタまたはウイルスフィルタを介して達成される。
図10、ステップ6に示すように、ナノ濾過ステップの後に、随意に、限外濾過/透析濾過(UF/DF)を行って、ボトル詰め前に、目標とする原薬濃度および緩衝液条件を達成することができる。代替的に、これは、フィルタの使用によって達成され得る。ナノ濾過およびUF/DFステップは、ボトル詰めに許容される精製タンパク質を提供するために知られている、当技術分野で知られている任意のプロセスと組み合わせるか、または置き換えることができる(図10、ステップ7)。
図1は、本開示の1つまたは複数の実施形態によるバイオプロセシングシステム100の概略図を示す。バイオプロセシングシステム100は、所望のシステム機能を提供するように構成され、典型的には、入力物質Sinput_1、Sinput_2、Sinput_3を受け取り、所望の標的物質SDesiredを生成するように構成されている。
一例では、バイオプロセシングシステム100は、所望の標的物質または試料SDesiredを、たとえば、試料と緩衝組成物との様々な混合物など、1つまたは複数の入力物質SInput1～SInputNから分離するように構成されたクロマトグラフィシステムを含む。
図2は、本開示の1つまたは複数の実施形態による、クロマトグラフィバイオプロセシングシステムとして具体化されるバイオプロセシングシステム100の一例を示す。バイオプロセシングシステム100は、リザーバ251、バルブユニット200、カラム241、スプリッタ270、pHセンサー231、導電率センサー232、および出口バルブ220などのバイオプロセシングユニットの選択を含み得る。クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100の形態のバイオプロセシングシステム100について、以下でさらに詳細に説明する。
クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、典型的には、少なくとも1つの入口255を含み得る。入口は、随意に、流体を保持するように構成された1つのリザーバ251に結合することができる。クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、任意の数のリザーバおよび入口を含み得ることを理解されたい。入口255は、たとえば、管またはホースなどの管状要素として実装することができる。クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、バルブユニット200をさらに含み得る。バルブユニット200は、流体入口201に結合された入口255によってリザーバ251に結合されてもよい。バルブユニット200は、第1の対の流体ポート230によって第1のカラム241に結合されるように構成されてもよく、および/または第2の対の流体ポート240によって第2のカラム242に結合されるように構成されてもよい。第1のカラム241および/または第2のカラム242は、クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100内に含まれていてもよく、またはクロマトグラフィバイオプロセシングシステム100の外部に配置されていてもよい。クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、回路、たとえば、プロセッサおよびメモリを含む制御ユニット210をさらに含み得る。メモリは、プロセッサによって実行可能な命令を含むことができ、それによって、前記クロマトグラフィバイオプロセシングシステムは、本明細書で説明されるステップまたは方法のいずれかを実行するように動作可能である。
クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、随意に、バルブユニット200の流体出口202に結合され、pHセンサー231、導電率センサー232、および出口バルブ220のいずれかの選択に結合されたスプリッタ270を含み得る。スプリッタ270は、注入ユニット280から受け取った流体を、pHセンサー231、導電率センサー232、および出口バルブ220のいずれかに向けるように構成することができる。随意に、スプリッタ270は、制御ユニットに通信可能に結合され、制御ユニット210からの制御信号に応答して流体の結合を実行することができる。
pHセンサー231は、制御ユニット210に通信可能に結合されてもよく、スプリッタ270によって提供される流体のpHを測定するように構成されてもよい。クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、制御ユニット210に通信可能に結合され、スプリッタ270によって提供される流体の導電率を測定するように構成された導電率センサー232をさらに含み得る。pHセンサー231および/または導電率センサー232は、測定されたpHおよび測定された導電率を、測定データを含む制御信号として制御ユニット210に提供するようにさらに構成されてもよい。
クロマトグラフィバイオプロセシングシステム100は、スプリッタ270に結合された出口バルブ220をさらに含み得る。出口バルブ220は、1つもしくは複数の出口または出口ポート221～223を有することができ、たとえば制御ユニット210から受信される制御信号に応答して、スプリッタ270によって提供される流体を1つもしくは複数の出口221～223に提供するように構成される。
図3は、本開示の1つまたは複数の実施形態による方法600を実行するコンピュータ300(コンフィギュレータツールとも呼ばれる)への/からのデータの流れを示す。コンピュータは、図7に関連してさらに説明される。コンピュータ300は、相互接続されたまたは相互接続可能なバイオプロセシングユニットによって形成され、所望のシステム機能を提供するように構成された、バイオプロセシングシステム100の最適化のために構成される。
コンピュータは、バイオプロセスの要求データを取得するようにさらに構成される。要求データは、所望のバイオプロセシングシステムの機能を示すことができる。要求データは、さらに、バイオプロセスシステムの動作から生じる所望の物質SDesiredを示し得る。要求データは、メモリ、データ記憶デバイス、またはデータベースからレコードとして要求データを取り出すことによって取得され得る。要求データは、随意に、または追加として、要求データを集計または計算することによって取得され得る。集計または計算された要求データは、さらに、メモリ、データ記憶デバイス、またはデータベースにレコードとして記憶されてもよい。要求データは、随意に、または追加として、たとえば、製品、プロセス、およびプロセスユニットなどに関するエンドカスタマ固有の入力に応じたユーザ入力または指示を示すユーザ入力信号を受信することによって取得することができる。
要求データは、たとえば、クロマトグラフィ樹脂の動的結合能力、所与のプロセス操作についての予想される収率、所与の出力についてのプロセス機器の寸法決定、所与のプロセススケールからの結果、プロセスの出力もしくはスケール、または生産バイオリアクタにおける予想される力価(標的分子の濃度)を示し得る。しかしながら、要求データは、それに限定されないが、バイオプロセシングシステムまたはバイオプロセシングシステムの特性に関連する任意の関連する要求データを含んでもよい。
要求データはさらに、所望の生産規模、所望の物質の所望の量、バイオプロセシングシステムの所望の出力、システムを収容するために利用可能な物理的エリア、所望のシステム稼働時間、所望のシステム耐用年数、またはテンプレートシステム構成のいずれかの選択を示すことができる。テンプレートシステム構成は、さらに、システムに含まれるバイオプロセシングユニットの量およびタイプ、ならびに/またはバイオプロセシングユニットがどのように相互接続されているか、または相互接続可能であるかに関する情報を示し得る。要求データは、さらに、公称価格、公称電力消費量などを示し得る。
コンピュータは、さらに、複数のバイオプロセシングユニット、たとえば図11に開示されるユニットの特性を示すユニットデータを取得するように構成される。ユニットデータは、メモリ、データ記憶デバイス、またはデータベースからレコードとして要求データを取り出すことによって取得され得る。ユニットデータは、随意に、または追加として、ユニットデータを集計または計算することによって取得され得る。集計または計算されたユニットデータは、さらに、メモリ、データ記憶デバイス、またはデータベースにレコードとして記憶されてもよい。ユニットデータは、随意に、または追加として、ユーザ入力または指示を示すユーザ入力信号を受信することによって取得されてもよい。
ユニットデータは、各バイオプロセシングユニットに関する仕様データ、および/または複数のバイオプロセシングユニットの各バイオプロセシングユニットに関する特性、および/またはテンプレートバイオプロセシングシステム構成のうちのいずれかの選択を示し得る。ユニットデータの例には、ユニットの出力または入力容量、物理的サイズ、ユニットが使い捨てに構成されているか再利用可能に構成されているかの情報、所望の生産規模、所望の物質の所望の量、ユニットの設置面積、ユニットの稼働時間、またはユニットの耐用年数がある。テンプレートバイオプロセシングシステム構成は、さらに、テンプレートシステムに含まれるバイオプロセシングユニットの量およびタイプ、ならびに/または、含まれるバイオプロセシングユニットがテンプレートシステムにおいてどのように相互接続されているか、または相互接続可能であるかに関する情報を示し得る。ユニットデータは、さらに、ユニット公称価格、公称電力消費量などを示し得る。
ユニットデータは、さらに、たとえば、クロマトグラフィ樹脂の動的結合能力、所与のプロセス操作についての予想される収率、所与の出力についてのプロセス機器の寸法決定、所与のプロセススケールからの結果、プロセスの出力もしくはスケール、または生産バイオリアクタにおける予想される力価(標的分子の濃度)を示し得る。しかしながら、ユニットデータは、それに限定されないが、バイオプロセシングユニットまたはバイオプロセシングユニットの特性に関連する任意の関連ユニットデータを含んでもよい。
コンピュータは、さらに、要求データ、ユニットデータ、ならびに要求データおよびユニットデータに依存する目的関数を使用して、所望のシステム機能を提供することができる、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を生成するように構成される。コンピュータは、さらに、テンプレートシステム構成またはユーザによって示される既存のシステム構成に基づいて、またはそれらを使用して、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を生成するように構成されてもよい。テンプレートシステム構成は、要求データおよび/またはユニットデータに含まれてもよい。代替または追加として、テンプレートシステム構成は、たとえばユーザによって示される既存のシステム構成として示されてもよい。
少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、複数のバイオプロセシングユニットからのバイオプロセシングユニットの選択を実行することによって生成され、バイオプロセシングユニットは、要求データ、ユニットデータ、ならびに要求データおよびユニットデータに依存する目的関数を使用して選択される。
一実施形態では、コンピュータは、要求データおよびユニットデータを使用して1つまたは複数のシステム構成候補を特定することであり、ユニットデータが要求データと一致する場合、システム構成が特定される、特定することと、要求データおよびユニットデータに依存する目的関数の値を最適化することによって、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を選択することとを行うことによって、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を生成するように構成される。
一例では、要求データは、1時間当たり特定の体積で所望の物質SDesiredを生成するための所望のバイオプロセシングシステム機能を示す。目的関数は、1時間当たりの物質および体積に依存する。次いで、コンピュータは、1時間当たりの特定の体積で所望の物質SDesiredを生成することができる、ユーザによって示されるテンプレートシステム構成または既存のシステム構成に従って配置された、すべてのバイオプロセシングユニット上の目的関数を評価する。次いで、目的関数を最適化する、すなわち、最小化または最大化するバイオプロセシングユニットの選択を含む、1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成が生成される。
一実施形態では、コンピュータは、要求データに依存する目的関数の複数の値を最適化し、目的関数の複数の値を使用して、選択された複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成をランク付けすることによって、複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を選択するように構成される。
一例では、要求データは、1時間当たり特定の体積で所望の物質SDesiredを生成するための所望のシステム機能を示す。目的関数は、1時間当たりの物質および体積に依存する。次いで、コンピュータは、1時間当たりの特定の体積で所望の物質SDesiredを生成することができる、ユーザによって示されるテンプレートシステム構成または既存のシステム構成に従って配置された、すべてのバイオプロセシングユニット上の目的関数を評価する。次いで、目的関数を最適化する、すなわち、最小化または最大化するバイオプロセシングユニットの選択を各々含む、複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成が生成される。次いで、複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、目的関数の対応する値を使用して、昇順または降順にランク付けされる。
図4Aは、本開示の1つまたは複数の実施形態による目的関数fObjを示す。目的関数は、パラメータ値に依存し、パラメータ値に依存する目的関数fObjの値を生成する。目的関数fObjは、ユニットデータに含まれるバイオプロセシングユニットの特性によって定義されるパラメータ範囲PMin～PMaxにわたって評価される。
目的関数fObjは、最適な/最適化されたパラメータ値において最大値を生成するように構成される。目的関数fObjは、図5に関連してさらに説明するように、任意の数のパラメータに依存し、したがって、多次元最適化を実施することができることを理解されたい。
図4Bは、本発明の1つまたは複数の実施形態による目的関数fObjを示す。目的関数は、パラメータ値に依存し、パラメータ値に依存する目的関数fObjの値を生成する。目的関数fObjは、ユニットデータに含まれるバイオプロセシングユニットの特性によって定義されるパラメータ範囲PMin～PMaxにわたって評価される。
目的関数fObjは、最適な/最適化されたパラメータ値で最小値を生成するように構成される。目的関数fObjは、図5に関連してさらに説明するように、任意の数のパラメータに依存し、したがって、多次元最適化を実施することができることを理解されたい。
一例では、要求データは、図2に示されるシステム構成によるテンプレートシステム構成が、Xリットルの体積を提供するカラム241を必要とすることを示す。次いで、この方法は、Xリットルの体積を提供し得るユニットデータに含まれるすべての候補カラムを特定する。
目的関数fObjの値を生成する目的関数は、以下のように定義され得、
fObj=|VCandidate-X|、式中、VCandidateは、候補カラムの体積である。
次いで、要求データXおよびユニットデータVCandidateに依存する目的関数fObjの値を最適化することによって、カラムの形態の1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成が選択される。言い換えれば、所望の体積に最も近い体積を有するカラムは、次いで、最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成として選択される。
図5は、本開示の1つまたは複数の実施形態による多次元目的関数fObjを示す。一実施形態では、目的関数fObjは、複数のパラメータP1～PMおよび対応する値に依存する。目的関数fObjは、パラメータ値に依存する目的関数の値を生成する。目的関数fObjは、最適な/最適化されたパラメータ値において最大値または最小値を生成する。
複数のバイオプロセシングユニットの各バイオプロセシングユニットは、ユニットデータに含まれるバイオプロセシングユニットに関連する複数のパラメータP1～PM値を含む特性を有する。
複数のパラメータP1～PM値の各パラメータ値は、図4A～図4Bに関連してさらに説明される、対応するパラメータ目的関数fObj1～fObjMを使用して処理される。
各パラメータ目的関数fObj1～fObjMが目的関数の値に影響を与える度合いまたはその一部は、対応するパラメータ目的関数fObj1～fObjMに対応する重みW1～WMを乗算して決定される。
一例では、要求データは、図2に示されるシステム構成によるテンプレートシステム構成が、Xリットルの体積を提供し、10μmの多孔度を有するカラム241を必要とすることを示す。次いで、この方法は、Xリットルの体積を提供することができ、10μmの多孔度Yを有する、ユニットデータに含まれるすべての候補カラムを特定する。
目的関数fObjの値を生成する目的関数は、以下のように定義されてもよい。
fObj=|VCandidate-X|+,
fObj=|VCandidate-X|*W1+|POROSITYCandidate-Y|*W2
式中、VCandidateは候補カラムの体積であり、POROSITYCandidateは同じ候補カラムの多孔度である。
次いで、XおよびYを含む要求データ、VCandidateを含むユニットデータ、およびPOROSITYCandidateに依存する目的関数fObjの値を最適化することによって、カラムの形態の1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成が選択される。言い換えれば、所望の体積および所望の多孔度に最も近い体積および多孔度を有するカラムは、次いで、最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成として選択される。
この教示は、任意の数のパラメータに拡張することができることを理解されたい。
図6は、本開示の1つまたは複数の実施形態による方法のフローチャートを示す。相互接続されたまたは相互接続可能なバイオプロセシングユニットによって形成されたバイオプロセシングシステム100の最適化のためのコンピュータ実装方法600が提供され、所望のシステム機能を提供するように構成されている。この方法は、以下を含む。
ステップ610:バイオプロセスの要求データを取得するステップであり、要求データは、少なくとも所望のシステム機能を示し、バイオプロセシングシステムの動作から生じる所望の物質を示す。
要求データを取得するステップは、図3に関連してさらに説明され、たとえば、ユーザからの指示を受信することによって実行されてもよい。
ステップ620:複数のバイオプロセシングユニットの特性を示すユニットデータを取得するステップ。
ユニットデータを取得するステップは、図3に関連してさらに説明され、たとえば、データベースからレコードに含まれるバイオプロセシングユニット特性を取り出すことによって実行されてもよい。
ステップ630:所望のシステム機能を提供することができる少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を生成するステップ。生成されたバイオプロセシングシステム構成は、要求データ、ユニットデータ、ならびに要求データおよびユニットデータに依存する目的関数を使用して選択された複数のバイオプロセシングユニットからのバイオプロセシングユニットの選択を含む。
一実施形態では、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、システムに含まれるバイオプロセシングユニットのタイプを示すテンプレートシステム構成、およびバイオプロセシングユニットがどのように相互接続されているか、または相互接続可能であるかに関する情報に基づいて、またはそれらを使用して生成される。
実施形態では、テンプレートシステム構成は、ユニットデータおよび/もしくは要求データに含まれてもよく、ならびに/または、たとえばユーザによって示される、既存のシステム構成または既存の部分システム構成として示されてもよい。
一実施形態では、テンプレートシステム構成は、テンプレートシステム構成をメモリ、データ記憶デバイス、またはデータベースからレコードとして取り出すことによって取得され得る。テンプレートシステム構成は、随意に、または追加として、テンプレートシステム構成を集計または計算することによって取得され得る。集計または計算されたテンプレートシステム構成は、さらに、メモリ、データ記憶デバイス、またはデータベースにレコードとして記憶されてもよい。テンプレートシステム構成は、随意に、または追加として、ユーザ入力または指示を示すユーザ入力信号を受信することによって取得されてもよい。
一実施形態では、バイオプロセシングシステム構成を生成するステップは、
要求データおよびユニットデータを使用して1つまたは複数のシステム構成候補を特定するステップであり、ユニットデータが要求データと一致する場合、システム構成が特定される、ステップと、
要求データおよびユニットデータに依存する目的関数の値を最適化することによって、少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を選択するステップと
を含む。
目的関数の値の最適化については、図4A、図4B、および図5に関連してさらに説明する。
一実施形態では、複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、要求データに依存する目的関数の複数の値を最適化し、目的関数の複数の値を使用して、選択されたバイオプロセシングシステム構成をランク付けすることによって選択される。
一実施形態では、ユニットデータを取得するステップは、コンピュータによってアクセス可能なデータベース内のレコードを集計するまたは読み取るステップを含み、ユニットデータは、各バイオプロセシングユニットに関する仕様データまたは特性を含む。
一実施形態では、要求データを取得するステップは、ユーザから要求データの入力を受信するステップを含む。
一実施形態では、要求データは、所望の生産規模、所望の物質の所望の量、システムの所望の出力、システムを収容するために利用可能な物理的エリア、所望のシステム稼働時間、所望のシステム耐用年数、単位コスト/価格、またはテンプレートシステム構成のいずれかの選択を示す。テンプレートシステム構成は、システムに含まれるバイオプロセシングユニットのタイプ、およびバイオプロセシングユニットがどのように相互接続されているか、または相互接続可能であるかに関する情報を示す。
一実施形態では、ユニットデータは、ユニットの出力または入力容量、物理的サイズ、ユニットが使い捨てに構成されているか再利用可能に構成されているかの情報、所望の生産規模、所望の物質の所望の量、ユニットの設置面積、ユニットの稼働時間、またはユニットの耐用年数、単位コスト/価格、またはテンプレートシステム構成のいずれかの選択を示す。テンプレートシステム構成は、システムに含まれるバイオプロセシングユニットのタイプ、およびバイオプロセシングユニットがどのように相互接続されているか、または相互接続可能であるかに関する情報を示す。
一実施形態では、コンフィギュレータツール300を使用して、定義された時間枠内で所望の量の標的物質を生成するための最適化されたプロセス構成を提供することができる。さらに、要求データは、製造設備での作業時間、たとえば夜間シフトを伴わない1日当たり8時間など、さらなる制限を含むことができ、それによって、構成ツールは、一晩保留できずシーケンスがオペレータの対話などを必要とするプロセス操作のシーケンスが8時間を超えないように、プロセス構成を最適化するように構成される。一例では、精製およびウイルスクリアランスコアプロセスステップは、そのような速度制限プロセスであり得、それによって、最適化は、このステップにおけるより高いスループットを可能にするプロセス構成の提供をもたらす。一実施形態では、コンフィギュレータツール300は、最適化されたプロセス構成のためのユーティリティ供給、ならびに入ってくる供給および出て行く廃棄物のための供給チェーンが十分であることを検証するためのプロセスからの廃液の体積の推定を提供するように構成される。
図8を参照して以下に示すような一実施形態では、コンフィギュレータツール300は、プロセスユニットの可用性などに関する情報を取り出し、そのようなデータに基づいて、たとえば、納期、サービス間隔など、プロセスユニットの特定の選択の効果に関する情報を提供するように構成される。
一実施形態では、最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、少なくともバイオプロセシングユニットの選択のアイデンティティを示す情報を含む。
一実施形態では、最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、バイオプロセシングユニットの選択がどのように相互接続されるか、または相互接続可能であるかを示す情報をさらに含む。
一実施形態では、コンピュータが提供され、コンピュータは、本明細書で説明される方法の方法ステップのいずれかを実行するように構成される。
一実施形態では、コンピュータに含まれる処理ユニット上で実行されると、コンピュータに、本明細書に記載の方法の方法ステップのいずれかを実行させるためのコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラムが提供される。
一実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供され、コンピュータ可読記憶媒体は、その中に組み込まれた上記のコンピュータプログラムを有する。
一実施形態では、上記のコンピュータプログラムを含むキャリアが提供され、キャリアは、電子信号、光信号、無線信号、またはコンピュータ可読記憶媒体のうちの1つである。
図7は、本開示の1つまたは複数の実施形態によるコンピュータ300を示す。コンピュータ300は、たとえば、電子コンピュータ、サーバ、オンボードコンピュータ、固定コンピューティングデバイス、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、手首装着型コンピュータ、スマートウォッチ、スマートフォン、またはスマートTVの形態であってもよい。コンピュータ300は、有線またはワイヤレス通信のために構成されたトランシーバ304に通信可能に結合された処理回路312を含み得る。コンピュータ300は、少なくとも1つのオプションのアンテナ(図示せず)をさらに含んでいてもよい。アンテナは、トランシーバ304に結合することができ、WiFi、Bluetooth、3G、4G、5Gなどの通信ネットワークにおいて有線またはワイヤレス信号を送信および/または放出および/または受信するように構成される。一例では、処理回路312は、互いに協働するように構成されたプロセッサおよび/または中央処理装置および/またはプロセッサモジュールおよび/または複数のプロセッサの選択のうちの任意のものとすることができる。さらに、コンピュータ300は、メモリ315をさらに含み得る。メモリ315は、たとえば、ハードRAM、ディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、フラッシュドライブ、または他のリムーバブルもしくは固定のメディアドライブ、または当技術分野で知られている任意の他の適切なメモリの選択を含み得る。メモリ315は、本明細書で説明されるステップまたは方法のいずれかを実行するために、処理回路によって実行可能な命令を含むことができる。処理回路312は、トランシーバ304およびメモリ315のいずれかの選択に通信可能に結合され得る。コンピュータ300は、上述のユニットのいずれかまたは外部ノードに直接制御信号を送信/受信するように、または有線および/またはワイヤレス通信ネットワークを介して制御信号を送信/受信するように構成されてもよい。
有線/ワイヤレストランシーバ304および/または有線/ワイヤレス通信ネットワークアダプタは、データ値またはパラメータを、信号として、処理回路312へ、または処理回路312から、他の外部ノードへ、または他の外部ノードから送信および/または受信するように構成され得る。
一実施形態では、トランシーバ304は、外部ノードに直接通信するか、またはワイヤレス通信ネットワークを介して通信する。
1つまたは複数の実施形態では、コンピュータ300は、ユーザから入力または指示を受信し、ユーザ入力または指示を示すユーザ入力信号を処理回路312に送信するように構成された入力デバイス317をさらに含み得る。
1つまたは複数の実施形態では、コンピュータ300は、テキストまたはグラフィカルユーザ入力オブジェクトなどのレンダリングされたオブジェクトを示す表示信号を処理回路312から受信し、受信した信号をテキストまたはグラフィカルユーザ入力オブジェクトなどのオブジェクトとして表示するように構成されたディスプレイ318をさらに含み得る。
一実施形態では、ディスプレイ318は、ユーザ入力デバイス317と一体化され、テキストもしくはグラフィカルユーザ入力オブジェクトなどのレンダリングされたオブジェクトを示す表示信号を処理回路312から受信し、受信した信号をテキストもしくはグラフィカルユーザ入力オブジェクトなどのオブジェクトとして表示するように構成され、および/またはユーザから入力または指示を受信し、ユーザ入力または指示を示すユーザ入力信号を処理回路312に送信するように構成される。
さらなる実施形態では、コンピュータ300は、バイオプロセシングシステムに関連する物理的特性を受信および/または取得および/または測定し、物理的特性を示す1つもしくは複数のセンサー信号を処理回路312に送信するように構成された1つもしくは複数の追加のセンサー(図示せず)をさらに含み、および/またはそれに結合されてもよい。
1つまたは複数の実施形態では、処理回路312は、入力デバイス317および/またはディスプレイ318および/または追加のセンサーにさらに通信可能に結合される。
いくつかの実施形態では、通信ネットワークは、それに限定されないが、ローカルエリアネットワーク(LAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、グローバルシステムフォーモバイルネットワーク(GSM)、拡張データGSM環境(EDGE)、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステム、ロングタームエボリューション、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)、広帯域符号分割多元接続(W-CDMA)、符号分割多元接続(CDMA)、時分割多元接続(TDMA)、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、Wi-Fi、ボイスオーバーインターネットプロトコル(VoIP)、LTE Advanced、IEEE802.16m、WirelessMAN-Advanced、発展型高速パケットアクセス(HSPA+)、3GPPロングタームエボリューション(LTE)、Mobile WiMAX(IEEE 802.16e)、ウルトラモバイルブロードバンド(UMB)(旧エボリューションデータオプティマイズド(EV-DO)Rev.C)、シームレスなハンドオフ直交周波数分割多重化(Flash-OFDM)による高速低遅延アクセス、大容量空間分割多重アクセス(iBurst(登録商標))およびモバイルブロードバンドワイヤレスアクセス(MBWA)(IEEE 802.20)システム、高性能無線メトロポリタンエリアネットワーク(HIPERMAN)、ビーム分割多重アクセス(BDMA)、マイクロ波アクセスの世界相互運用性(Wi-MAX)、ならびに超音波通信などのうちの少なくとも1つを含むことができる有線またはワイヤレス通信技法を使用して通信する。
さらに、コンピュータ300は、本解決策を実行するために、たとえば、機能、手段、ユニット、要素などの形態で必要な通信能力を含み得ることを、当業者は理解されたい。他のそのような手段、ユニット、要素、および機能の例は、プロセッサ、メモリ、バッファ、制御ロジック、エンコーダ、デコーダ、レートマッチャ、デレートマッチャ、マッピングユニット、乗算器、決定ユニット、選択ユニット、スイッチ、インターリーバ、デインターリーバ、変調器、復調器、入力、出力、アンテナ、増幅器、受信機ユニット、送信機ユニット、DSP、MSD、TCMエンコーダ、TCMデコーダ、電源ユニット、給電線、通信インターフェース、通信プロトコルなどであり、これらは、本解決策を実行するためにともに適切に構成される。
特に、本開示の処理回路は、互いに協働するように構成されたプロセッサ、プロセッサモジュール、および複数のプロセッサの1つもしくは複数のインスタンス、中央処理装置(CPU)、処理ユニット、処理回路、プロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、または命令を解釈し、実行することができる他の処理ロジックを含み得る。したがって、「処理回路」および/または「処理手段」という表現は、たとえば、上述したもののいずれか、いくつか、またはすべてなど、複数の処理回路を含む処理回路を表し得る。処理手段は、さらに、データバッファリングと、呼処理制御、またはユーザインターフェース制御などのデバイス制御機能とを含む、データの入力、出力、および処理のためのデータ処理機能を実行することができる。
図8は、本発明の拡張構成システム500のシステムレイアウトの概略的な実施形態を示し、本開示の1つまたは複数の実施形態による方法600を実行するコンピュータ300は、コンフィギュレータセットアップ全体に追加の機能を提供するように構成されたコンフィギュレータ拡張モジュール505と対話するように構成される。コンフィギュレータ拡張モジュール505は、ユニット要件およびコンフィギュレータツール300からの他の入力に基づいて最適または適切なシステム構成として決定された器具などの視覚的表現を提供するように構成されたグラフィックユーザインターフェース生成を有するインターフェースポータル550を含み得る。さらに、拡張構成モジュール505は、バイオプロセシングユニットデータベース510を含むことができ、バイオプロセシングユニットデータベース510は、生産計画ツール530にリンクすることができる。
一実施形態によれば、上述のコンピュータ300は、そのシステムを制御するためのバイオプロセシングシステムの一部を形成し、専用の制御手段として使用することができる。しかし、図8に示す実施形態では、コンピュータ300は、図8に示す構成システム500に接続または接続可能である。図8は、上述の方法とともに使用するための、他のクローズドネットワークとして具現化することができるコンフィギュレータ拡張モジュール505に接続された上述のコンピュータ300を示す。クローズドネットワークは、上述の構成方法を実行するバイオプロセシングシステムコンピュータ300と同じ属性を有し得る構成コンピュータとして具現化され得るインターフェースポータル550を含む。インターフェースポータル構成コンピュータ550は、定格入力、定格出力、サイクル時間、バッチ時間、物理的サイズ、エネルギー消費などのユニットパラメータに関するデータを含む、バイオプロセシングユニットデータベース510をホストするさらなるコンピュータとネットワーク通信している。コンピュータ550はまた、ユニットの可用性、他のユニットとの互換性、必要とされる消耗品、消耗品供給情報、サービスおよび保守情報、規制情報、ならびにトレーニング情報に関するデータを提供するために、販売情報データベース520をホストするさらなるコンピュータとネットワーク通信している。
コンピュータ510および520には、コンピュータ510と520の両方に、ユニットおよび消耗品の可用性に関するデータと、価格見積もりを顧客に提供するための財務情報とを提供するさらなるシステム530および540がネットワークでリンクされている。
一実施形態では、顧客は、ゲートウェイ555を介して構成システム500にアクセスすることができ、ゲートウェイ555は、従来のインターネットアクセスとすることができ、これにより、顧客は、制御側バイオプロセシングコンピュータ300からコンピュータ550に上述のように要求データを入力するために、コンピュータ550に限定してアクセスすることができる。構成システム500へのアクセスは、任意の代替の適切に構成されたコンピュータまたはデバイスを介して行うことができ、必ずしもバイオプロセシングシステムを制御するコンピュータ300を介する必要はないことは明らかであろう。
図8に関連して説明された上述の実施形態は、構成システムの単なる例であり、データは、機密性の理由でクローズドネットワーク内に保持され、バイオプロセシングシステムを構成するための方法は、クローズドネットワーク内で実行されることを理解されたい。一変形例では、顧客のコンピュータ300が、必要なデータを記憶し、または直接アクセスし、構成のための方法を実行することが可能であるが、アクセスされるデータベースのためにデータを抽出することができるので、好ましくない。
バイオプロセス構成は、コンピュータ300のディスプレイ上に表示するために、またはすぐ上で述べた代替コンピュータもしくはデバイスのディスプレイ上に表示するために、図9に示す形態で提示することができ、グラフィカルユーザインターフェース600は、たとえば、3次元空間表現610内の適切なバイオプロセシングユニットの識別を、上で述べた方法によって決定されたシステムユニットの適合性、ならびに価格を確認するために必要な他の情報620とともに含む。
最後に、本発明は、上述の実施形態に限定されず、添付の独立請求項の範囲内のすべての実施形態に関連し、組み込まれることを理解されたい。
100 バイオプロセシングシステム
200 バルブユニット
201 流体入口
202 流体出口
210 制御ユニット
220 出口バルブ
221～223 出口ポート
230 第1の対の流体ポート
231 pHセンサー
232 導電率センサー
240 第2の対の流体ポート
241 カラム
251 リザーバ
255 入口
270 スプリッタ
300 コンピュータ、コンフィギュレータツール
304 トランシーバ
312 処理回路
315 メモリ
317 入力デバイス
318 ディスプレイ
500 拡張構成システム
505 コンフィギュレータ拡張モジュール
510 バイオプロセシングユニットデータベース
520 販売情報データベース
530 生産計画ツール、システム
540 システム
550 インターフェースポータル
555 ゲートウェイ
600 グラフィカルユーザインターフェース、コンピュータ実装方法
610 3次元空間表現
620 情報

Claims (16)

  1. 相互接続されたまたは相互接続可能なバイオプロセシングユニットによって形成され、所望のシステム機能を提供するように構成された、バイオプロセシングシステム(100)の最適化のためのコンピュータ実装方法(600)であって、前記方法は、
    バイオプロセスの要求データを取得するステップ(610)であり、前記要求データは、少なくとも前記所望のシステム機能を示し、前記バイオプロセシングシステムの動作から生じる所望の物質を示す、ステップ(610)と、
    複数のバイオプロセシングユニットの特性を示すユニットデータを取得するステップ(620)と、
    前記所望のシステム機能を提供することができる少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を生成するステップ(630)であり、前記バイオプロセシングシステム構成は、前記要求データ、前記ユニットデータ、ならびに前記要求データおよび前記ユニットデータに依存する目的関数を使用して選択された前記複数のバイオプロセシングユニットからのバイオプロセシングユニットの選択を含む、ステップ(630)と
    を含む、方法であって、
    前記要求データは、前記バイオプロセシングシステムに含まれるバイオプロセシングユニットのタイプを示すテンプレートシステム構成、および前記バイオプロセシングユニットがどのように相互接続されるか、または相互接続可能であるかに関する情報のいずれかの選択を示す、
    方法。
  2. バイオプロセシングシステム構成を生成する前記ステップは、
    前記要求データおよび前記ユニットデータを使用して1つまたは複数のシステム構成候補を特定するステップであり、前記ユニットデータが前記要求データと一致する場合、システム構成が特定される、ステップと、
    前記要求データおよび前記ユニットデータに依存する目的関数の値を最適化することによって、前記少なくとも1つの最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を選択するステップと
    を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 複数の最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、
    前記要求データに依存する前記目的関数の複数の値を最適化することと、
    前記目的関数の前記複数の値を使用して、前記選択されたバイオプロセシングシステム構成をランク付けすることと
    によって選択される、請求項2に記載の方法。
  4. ユニットデータを取得するステップは、前記コンピュータによってアクセス可能なデータベース内のレコードを集計するまたは読み取るステップを含み、前記ユニットデータは、各バイオプロセシングユニットに関する仕様データを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 要求データを取得するステップは、ユーザから要求データの入力を受信するステップを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記要求データは、所望の生産規模、前記所望の物質の所望の量、前記バイオプロセシングシステムの所望の出力、前記バイオプロセシングシステムを収容するために利用可能な物理的エリア、所望のシステム稼働時間、または所望のシステム耐用年数のいずれかの選択をさらに示す、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ユニットデータは、ユニットの出力または入力容量、物理的サイズ、前記ユニットが使い捨てに構成されているか再利用可能に構成されているかの情報、所望の生産規模、前記所望の物質の所望の量、前記ユニットの設置面積、前記ユニットの稼働時間、前記ユニットの耐用年数、または前記バイオプロセシングシステムに含まれるバイオプロセシングユニットのタイプを示すテンプレートシステム構成、および前記バイオプロセシングユニットがどのように相互接続されるか、または相互接続可能であるかに関する情報のいずれかの選択を示す、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、少なくともバイオプロセシングユニットの前記選択のアイデンティティを示す情報を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成は、バイオプロセシングユニットの前記選択がどのように相互接続されるか、または相互接続可能であるかを示す情報をさらに含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記目的関数は、最適化されたバイオプロセシングシステム構成において最大値または最小値を生成するように構成されている、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている、コンピュータ(550)。
  12. 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を実行するための構成システム(500)であって、前記構成システムは、
    請求項11に記載のコンピュータ(550)と、
    出力または入力容量定格入力、サイクル時間、バッチ時間、物理的サイズ、エネルギー消費、使い捨てまたは再利用可能性についての構成、耐用年数などのバイオプロセシングユニットパラメータに少なくとも関するデータを含むデータベース(510)と、を含み、
    前記データベースまたはさらなるデータベース(520)は、ユニットの可用性、他のユニットとの互換性、必要とされる消耗品、消耗品供給情報、サービスおよび保守情報、規制情報、ならびにトレーニング情報のうちの1つまたは複数に関するデータを含み、
    前記コンピュータおよびデータベースは、概ねクローズドなネットワークを介して通信し、請求項1から10のいずれか一項に記載の要求データは、ユーザゲートウェイ(555)を介して提供され、前記ユーザゲートウェイは、最適化されたまたは適切なバイオプロセシングシステム構成を返す、
    構成システム(500)。
  13. 前記コンピュータ(550)は、前記ユーザゲートウェイを介して、構成された前記バイオプロセシングシステムの3次元空間表現(610)、ユニットの可用性、他のユニットとの互換性、必要とされる消耗品、消耗品供給情報、サービスおよび保守情報、規制情報、ならびにトレーニング情報のうちの任意の1つまたは複数を含むデータをユーザに提供する、請求項12に記載の構成システム。
  14. コンピュータ(550)に含まれる処理ユニット上でコンピュータ実行可能命令が実行されると、前記コンピュータに、請求項1から10に記載の方法ステップのいずれかを実行させるための前記コンピュータ実行可能命令を含む、コンピュータプログラム。
  15. 請求項14に記載のコンピュータプログラムを有する、コンピュータ可読記憶媒体。
  16. 請求項14に記載のコンピュータプログラムを含む、電子信号、光信号、無線信号、またはコンピュータ可読記憶媒体のうちの1つである、キャリア。
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