KR20190018670A - 일회용 생물반응기 - Google Patents

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콜린 마크 쟈크
모흐산 와심 칸
리타 디'오르넬라스 피. 데 바로스 코스타
안토니 베아니
다비드 발렌타인
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Abstract

일회용 생물반응기가 제공된다. 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너, 쉘, 적어도 하나의 교반기, 적어도 하나의 살포기, 살포기(들) 및 헤드스페이스 오버레이를 위한 적어도 하나의 가스 필터 유입 포트, 적어도 하나의 충진 포트, 적어도 하나의 수거 포트, 적어도 하나의 샘플 포트, 및 적어도 하나의 프로브를 포함할 수 있다. 예에서, 적어도 하나의 컨트롤러가 일회용 생물반응기와 관련된 하나 이상의 파라미터를 모니터링하고 제어할 수 있다. 포유류 세포를 배양하고 증식시키는 방법이 또한 제공된다. 방법은 제1 일회용 생물반응기에서 적절한 조건 하에서 적절한 배양 배지에서 배양하는 단계, 적어도 하나의 포유류 세포로부터의 증식에 의해 획득된 세포를 함유하는 배지를 제2 일회용 생물반응기로 이송시키는 단계?, 적어도 하나의 포유류 세포로부터의 증식에 의해 획득된 세포를 함유하는 배지를 제3 일회용 생물반응기로 이송시키는 단계, 및 세포들을 제3 생물반응기에서 배양하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

일회용 생물반응기
관련출원의 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 제62/345,381호(2016.6.3. 출원)에 대한 우선권 및 이익을 주장하며 그 내용은 여기에 참조로 수록된다. 미국 가출원 제62/354,216호(2016.6.24. 출원) 및 이하의 공개 미국 특허 공개 제2011/0312087호, 미국 공개 제2017/0107476호, WO 공개 제WO 2017/072201호는 각각 여기에 그 전체가 참조로 수록된다.
생물반응기, 즉 생물 반응 또는 공정이 실험실 또는 산업 규모로 수행될 수 있는 기구는 바이오의약품 산업에서 광범위하게 사용된다. 생물반응기는 기질이 특정 시간에 생물반응기에 공급되고 반응 시간이 끝날 때까지 생성물이 생물반응기에 잔류하는 유가식(fed-batch) 용도로 사용될 수 있거나, 또는 기질의 연속 공급이 생물반응기에 공급되고 손상되는 동안 부산물이 연속적으로 제거되는 관류(perfusion) 용도로 사용될 수 있다. 생물반응기는 또한 연속 회분식 용도(continuous batch application)로 사용될 수 있다.
1990년대 후반부터 바이오의약품 산업에서의 일회용 바이오공정 솔루션에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 솔루션은 새로운 설비의 자본 비용과 검증 시간을 줄이고, 배취(batch) 사이의 전환 시간을 줄임으로써 플랜트 처리량을 향상시키며, 세척 검증의 부담을 줄여준다.
이러한 일회용 바이오공정 솔루션에 대한 관심은 생물반응기 장치 작동을 포함하였다. 결과적으로, 일회용 생물반응기(SUB)는 바이오의약품 산업에서 표준 작업마가 되고 있다. 이러한 SUB는 선반 디자인과 같이 공급업체가 제공하므로, SUB의 기하구조와 기존의 교반 탱크 반응기(STR) 용량의 기하구조를 일치시키는 세포 배양 엔지니어의 능력이 제한된다. 예를 들어, SUB의 1세대는 임펠러 수와 방향 그리고 살포기 구멍 직경과 관련하여 기존의 교반 탱크 생물반응기(STR) 기하구조에서 출발했다. 더욱이, 일회용 생물반응기 SUB 생물반응기의 우수한 특징 중 하나는 기존의 STR보다 적은 양으로 작동할 수 있어서, 작동상의 유연성이 상당히 높다는 것이었다. 그러나 이러한 실시는 기하학적 유사성의 원칙을 더욱 부정했다.
진핵(포유류) 세포와 같은 세포의 배양을 통해 개발, 제조 공정, 및 생물물질의 상업화에 보편적인 사용을 용이하게 하도록 설계된 일회용 생물반응기의 이용가능성은 종래 기술에 의해 제한을 받는다. 이러한 제한은 부분적으로 다음으로부터 유래한다: (i) 최대 100,000 L와 같이, 최대 20,000 L의 대규모 작업에 대한 확장성 부족; (ii) 생성된 소규모 데이터가 제조 규모에서 관찰된 것과 유사하고 상응하는 성능을 나타내는 의미있는 방식으로 공정 개발과 공정 특성을 가능하게 하는 소규모(~10 mL 또는 심지어 ~1 mL) 개발 모델에 대한 확장성 부족; (iii) 용기 선택 및 교반기 설계 파라미터로 인한 부적절한 혼합 및 폭기(aeration); 및 (iv) 덩어리이고, 소량이며, 농축되고 전형적으로 비-생리적 pH 및 삼투압인 공급물 및/또는 시간당 0.1% v/v 내지 시간당 12.5% v/v 범위의 유속으로 연속적으로 공급되는 공급물 또는 관류액/잔류물의 사용을 허용하는 추가 포트의 부적절한 설계.
현재 기술 상태는 추가적인 제한이 있는데, 예컨대 (i) 펌프의 흡입 헤드 아래 수거 튜브를 붕괴시키지 않고 높은 유속을 허용하는 수거 포트의 부적절한 설계; (ii) 기존 검증된 생물반응기와 공정 비교가능성을 증명할 수 없음; (iii) 접촉 물질로부터의 생물학적-활성 성분의 도입; 및 (iv) 성분 및 대사물질이 벌크 수성 상에 존재하는 세포를 제한하거나 이용하지 못하게 할 수 있는, 생물학적으로 활성인 배지 성분 또는 세포-유래 대사물질의 용기 표면상의 격리가 있다.
일회용 생물반응기에 대한 기술의 현재 상태는 10 L 내지 최대 2,000 L까지의 용기 작업량으로 제한된다. 적합한 소규모(예컨대 10 mL 미만) 개발 모델의 이용가능성의 부족으로 세포 엔지니어가 제조 및 세포 배양 공정의 상업화를 지원하기 위해 의미있는 공정 개발 및 공정 특성화 실험을 수행하는 능력이 제한된다. 한편, 2,000 L보다 큰 일회용 생물반응기의 이용가능성의 부족은 2,000 L 이상으로 규모 확장할 때 발생할 수 있는 재화 절감 비용의 혜택을 얻을 수 없게 한다.
또한, 50 L 규모 이하에서, 일회용 용기는 유연한 저밀도 폴리에틸렌계 플라스틱으로 구성되는 경향이 있는 50 L 규모 이상으로 설계된 용기에 사용되는 것과 상이한 재질, 일반적으로 경질 폴리카보네이트계 플라스틱으로 구성된다. 이러한 구성 물질들은 성분의 상이한 추출가능/침출가능 특성을 가지며; 이러한 상이한 특성은 상이한 방식으로 세포에 의한 단백질의 성장, 신진대사, 또는 합성에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 구성 물질의 소수성은 또한 배지 내에 존재하는 소수성 성분을 흡착할 수 있는 능력만큼 상이하다. 이와 같이, 생물반응기 용기에 사용되는 구성 물질에 기초하여, 물질 표면 상에서 활발하게 성장하는 세포의 공급 및/또는 생산은 잠재적으로 상이하다.
현재의 일회용 생물반응기 설계는 종래 기술에 개시된 좁은 규모 이상으로 입증되지 않은 혼합 및 폭기 특성에 대한 원칙에 의존한다. 종래 기술에 개시된 일회용 용기 혼합 원리는 다음을 포함한다: (i) 표면 층과 액체 벌크와의 혼합을 허용하는 표면 잔물결을 생성하는 오비탈 쉐이킹(shaking) 또는 락킹(rocking); (ii) 임펠러 샤프트의 중심을 벗어나 위치된 임펠러 또는 임펠러 영역 주변의 유체의 와류에 의한 축 방향 혼합을 허용하는 원추형 용기 바닥에 중심을 벗어나 장착된 임펠러; (iii) 방사 방향 흐름 액체 벌크의 축 방향 편향을 허용하는 복잡한 베이스/베이스 플레이트 설계를 갖춘 언배플드(unbaffled) 용기의 중심에 장착된 임펠러; 및 (iv) 배플(baffle)이 없기 때문에 축 방향 흐름의 부족을 극복하기 위한 비-원형 용기(입방체) 교반 용기.
오비탈 쉐이킹(shaking) 또는 락킹(rocking)을 사용하는 생물반응기 설계와 관련하여, 표면 폭기 및 혼합의 효과는 용량과 비교하여 규모가 증가함에 따라 표면적의 감소에 의해 제한되며; 따라서, 그러한 설계의 사용은 500 L 미만 규모의 생물반응기에 제한될 수 있다. 2000 L 이상의 작업 규모의 경우, 액체 표면을 관통하여 액체 벌크 내로 깊숙이 덩어리(mass) 및 에너지를 전달할 수 있는 에너지 물결파를 생성하는데 필요한 유체역학적 힘은 강철 보유 용기(steel holding vessel), 일회용 바이오공정 컨테이너, 모터 및 바이오공정 컨테이너를 오비탈 운동으로 움직이거나 또는 수평면 넘어로 기울이는데 필요한 기어장치에 있어서 상당한 기계적 강도를 요구할 것이다.
중심을 벗어나 위치된 임펠러의 경우, 중심을 벗어나 장착된 단일 임펠러는 비-잠수 회전 임펠러에 의해 절단되는 액체 표면의 충격을 고려하지 않고 유가식 공정 도중에 연속적으로 작업 용량을 변경할 수 있는 몇몇 이점을 제공한다. 중심을 벗어나 장착된 임펠러는 임펠러 영역 주변의 액체의 와류에 의존하여 액체 벌크 주위에 순 축 방향 흐름을 생성한다. 그러나 이러한 와류는 임펠러 샤프트에 주기적인 변형을 일으킬 수 있으며, 이는 물질의 피로와 파괴를 유발할 수 있다. 따라서 이러한 혼합 방식은 상대적으로 낮은 교반 속도 및 평균 에너지 발산 속도에 제한되며, 이는 높은 교반 속도 및 P/V에서 작동할 수 있는 교반 생물반응기에 비하여 잘 혼합되지 않는 생물반응기를 초래할 수 있다. 낮은 교반 및 에너지 발산 속도는 또한 이러한 생물반응기의 규모 확장을 제한할 수 있다. 중심을 벗어난 교반으로 인한 파워 발산 부족과 관련된 또 다른 결과는 P/V에 대한 총괄 산소 물질 전달 계수 kLa (h-1)의 낮은 민감도를 포함하며, 이는 세포 배양 공정의 세포 산소 섭취 요구조건을 충족시키기 위하여 살포 가스에 의존하는 생물반응기를 초래한다. 이러한 섭취 요구조건은 소결된(미세다공성 살포기) 및/또는 더 큰 살포율을 사용함으로써 달성될 수 있으며, 이는 추후 더 큰 계면 전단 환경 하에서 작동하는 용기로 인해 덜 바람직한 발포 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 높은 계면 전단 체제(interfacial shear regime)를 완화하기 위한 또 다른 접근법은 (예를 들어 살포 가스에서 산소의 혼합을 크게 증가시킴으로써) 산소 구동력을 증가시키는 것이며; 그러나, 이 접근법은 용기 내 나쁜 혼합으로 인하여 수반되는 대사성 CO2의 축적, 및 중심에서 벗어나서 교반된 생물반응기로 인해 생성될 수 있는 kLa로 인하여 제한된다.
중심에서 벗어나 장착된 단일 임펠러로 인하여, 상대적으로 높고 잠재적으로 문제가 있는 수준의 '국지화된' 임펠러-영역 전단 체제(shear regime)가 이중 또는 다중 임펠러 교반 생물반응기에 의해 생성된 평균 에너지 발산율, P/V에 일치하기 위해 요구된다. 임펠러 설계/선택을 최적화하는 범위는 중심에서 벗어난 임펠러 샤프트의 기계적 강도 및 완전성에 의해 그리고 40 x 106 세포/mL 내지 50 x 106 세포/mL에 도달하는 생존가능 세포 농도 및 10% v/v의 축적된 세포 부피로 유가식(fed-batch) 모드에서 작동하는 용기를 위한 것이거나, 또는 200 내지 400 x 106 세포/mL에 도달하는 생존가능 세포 농도 및 최대 40% v/v의 압축된 세포 부피로 관류(perfusion) 모드에서 작동하는 용기를 위한 것인 세포 배양 공정 유체의 레올로지 특성의 잠재적 변화(로컬에서 벌크로 덩어리 및 에너지 전달을 제한하기 위해 변화가 요구될 수 있음)에 의해 제한된다.
언배플드 용기(unbaffled vessel)에서 중심에 장착된 임펠러로 인하여, 교반 생물반응기의 배플의 부족은 방사 방향 흐름의 편향 및 높은 교반 속도와 PV 위험 하에서의 와류의 생성을 방지하며, 이는 생물반응기 내에서 바람직하지 않은 표면 발포를 일으킬 수 있다. 또한, 생물반응기 내의 배플 없이, 임펠러의 파워 발산 능력의 완전한 가능성은 실현되지 않는다. 그러므로 임펠러는 주어진 교반 속도에 대한 혼합 및 총괄 산소 물질 전달 계수 kLa를 제공하는데 있어서 최적 이하로 작동한다. 언배플드 생물반응기는 생물반응기 내에 국지화된 높은 전단 영역 및 분리된 혼합 영역을 생성할 수 있으며, 이는 이러한 설계가 더 큰 규모(예컨대, 2,000 L 초과)로 규모 확장될 때 더욱 명백해진다. 언배플드 생물반응기에서 배플의 효과를 증진시키기 위해, 종래 설계는 쉘의 베이스 플레이트 및 둑(weir)과 경사로(ramp)가 있는 바이오공정 컨테이너 바닥 설계를 선택하였으며 이에 따라 용기 바닥에서의 방사 방향 흐름이 축 방향으로 편향된다. 이것이 축 방향 흐름을 생성할 수 있지만, 이러한 흐름은 용기 바닥의 국지화된 지점 주위에 생성되며; 이에 따라, 축 방향 흐름의 강도는 이러한 용기 내의 임펠러가 비교적 높은 파워 발산으로 교반하지 않는 한 이러한 용기의 수직 축을 따라 붕괴할 수 있다.
입방 기하구조와 같은 비-원형 용기 기하구조와 관련하여, 임펠러에 의해 생성된 방사 방향 흐름은 용기의 4면 각각에 충돌할 때 편향될 수 있다. 이러한 설계는 평평하게-축적된 바이오공정 컨테이너의 각 모서리가 설치 중에 강철 쉘의 모서리와 쉽게 정렬될 수 있으므로 강철 쉘에 설치하기 위한 장점을 제공한다. 그렇지만, 이러한 생물반응기는 또한 평평한 바닥을 가지고 있어서, 굽은 베이스 플레이트 또는 바닥을 갖는 배플드 원통형 생물반응기와 비교할 때 우려할만한 부분이 있다. 입방체 생물반응기의 수직 평면으로 인해, 교반기에 의해 생성되고 용기 경계면으로부터 편향되는 역류 유체 흐름은 가장자리 및 모퉁이를 따라 '데드 존 (dead zone)'의 더 큰 발생을 초래한다. 모퉁이에서의 데드 존 발생을 방지하기 위해, 유체역학적 힘이 규모 확장에 따라 증가될 수 있거나 또는 더 큰 파워 발산이 적용될 수 있지만; 그렇지만, 이러한 두 가지 대안 모두 가장자리/모퉁이에서 이음새의 더 큰 기계적 피로감을 초래할 수 있다. 또한, 평평한 바닥의 생물반응기의 바닥을 벗어난 유체 순환은 교반기-구동 흐름 및 용기 바닥으로부터의 편향-구동 흐름으로부터의 역류 흐름의 발생으로 인하여 덜 활발하며, 이는 ASME F&D-유사 기하구조 주변에 설계된 베이스 플레이트를 갖는 생물반응기와 비교하여 평평한 바닥의 생물반응기에서 세포 및/또는 고체를 부양시키는 능력을 감소시킨다. 실제로, 세포/바이오매스 침강은, 관류식 모드에서 사용될 때, 생물반응기 내에서의 세포 보류 이후 얻어지는 높은 세포 농도(전형적으로 200 내지 400 x 106 세포/mL가 예상됨) 및 높은 고형분 퍼센트(최대 40% v/v의 전형적인 축적 세포 부피가 예상됨)로 인하여 이러한 생물반응기에서 더욱 급격해 질 수 있다.
현재의 생물반응기 설계에서, 표면 폭기는 대부분의 유가식 용도에 필요한 세포 산소 섭취 속도를 제공하기에 부적절하며 세포가 생물반응기 내에 유지되는 관류식 모드에서 세포 성장을 지지하지 않을 것이다. 부가적으로, 표면을 통한 배양물 폭기를 전달하도록 설계된 현재의 생물반응기는 표면적 대 부피 비율의 감소로 인해 규모 확장될 수 능력이 제한된다. 이것은 이렇게 설계된 용기가 규모 확장됨에 따라, 표면 폭기에 대한 효율성 및 용량이 저하된다는 것을 의미한다.
임펠러 또는 용기 기하구조와 관련하여 설계상의 부적절성이 있는 경우, 소결 또는 미세다공성 살포기, 예컨대 소결/미세다공성((마이크로미터 공극을 가짐), "콤비-살포기(combi-sparger)" (5 내지 800 마이크로미터 내지 서브-밀리미터 공극의 조합으로 구성됨), 또는 개방형 튜브/파이프 살포기가 사용되었다. 소결된 살포기는 용기 벌크 내에서 더욱 쉽게 분산되는 미세하거나 작은 가스 버블을 생성 할 수 있으며; 또한, 이들은 작은 크기 때문에, 가스 버블의 부력이 작으며, 이는 주어진 살포 속도에서, 액체 벌크 및 산소 질량 전달 계수, kLa 내에서 체류 시간이 길어진다. 그러나, 소결된 살포기는 더 큰 계면 세포 전단 체제 및 덜 효과적인 신진대사 CO2 스트리핑을 생산하며, 둘 모두 규모 확장 동안 그리고 용기 설계 이송 동안 세포 배양 공정의 생체적합성을 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 또한, 소결된 살포기의 규모 확장(scale up)은 잘 이해되지 않으며, 세포 손상을 초래하는 살포 구멍/기공으로부터 나오는 살포 가스로부터의 과도하게 빠른 선형 속도 또는 압력을 초래할 수 있다. 유사하게, 생물반응기가 구비된 개방형 파이프 살포기 디자인을 사용하면 임펠러 디자인은 거품 파괴를 허용하는 살포기 근위에 있는 높은 전단 유형으로 제한된다. 교반 속도는 가스 버블 파괴 및 액체 벌크로의 분배를 허용하는 높은 파워 발산으로 제한된다. 가변 살포기 구멍 살포기와 같은 또 다른 유형의 살포기를 사용하는 생물반응기와 비교할 때, 이러한 생물반응기는 유가식(fed-batch) 및 관류 세포 배양 공정에 필요한 산소 질량 전달 요구조건을 지지하기 위하여 높은 전단 혼합 및 폭기 체제에서 작동하는 것이 요구된다.
매우 높거나 낮은 pH 또는 높은 삼투압을 갖고 세포에 노출될 때 세포 손상 및 사멸을 초래할 수 있는 공급물과 같은 본질적으로 비-생리적인 공급물의 적용을 허용하는 첨가 포트의 부적당한 설계와 관련하여, 현재의 일회용 생물반응기는 전형적으로 배양물 표면으로 배출되는 첨가 포트에 의존한다. 표면 배출이 생물반응기 내에서 딥 튜브를 통과시키는 복잡한 문제를 극복할 수 있으며 딥 튜브를 통해 나가는 생물반응기 내용물의 부적절한 사이포닝을 방지할 수도 있지만, 이러한 생물반응기는 액체 표면에서 그리고 바로 아래에서 비-생리적 환경의 마이크로-구역의 생성을 초래할 수도 있다. 이러한 구역은 비-생리적 물질이 임펠러에 의해 생성된 순환 구역으로 또는 용기 경계로부터 편향된 흐름으로 이동되고 최종적으로 벌크에 혼합될 때까지 지속된다.
현재 생물반응기의 수거 포트 및 배관 설계와 관련하여, 관류 작동 모드의 경우, 딥 튜브는 생물반응기로부터 나가서 결합된 세포 보유 장치로 들어가는 배양물의 방해받지 않은 흐름을 허용하고 세포 또는 세포 응집체의 발포 및 전단(shearing) 없이 세포 보유 장치로부터 다시 생물반응기로 되돌아가는 것을 허용하도록 적절한 크기가 필요하다. 외부 배관이 부착된 이러한 첨가 포트의 또 다른 특징은, 높은 유속에서 딥 튜브가 붕괴될 수 있으며 흐름을 유도하는 펌프 헤드의 상류에 생성된 '흡입 헤드'로 인한 흐름을 방해할 수 있다는 것이다. 관류식 모드 동안 또는 유가식 공정의 수거 단계 동안 세포 배양의 방해받지 않은 흐름의 이점은 세포가 이러한 배관을 통과하는 동안 기계적 손상을 입지 않도록 하는 것이 중요한데, 왜냐하면 기계적 손상은 생성된 생성물의 공정 및 품질의 성능에 악영향을 미칠 수 있는 세포 인자(예컨대 글루타티온 환원효소, 티오레독신, 및 티오레독신 환원효소와 같은 효소 또는 NADPH와 같은 대사물질)의 방출을 초래할 수 있기 때문이다. 둘째, 세포 배양물의 방해받지 않은 흐름은 이러한 배관을 통과하는 동안 배양물이 저산소 상태 또는 무산소 상태가 되지 않도록 하여, 추가 공정에서 생성물의 공정 및 품질의 성능에 악영향을 미칠 수 있는 방출된 세포 인자의 활성화를 방지할 수 있다. 그러나, 현재의 모든 일회용 생물반응기의 수거 포트 및 배관 설계는 이러한 관점에서 부적절하다.
바이오제조 및 약물 개발 산업에서, 세포 생서물, 특히 수용체 단백질, 항체, 펩티드, 엑소좀, 세포 분획 소기관, 또는 전체 세포, 항생제 또는 아미노산 등을 포함한 단백질의 생산은 규제 및 고객 요구 사항을 충족시키거나 능가하기 위해 고품질이어야 한다. 이러한 약물 물질이 종종 다중 제품으로 제조되는 시설. 따라서 일회용 생물반응기에 대한 업계의 수요가 증가하고 있다. 또한 생산 공정 동안 규모 확장될 수 있는 SUB에 대한 요구가 존재하기 때문에 용존 산소, 배양 pH, 온도 및 전단 감도를 고려한 물리화학적 환경, 및 세포를 억제할 수 있는 농도 구배를 고려한 영양 환경이 유지된다. 현재 확장성이 결여되어 있어 세포 배양 생성물의 생산에 일관되게 적용될 수 있는 공정 개발을 방해한다. 실제로, 종래 기술은 세포 배양 생성물의 특성이 규모에 따라 일정하지 않으며, 이러한 이유 때문에 생산 공정이 일관성 없는 생산의 위험을 피하기 위해 전형적으로 다른 규모로 변형되고 있다. 이것은 시간이 오래 걸리고 비싸다.
이전의 생물반응기 설계에 의해 제시된 결점과 비교하여, 본 발명은 향상된 작동 특성을 특징으로하는 일회용 생물반응기 및 이들 일회용 생물반응기를 사용하여 세포를 배양하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 포유류 세포를 확장 가능한 용량으로 배양할 수 있는 일회용 생물반응기 및 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 대규모 용량에서 성장될 때에도 최적의 조건 하에서 포유류 세포를 배양할 수 있고 따라서 일회용 생물반응기의 크기와 무관한 공정 성능 및 생성물 품질을 허용하는 일회용 생물반응기 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유사한 크기의 스테인레스강 STR 생물반응기에서 생성된 생성물에 상응하는 생성물을 생산할 수 있는 일회용 생물반응기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 향상된 작동 특성을 특징으로 하는 일회용 생물반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 pH, 용존 산소 장력(DOT) 및 온도와 같은 공정 파라미터와 관련하여 균질 환경에서 포유류 세포를 배양하고, 잘 혼합된 세포 현탁액을 유지하고 생물반응기 내에서 영양 공급물을 혼합시키는 일회용 생물반응기를 제공하는 것이다. 바람직한 구체예에서, 본 발명의 일회용 생물반응기는 관류 및 유가식(fed batch) 둘 모두를 지원하기 위한 배지 및 공급물 준비를 통합할 것이다. 이상적으로, 이것은 필요할 때 생산 및 접종 시스템과 통합되고 필요에 따라 배취 배지 및 공급물을 준비 할 수 있는 자동화된 시설이 될 것이다.
본 발명에 따르는 일회용 생물반응기의 설계는 pH, 용존 산소 장력(DOT) 및 온도와 같은 공정 파라미터와 관련하여 균질 환경을 보장할 수 있고, 잘-혼합된 세포 현탁액을 유지할 수 있으며, 일회용 생물반응기 내에서 영양 공급물을 혼합시킬 수 있다. 이것은 최적의 세포 성장, 생성물 축적 및 생성물 품질을 위해 필요한 물리화학적 환경을 제공한다. 본 발명은 대규모 용량에서 성장될 때에도 최적의 조건 하에서 포유류 세포를 배양할 수 있고 따라서 일회용 생물반응기의 크기와 무관한 공정 성능 및 생성물 품질을 허용하는 일회용 생물반응기 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 실험실 규모에서 산업 규모의 생물반응기로 또는 그 반대로 규모가 정해질 수 있는 비율로 일회용 생물반응기를 제공하는 것이다. 본 발명에 따르는 일회용 생물반응기의 설계는 기하학적 유사성을 유지하기 때문에 이러한 유연성을 갖는다.
일반적으로, 본 발명은 생물반응기 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 세포 배양물을 배양하고 이후 처분하는데 매우 적합한 일회용 생물반응기에 관한 것이다. 본 발명의 일회용 생물반응기는 임의의 적합한 크기로 규모가 정해질 수 있고, 기존의 스테인레스강 구조물에 적합하도록 설계된다. 본 발명의 바이오공정 시스템 및 방법은 많은 독특한 측면 및 특징을 포함한다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 일회용 생물반응기가 제공된다. 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너, 쉘, 적어도 하나의 교반기, 적어도 하나의 살포기, 살포기(들) 및 헤드스페이스 오버레이를 위한 적어도 하나의 가스 필터 유입 포트, 적어도 하나의 충진 포트, 적어도 하나의 수거 포트, 적어도 하나의 샘플 포트, 및 적어도 하나의 프로브를 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 본 발명은 바이오공정 컨테이너를 포함하는 생물반응기에 관한 것이다. 바이오공정 컨테이너는 액체 불투과성이며 가요성의 형상-일치 재료(shape-conforming material)로 제조된다. 예를 들어, 바이오공정 컨테이너는 다층 필름과 같은 가요성 필름으로 제조될 수 있다. 하나의 구체예에서, 예를 들어, 필름은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌 폴리머로 구성된다. 친수성 표면은 생물반응기 내에서 세포 배양물과 접촉하기 위한 것이며 습윤성을 향상시킨다. 폴리에틸렌 폴리머는 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된다.
바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가질 수 있다. 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의할 수 있다. 중공 인클로저는 임의의 적절한 부피, 예컨대 100 mL, 250 mL, 500 mL, 750 mL, 1 리터, 2 리터, 3 리터, 4 리터, 5 리터, 6 리터, 7 리터, 8 리터, 9 리터, 10 리터, 15 리터, 20 리터, 25 리터, 30 리터, 40 리터, 50 리터, 60 리터, 70 리터, 80 리터, 90 리터, 100 리터, 150 리터, 200 리터, 250 리터, 300 리터, 350 리터, 400 리터, 450 리터, 500 리터, 550 리터, 600 리터, 650 리터, 700 리터, 750 리터, 800 리터, 850 리터, 900 리터, 950 리터, 1000 리터, 1500 리터, 2000 리터, 2500 리터, 3000 리터, 3500 리터, 4000 리터, 4500 리터, 5000 리터, 6000 리터, 7000 리터, 8000 리터, 9000 리터, 10,000 리터, 15,000 리터, 20,000 리터, 및/또는 50,000 리터를 가질 수 있다.
생물반응기는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 포트를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장될 수 있다. 하나의 구체예에서, 회전식 샤프트는 압축식(collapsible)이다. 예를 들어, 회전식 샤프트는 회전식 샤프트 쪽으로 압축될 수 있거나 접을 수 있는 친수성 폴리머 물질로 만들어진 적어도 하나의 임펠러를 포함할 수 있다.
생물반응기는 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플을 또한 포함할 수 있다. 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 배플은 압축식(collapsible) 또는 접이식(foldable)이다. 예를 들어, 배플은 배플을 팽창시키고 수축시킬 수 있는 팽창성 유체 주머니를 정의할 수 있다. 배플은 바이오공정 컨테이너와 합체될 수 있는데 이는 배플이 가요성 형상-형성 재료로 형성된다는 것을 의미한다. 그 대신에, 배플을 바이오공정 컨테이너에서 분리될 수 있다. 배플은 중공 인클로저 내부에 위치하도록 구성되거나 중공 인클로저 외부에 위치할 수 있다. 중공 인클로저 외부에 위치될 때, 바이오공정 컨테이너의 측벽은 배플의 형상을 따르게 된다. 예를 들어, 배플은 외부 금속 쉘에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 바이오공정 컨테이너는 배플의 형상을 따르기 위해 금속 쉘 내에 위치될 수 있다. 생물반응기는, 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 둘레를 따라 이격된 약 2개 내지 약 6개 배플을 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 지름을 가지며 바이오공정 컨테이너의 상기 지름의 약 3% 내지 약 20%, 예컨대 약 5% 내지 약 15%의 거리만큼 방사방향에서 안쪽으로 연장된 하나 이상의 배플을 갖는다.
생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함할 수 있다. 살포기는, 예를 들어 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하는 밸러스트 살포기를 포함할 수 있다. 길이방향 부분은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장될 수 있다. 한편, 측방향 부분은 교반기 아래의 길이방향 부분의 끝단에 위치될 수 있다. 측방향 부분은 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 방출하기 위한 복수의 구멍을 정의할 수 있다. 하나의 구체예에서, 복수의 구멍은 천공된다. 측방향 부분은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 측방향 부분은 샤프트를 안정화시키기 위해 혼합 장치의 회전식 샤프트와 결합하도록 구성될 수 있다. 회전식 샤프트는 측방향 부분을 통해서 연장될 수 있거나 또는 측방향 부분 내로 형성된 샤프트 수용 부재 내에 하우징될 수 있다.
하나의 구체예에서, 생물반응기는 제1 표면아래 살포기 및 제2 표면위(supersurface) 살포기를 포함한다. 표면아래 살포기 내의 복수의 구멍은 표면위 살포기 상의 복수의 구멍보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 하나의 구체예에서, 복수의 구멍은 천공된다.
하나의 구체예에서, 생물반응기는 유체를 바이오공정 컨테이너 내로 공급하기 위하여 중공 인클로저 내로 연장되는 적어도 하나의 공급 라인을 포함할 수 있다. 공급 라인은 교반기에 인접하여 배치된 표면아래 유체 출구를 포함할 수 있다. 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하고 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지하는 유체 제어 장치와 연결될 수 있다. 예를 들어, 유체 제어 장치는 일방향 밸브를 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 생물반응기는 바이오공정 컨테이너의 상단에 위치한 공급 라인을 포함할 수 있다. 공급라인은 바이오공정 컨테이너에 잔류하는 배양 배지 체적 위에 위치하는 표면위 유체 배출부를 포함할 수 있다. 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치될 수 있다. 하나의 구체예에서, 교반기는 회전할 때 원주를 형성할 수 있고 공급 라인의 표면위 유체 배출부는 교반기의 원주 위에 배치될 수 있어서 그에 따라 유체 배출부를 통해 흐르는 유체는 원주 내에서 배양 배지와 접촉한다.
생물반응기는 중공 인클로저 내에 함유된 배양 배지의 질량을 표시하기 위해 부하 전지(load cell)와 작동적으로 연결될 수 있다. 바이오공정 컨테이너의 바닥은 배수를 촉진하기 위해 돔-형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 바이오공정 컨테이너는 바이오공정 컨테이너의 바닥에 위치한 배수 라인을 포함할 수 있다. 유체 수집 장치는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 배수 라인 사이에 위치될 수 있다. 유체 수집 장치는 유체의 와류 흐름을 바이오공정 컨테이너로부터 배수 라인으로 유도하도록 구성된 형상을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 배수 라인은 중공 인클로저의 부피에 비례하는 단면적을 가지고 있다. 예를 들어, 예시적인 목적에서, 배수 라인은 중공 인클로저의 부피 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2, 예컨대 약 0.4 mm2 내지 약 0.6 mm2 의 단면적을 가질 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 유체를 바이오공정 컨테이너에 공급하기 위한 복수의 서플라이 라인에 연결되기 위한 복수의 포트를 포함할 수 있다. 각 포트 및 대응하는 서플라이 라인은 서플라이 라인을 해당 포트에 연결하는데 도움이 되는 일치 표시기를 포함할 수 있다. 예를 들어 일치 표시기는 각 포트와 해당 서플라이 라인이 컬러-코딩되도록 색상을 포함할 수 있다. 매칭 표시는 공급 라인과 해당 포트, 및 살포기와 해당 컨넥터에 적용할 수도 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 범용 컨넥터를 포함하는 포트를 포함할 수 있다. 포트는 제1 및 제2 끝단을 가질 수 있다. 제 1 끝단은 각각의 서플라이 라인에 재연결 가능한 부착을 형성하기 위한 것일 수 있다. 각 서플라이 라인은 해당 포트의 상류에 위치하는 유체 필터를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 생물반응기 시스템에 관한 것이다. 생물반응기 시스템은 액체 불투과성이며 가요성의 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너를 포함할 수 있다. 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가질 수 있다. 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의할 수 있다. 바이오공정 컨테이너는 또한 재료를 중공 인클로저로 공급하기 위한 복수의 유입 포트를 포함할 수 있다. 배수 라인은 유체를 배수하기 위해 바이오공정 컨테이너의 바닥에 위치될 수 있다. 혼합 장치는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장될 수 있으며 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함할 수 있다.
생물반응기 시스템은 중공 인클로저에서 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하기 위하여 바이오공정 컨테이너와 작동적으로 연결된 적어도 하나의 센서를 더욱 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서는 pH 센서, 용존 이산화탄소 센서, 용존 산소 센서, 부하 전지, 온도 센서, 또는 회전속도계를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 적어도 하나의 센서와 연통하도록 배치될 수 있다. 컨트롤러는 적어도 하나의 센서로부터 정보를 수신하고, 상기 정보에 기초하여, 중공 인클로저 내에 함유된 배양 배지의 적어도 하나의 파라미터를 미리설정된 한계 이내에서 유지하기 위하여 유체 서플라이로부터 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 흐르는 유체의 유속을 변화시키기 위해 유체 서플라이를 제어하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 하나의 구체예에서, 생물반응기 시스템은 바이오공정 컨테이너와 유체 연통하는 이산화탄소 기체 서플라이 및 바이오공정 컨테이너와 유체 연통하는 액체 알칼리 서플라이를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서는 pH 센서를 포함할 수 있으며 컨트롤러는 pH를 선택적으로 감소시키기 위해 이산화탄소 기체 서플라이로부터 소정의 양의 이산화탄소 기체를 첨가하거나 또는 pH를 선택적으로 증가시키기 위해 액체 알칼리 서플라이로부터 소정의 양의 알칼리를 첨가함으로써 배양 배지의 pH 수준을 미리설정된 한계 이내에서 조절하도록 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 시스템은 컨트롤러와 연통하는 제1 pH 센서 및 제2 pH 센서를 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 생물반응기 시스템은 산소 기체 서플라이를 포함할 수 있고 적어도 하나의 센서는 용존 산소 센서를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 용존 산소 센서로부터 수신한 정보에 기초하여 소정의 양의 산소 기체를 산소 기체 서플라이로부터 배양 배지에 주기적으로 첨가함으로써 배양 배지 내의 용존 산소 수준을 미리설정된 한계 이내에서 조절할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 생물반응기 시스템은 이산화탄소 기체 서플라이를 포함할 수 있으며 여기서 적어도 하나의 센서는 용존 이산화탄소 센서를 포함한다. 컨트롤러는 용존 이산화탄소 센서로부터 수신한 정보에 기초하여 소정의 양의 이산화탄소 기체를 이산화탄소 기체 서플라이로부터 배양 배지에 주기적으로 첨가함으로써 배양 배지 내의 용존 이산화탄소 수준을 미리설정된 한계 이내에서 조절하도록 구성될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 생물반응기 시스템은 바이오공정 컨테이너를 둘러싸는 열 재킷을 포함할 수 있다. 열 재킷은 가열된 유체 또는 냉각된 유체 중 적어도 하나와 유체 연통할 수 있다. 생물반응기 시스템은 바이오공정 컨테이너 안에 함유된 배양 배지의 온도를 센싱하기 위한 온도 센서를 더욱 포함할 수 있다. 온도 센서는 컨트롤러와 연통할 수 있다. 컨트롤러는 온도 센서로부터 정보를 수신하고, 상기 정보에 기초하여, 배양 배지를 미리설정된 온도 한계 이내에서 유지하기 위하여 바이오공정 컨테이너에 함유된 배양 배지의 온도를 증가시키거나 감소시키기 위해 열 재킷으로 가는 유체의 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 생물반응기 시스템은 적어도 하나의 교반기와 결합된 회전식 샤프트의 회전 속도를 모니터링 하기 위한 회전속도계를 더욱 포함할 수 있다. 회전속도계는 컨트롤러와 연통할 수 있다. 컨트롤러는 샤프트를 회전시키는 모터와 연통할 수 있다. 컨트롤러는 회전속도계로부터 수신한 정보에 기초하여 샤프트를 소정의 속도로 회전시키는 방식으로 모터를 제어하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 컨트롤러는 생물반응기 내의 복수의 파라미터를 제어하기 위하여 복수의 센서로부터 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체예에서, 전술한 센서 중 하나 이상은 바이오공정 컨테이너에 합체될 수 있고 바이오공정 컨테이너와 함께 폐기될 수 있다.
본 발명은 또한 액체 불투과성이고 가요성인 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너를 포함하는 생물반응기에 관한 것이다. 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가질 수 있다. 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의할 수 있다. 적어도 하나의 공급 라인은 유체를 바이오공정 컨테이너로 공급하기 위하여 중공 인클로저 내로 연장될 수 있다.
하나의 구체예에서, 공급 라인은 교반기에 인접하여 배치된 표면아래 유체 출구를 포함한다. 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하고 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지하는 유체 제어 장치와 연결될 수 있다.
대안적인 구체예에서, 공급라인은 바이오공정 컨테이너에 잔류하는 배양 배지 체적 위에 위치하는 표면위 유체 배출부를 포함할 수 있다. 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 측벽과 접촉하지 않고 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치될 수 있다.
하나의 구체예에서, 생물반응기는 표면아래 유체 출구를 포함하는 제1 공급라인 및 표면위 유체 배출부를 포함하는 제2 공급라인을 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 생물반응기는 표면 위 유체 배출부를 갖는 약 1개 내지 약 5개, 예컨대 약 2개 내지 약 3개 공급 라인을 함유할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 일회용 생물반응기의 제조 방법에 관한 것이다. 방법은 액체 불투과성이며 가요성인 형상-일치 재료로부터 바이오공정 컨테이너를 제조하는 단계를 포함한다. 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 갖는다. 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의한다. 중공 인클로저는 약 10 리터 내지 약 20,000 리터의 부피를 가질 수 있다. 바이오공정 컨테이너는 또한 재료를 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 공급하기 위한 복수의 유입 포트를 포함한다. 각 유입 포트는 지름을 갖는다.
혼합 장치는 중공 인클로저 내로 삽입된다. 혼합 장치는 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함한다. 적어도 하나의 살포기가 또한 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저에 삽입된다. 살포기는 길이방향 부분 및 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함한다. 길이방향 부분은 중공 인클로저 내로 수직으로 연장된다. 측방향 부분은 교반기 아래의 길이방향 부분의 끝단에 위치될 수 있다. 측방향 부분은 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 방출하기 위한 복수의 구멍을 정의한다. 복수의 구멍은 지름을 갖는다.
배수 라인은 바이오공정 컨테이너의 바닥에 연결된다. 배수 라인은 단면적을 갖는다.
본 발명에 따르면, 유입 포트의 지름, 살포기의 복수의 구멍의 지름, 및 배수 라인의 단면적은 중공 인클로저의 부피에 비례한다. 예를 들어, 배수 라인은 중공 인클로저의 부피의 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 가질 수 있다.
본 발명은 또한 액체 불투과성이고 가요성인 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너를 포함하는 생물반응기에 관한 것이다. 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의할 수 있으며 적어도 하나의 유입 포트를 포함할 수 있다. 복수의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 생물반응기는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 유체 연통하는 세포 보유 챔버를 더욱 포함할 수 있다. 여액 출구는 세포 보유 챔버와 유체 연통하도록 배치될 수 있다. 여액 출구는 액체에 대해서는 투과성이나 배양 배지에 함유된 생물학적 물질에 대해서는 불투과성인 바이오필터를 포함한다. 여액 출구는 액체를 세포 보유 챔버로부터 연속적으로 또는 주기적으로 제거하기 위한 것이다. 유동 조절기는 관류 공정을 수행하기 위해 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 세포 보유 챔버 사이에 배양 배지의 흐름을 교대로 하도록 구성된다.
예를 들어, 유동 조절기는 가압 가스 공급원 및 진공 공급원과 연통할 수 있다. 유동 조절기는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 세포 보유 챔버 사이에서 유체를 앞뒤로 순환시키기 위해 세포 보유 챔버에 함유된 유체에 진공 또는 가스 압력을 교대로 인가하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체예에서, 유동 조절기는 세포 보유 챔버에 함유된 유체에 압력 인가와 흡인력 인가를 교대로 수행하는 왕복운동 다이어프램을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 액체 불투과성이고 가요성인 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너를 포함하는 생물반응기에 관한 것이다. 바이오공정 컨테이너는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의한다. 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장될 수 있다. 본 발명에 따르면, 교반기는 회전하는 샤프트 상으로 압축(collapsible)될 수 있다. 예를 들어, 교반기는 적어도 하나의 블레이드 요소를 포함하는 임펠러를 포함할 수 있다. 블레이드 요소는 회전식 샤프트쪽으로 접혀질 수 있다. 하나의 구체예에서, 회전식 샤프트는 제1 임펠러 및 제2 임펠러에 결합되어 있으며 이들 2개 임펠러 모두는 접이식인 적어도 하나의 블레이드 요소를 포함할 수 있다. 리테이닝 링이 샤프트 위에 위치될 수 있다. 리테이닝 링은 혼합하는 동안 똑바로 선 위치로 또는 압축 및 접혀진 위치로 각각 교반기를 고정하기 위한 교반기 결합 위치 및 교반기 해제 위치를 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 회전식 샤프트는 샤프트 슬리브에 의해 둘러싸인 금속 보강 막대를 포함한다. 스테인레스강으로 제조될 수 있는 금속 보강 막대는 함께 부착된 여러 섹션으로 제조될 수 있다. 보강 막대의 상단은 모터에 자기적으로 결합하기 위한 자기성 부재(magnetic member)를 포함할 수 있다. 샤프트 슬리브는 폴리머성 물질로 구성될 수 있다. 샤프트 상의 교반기는 또한 친수성 폴리머와 같은 폴리머성 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 샤프트 슬리브 및 교반기는 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 폴리에틸렌 폴리머를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 일회용 생물반응기는 포유류, 곤충, 식물, 또 다른 진핵 세포; 박테리아, 효모, 및 원생동물 세포를 포함하는 미생물 세포, 및 바이러스; 조직; 단백질; 세포소기관, 효소, 지질, 탄수화물, 및 세포 분획물과 같은 세포 생성물; 엑소자임; 및 공동배양된 유기체를 성장시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 양상에 따르면, 배양된 세포는 포유류 세포와 같은 동물 세포와 같은 진핵 세포이다. 포유류 세포는 예를 들어 인간 세포계, 마우스 골수종(NS0)-세포계, 중국 햄스터 난소(CHO)-세포계 또는 하이브리도마-세포계일 수 있다. 하나의 구체예에서, 포유류 세포는 CHO-세포계이다.
하나의 구체예에서, 배양된 세포는 단일클론 또는 다중클론 항체를 포함하는 항체, 및/또는 치료용 재조합 단백질과 같은 재조합 단백질을 생산하는데 사용된다. 물론 세포는 소포(vesicles), 엑소좀, 세포소기관, 펩티드, 아미노산, 지방산 또는 기타 유용한 생화학 중간체 또는 대사물질을 생산할 수도 있다. 또한, 일부 구체예에서, 배양된 세포 또는 이로부터 형성된 조직은 원하는 최종 생성물이 될 수도 있다. 배양된 세포에 의해 생성된 생성물의 목표 농도는 다를 수 있다. 예를 들어, 하나의 특별한 구체예에서, 배양된 세포에 의해 생성된 단백질의 목표 농도는 배양물 부피에 따라 0.01g/l 초과, 예를 들어 0.1 g/l 초과, 예를 들어 0.5 g/l 초과, 예컨대 2.0 g/l 초과, 예컨대 10.0 g/l 초과일 수 있다. 본 발명에 따르는 방법은 회분식(batch), 유가식(fed-batch), 관류식(perfusion), 또는 인발 충진식(draw and fill) 공정으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 방법에서 사용되는 세포-배양-배지가 바람직하게는 단백질 없는 배지이지만, 설계는 단백질 함유 스트림의 사용을 배제하지 않는다.
하나의 구체예에서, 본 발명에 따르는 일회용 생물반응기 시스템은 일회용 세포 배양 바이오공정 컨테이너("SUB"), 작동 중에 SUB가 그 안에 고정되는 재사용가능 쉘, 및 SUB 및 관련 하위-시스템 및 프로세스의 운영을 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 관련 하위-시스템은 교반 시스템, 배플 시스템, 살포기 시스템, 공급 시스템, 수거 시스템, 모니터링 시스템, 제어 시스템(들), 및 충진 시스템을 포함한다.
하나의 구체예에서, SUB의 세포 배양물 접촉면 및 공정 유체 접촉면 각각은 바람직하게는 동물 유래 구성요소가 없다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 일회용 생물반응기가 제공된다. 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너, 쉘, 적어도 하나의 교반기, 적어도 하나의 살포기, 살포기(들) 및 헤드스페이스 오버레이를 위한 적어도 하나의 가스 필터 유입 포트, 적어도 하나의 충진 포트, 적어도 하나의 수거 포트, 적어도 하나의 샘플 포트, 및 적어도 하나의 프로브를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 일회용 생물반응기 시스템이 제공된다. 일회용 생물반응기 시스템은 바이오공정 컨테이너, 쉘, 적어도 하나의 교반기, 적어도 하나의 살포기, 살포기(들) 및 헤드스페이스 오버레이를 위한 적어도 하나의 가스 필터 유입 포트, 적어도 하나의 충전 포트, 적어도 하나의 수거 포트, 적어도 하나의 샘플 포트, 및 적어도 하나의 프로브를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 포유류 세포의 배양을 위한 일회용 생물반응기 시스템이 제공된다. 시스템은 적어도 하나의 또 다른 생물반응기에 연결된 제1 일회용 생물반응기를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 또 다른 생물반응기는 상기 제1 일회용 생물반응기보다 더 큰 부피를 가질 수 있으며 임의 수의 일회용 생물반응기와 연결될 수 있다. 각각의 추가적인 일회용 생물반응기는 종래 일회용 생물반응기와 비교하여 증가된 부피를 가질 수 있다. 여러 생물반응기는 pH, 용존 산소 장력(DOT) 및 온도와 관련하여 균질한 환경을 유지할 수 있으므로, 잘 혼합된 세포 현탁액과 생물반응기 내에서의 영양 공급물의 혼합을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 포유류 세포를 배양하고 증식시키는 방법이 제공된다. 방법은 제1 일회용 생물반응기에서 적절한 조건 하에서 적절한 배양 배지에서 배양하는 단계, 적어도 하나의 포유류 세포로부터의 증식에 의해 획득된 세포를 함유하는 배지를 제2 일회용 생물반응기로 이송시키는 단계, 적어도 하나의 포유류 세포로부터의 증식에 의해 획득된 세포를 함유하는 배지를 제3 일회용 생물반응기로 이송시키는 단계, 및 세포들을 제3 생물반응기에서 배양하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 일회용 생물반응기(SUB) 시스템이 제공된다. 단일 사용을 위한 것이며 폐기가능한 가요성 생물반응기 바이오공정 컨테이너, 가요성 생물반응기 바이오공정 컨테이너를 고정하도록 구성된 SUB 쉘, 교반기, 살포기, 복수의 포트, 및 SUB 시스템과 관련된 복수의 파라미터를 제어하여 SUB 시스템이 유사한 크기의 스테인레스강 생물반응기에서 생성될 수 있는 바이오물질에 상응하는 바이오물질을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 액체 불투과성이며 가요성인 형상-일치 재료, 예컨대 가요성 필름으로 제조된 바이오공정 컨테이너를 포함하는 생물반응기가 개시된다. 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의한다. 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장된다. 본 발명에 따르면, 회전식 샤프트는 상부 임펠러와 하부 임펠러에 결합될 수 있다. 상부 임펠러와 하부 임펠러 둘 모두는 폴리머 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 임펠러는 3-D로 인쇄될 수 있다. 상부 임펠러와 하부 임펠러 둘 모두는 친수성 표면을 정의할 수 있다. 예를 들어, 임펠러를 형성하는데 사용되는 폴리머 물질은 친수성 폴리머를 포함할 수 있거나 또는 표면이 친수성이 되도록 표면 개질된 폴리머를 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 예를 들어, 상부 임펠러와 하부 임펠러는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 폴리머로 제조될 수 있다. 하나의 구체예에서, 저밀도 폴리에틸렌이 사용될 수 있다. 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화시켜 친수성 표면을 형성함으로써 개질될 수 있다.
상부 임펠러는 하이드로포일 임펠러(hydrofoil impeller)를 포함할 수 있다. 다른 한편으로, 하부 임펠러는 4개의 피치-블레이드(pitched-bladed) 고강성 임펠러를 포함할 수 있다. 임펠러 대 탱크 지름 비율은 약 0.35 내지 약 0.55, 예컨대 약 0.44 내지 약 0.46일 수 있다. 상부 임펠러와 하부 임펠러는 약 0.1 내지 약 0.9의 동력수(power numbers, Np)를 가질 수 있으며 약 0.4 내지 약 0.9의 유동수(flow numbers, Nq)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 명세서에 개시된 원리를 예시로서 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 구현된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면이 있는 이 특허 또는 특허 출원 공보의 사본은 요청시 필요한 수수료 지불시에 청에 의해 제공될 것이다.
도 1A는 본 발명의 구체예에 따르는 일회용 생물반응기(SUB) 시스템을 도시한다. 도 1A에서, 생물반응기 용기(1)는 쉘(110) 내부에 꼭 맞는 바이오공정 컨테이너(100)를 포함한다. 바이오공정 컨테이너(100)는 형상-일치 재료(12)를 포함한다. 셸(110)은 바닥(4)을 포함하며, 하나의 구체예에서, 이는 바이오공정 컨테이너(100)를 위한 홀더로서 작용할 수 있다. 바이오공정 컨테이너(100)의 바닥은 쉘 바닥(4)의 형상과 일치하거나 꼭 맞도록 구성될 수 있다. 와류 차단기(2)가 배수 동안 공기 포집을 방지하기 위해 바닥 용기에 배치되고, 수거/배수 라인(3), 이중 살포기(5), 하부 임펠러(6), 상부 임펠러(7), 및 임펠러 샤프트(8)가 바이오공정 컨테이너 내부에 수직 방향에서 배치되고, 배플(9)이 포함된다. (10)은 용기 상단에 대한 빛 차단부이다. (11)은 발포 센서이다. (13)은 분광 프로브 창이다. (14)는 표면아래 딥 튜브를 나타내며, 이는 농축 또는 비-생리적 공급물의 신속한 분산을 보장하기 위해 임펠러 지역에서 배출한다. (15)는 용기 내로 들어가는 모든 튜브를 나타내며 이들은 잘못된 튜브가 함께 연결되는 것을 방지하기 위해 체계적으로 제어된다. (16)은 모든 공급라인을 나타낸다. 하나의 구체예에서, (16)은 공급물이 바이오공정 컨테이너의 측면을 따라 흘러내리지 않도록 구성된 표면 공급라인의 배출 포트(disgorging port)를 나타낸다. 본 발명의 하나의 양상에서, 배양물의 표면 위로 배출하는 적어도 3개의 공급라인이 요구된다. (17)은 인라인 멸균 필터이다. (19)는 압력 센서를 나타낸다. (20)은 멸균 고체 첨가 포트이다. (21)은 이중 가스 유출 포트를 나타낸다. (30)은 견고한 교반기 샤프트이다. (170)은 모터이다.
도 1B는 본 발명의 구체예에 따르는 일회용 생물반응기(SUB) 시스템을 도시한다. 도 1B에서, 용기(1)는 쉘(110) 내부에 꼭 맞는 바이오공정 컨테이너(100)를 포함한다. 바이오공정 컨테이너는 용기 일치 필름(12)을 포함한다. 쉘은 또한 바이오공정 컨테이너 홀더로서 작용하는 디쉬 바닥(4), 배수 동안 공기 포집을 방지하기 위해 바닥 용기에 배치된 와류 차단기(2), 바이오공정 컨테이너 내부에 수직 방향에서 배치된 수거/배수 라인(3), 이중 살포기(5), 하부 임펠러(6), 임펠러 샤프트(8), 그리고 배플(9)을 포함한다. (10)은 용기 상단에 대한 빛 차단부이다. (11)은 발포 센서이다. (13)은 분광 프로브 창이다. (14)는 표면 아래 딥 튜브를 나타낸다. (15)는 용기 내로 들어가는 모든 튜브를 나타내며 이들은 잘못된 튜브가 함께 연결되는 것을 방지하기 위해 체계적으로 제어된다. (16)은 모든 공급라인을 나타낸다. 하나의 구체예에서, (16)은 공급물이 바이오공정 컨테이너의 측면을 따라 흘러내리지 않도록 구성된 표면 공급라인의 배출 포트(disgorging port)를 나타낸다. 본 발명의 하나의 양상에서, 배양물의 표면 위로 배출하는 적어도 3개의 공급라인이 요구된다. (17)은 인라인 멸균 필터이다. (19)는 압력 센서를 나타낸다. (20)은 멸균 고체 첨가 포트이다. (21)은 이중 가스 유출 포트를 나타낸다. (30)은 견고한 교반기 샤프트이다. (170)은 모터이다.
도 2는 튜브 컨넥터(160)의 확대도를 나타내며, 이는 하나의구체예에서 본 발명의 구체예에 따르는 공급라인(16)과 튜브(15)를 연결하는 스마트 커넥터(160)일 수 있다. 인라인 멸균 필터(17)가 또한 제시된다. (100)은 바이오공정 컨테이너이며, (132)는 바이오공정 컨테이너의 외부 환경을 나타내며 (142)는 바이오공정 컨테이너의 내부 환경을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 구체예에서, 공급라인(16)의 배출 포인트는 실질적으로 바이오공정 컨테이너를 넘어 연장되어, 바이오공정 컨테이너의 측면에서 줄줄 흘러 내리거나 졸졸 흘러 내리지 않으면서 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 액체의 표면 상으로 공급물이 떨어지게 한다. 하나의 비제한적 구체예에서, 배출 포인트는 젖꼭지나 깔대기의 형상을 취할 수 있다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따르는 일회용 생물반응기(SUB) 용기의 상부를 도시한다. 도 3에서, (11)은 발포 방지 센서이다. (19)는 압력 센서를 나타낸다. (20)은 멸균 고체 첨가 포트이다. (21)은 이중 가스 유출 포트를 나타낸다. (242)는 회전속도계를 나타낸다. 용기 상부의 배치(18)는 주요 구성요소가 바이오공정 컨테이너 홀더의 보호에 의해 제자리에서 유지될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 모터(170) 및 교반기 샤프트 헤드(30)는 수직 부과를 위해 정렬 상태로 유지된다. 견고한 교반기 샤프트(30)는 쉘에 부착된 구성요소에 의해 바이오공정 컨테이너의 베이스에 의해 지지된다. 가스 배출 라인은 공기 잠금을 방지하고 응축물을 용기 안으로 다시 배출하기 위해 수직 배열로 유지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 구체예에 따르는 교체가능 응축기(22) 및 이중 교체가능 예비-멸균 오프 가스 필터(23)를 도시한다. 오프 가스 필터는 외부 히터 재킷(130)에 의해 가열된 80 ℃에서 작동할 수 있다. 필터는 막히면 교체될 수 있다. (120)은 재-연결가능 멸균 컨넥터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 구체예에 따르는 가요성 배플(24)을 도시한다. 배플은 생물반응기 용기(1)에 상부 및 하부로 연결되고 용기(1)의 상부에서 한 쌍의 기계적 나사(140)를 조임으로써 조여진다.
도 6은 본 발명의 구체예에 따르는 무딘톱니모양(crenulated) 바이오공정 컨테이너 쉘(29)을 도시하며, 이는 모터(170), 응축기(22), 및 오프 가스 필터(23)를 비롯한 바이오공정 컨테이너 위에 고정된 품목에 견고한 지지를 제공한다. 쉘(29)은 배플용 고정 포인트(150) 및 프로브 벨트용 개방 공간(186)을 포함한다. 쉘(29)은 열 재킷(280)을 더욱 포함할 수 있다. (30)은 교반기 샤프트 헤드이다.
도 7은 본 발명의 구체예에 따르는 일회용 바이오공정 컨테이너(100)의 측면도를 도시한다. (142)는 바이오공정 컨테이너의 내부를 나타내며, (132)는 바이오공정 컨테이너의 외부를 나타낸다. 바이오공정 컨테이너(100)는 바이오공정 컨테이너와 함께 현장에서 멸균되는 프로브용이거나 또는 삽입될 멸균 프로브용의 일회용 프로브(27) 또는 포트를 구비한다. 프로브(27)는 와이어 없이 데이터 로깅 시스템과 통신하는 소형 무선 송신기에 연결되어 전기적 간섭의 가능성을 줄이고 시스템의 구성을 단순화한다. 바이오공정 컨테이너(100)는 모든 측정을 위해 삼중 프로브(triplicate probe)를 사용할 수 있도록 충분한 프로브 포트(28)를 포함하며 이는 프로브 에러를 검출할 수 있는 중복검사 및 능력을 제공한다. 바이오공정 컨테이너(100)는 온도 프로브 포트(180), 일회용 유전체 분광 프로브(26), 일회용 비침습성 pH 프로브, 일회용 pCO2 비침습성 프로브(190) 및 일회용 비침습성 DOT 프로브(200)를 포함할 수 있다. 바이오공정 컨테이너(100)는 또한 (세포 배양의 비침습성 분광 측정을 위한) 광학적으로 투명한 분광 창(13) 및 용기 내부로 들어가는 튜브(15)를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 구체예에 따르는 바이오공정 컨테이너 홀더 커버의 상부를 도시한다. 커버는 가스 입구/가스 출구(230) 및 다수의 공급 라인(240)을 갖는다. (300)은 모터 커플링이다. (250)은 투시경이다. (210)는 클램프를 나타낸다. (220)은 필터 홀더용 조절가능 팔이다. (133)은 힌지이다.
도 9A는 본 발명의 구체예에 따르는 쉘 상부 커버의 측면도를 도시한다. (210)은 클램프이다. 도 9B는 본 발명의 구체예에 따르는 가스 출구 필터 홀더를 도시한다. (220)은 필터 홀더용 조절가능 팔이다. (210)은 클램프이다. (165)는 컨트롤러에 연결된 핀치 밸브이다.
도 10은 본 발명의 구체예에 따르는 바이오공정 컨테이너 홀더 디자인을 도시한다. (9)는 배플을 나타낸다. 배플(9)은 상부 및 하부 부분으로 분할된다. 각각 바이오공정 컨테이너 홀더 내부의 구멍에 걸리도록 설계된 4개 세트의 배플이 있다. (210)는 클램프를 나타낸다. (270)은 도어이다. (280)은 재킷이다. (290)은 프로브 벨트를 나타낸다. (260)은 프로브 선반을 나타낸다.
도 11은 STR 기하구조로부터 얻은 데이터를 갖는 PC 1 및 2의 회분식 모드(batch mode)에서의 주요 성분 분석(Principle Component Analysis, PCA)이다.
도 12는 STR 기하구조 및 SUB 2로부터 얻은 데이터를 갖는 PC 1 및 2의 회분식 모드에서의 주요 성분 분석(PCA)이다.
도 13은 STR 기하구조, SUB 1 (가득 채워진 것 및 절반 채워진 것) 및 SUB 2로부터 얻은 데이터를 갖는 PC 1 및 2의 회분식 모드에서의 주요 성분 분석(PCA)이다.
도 14는 주요 성분 1과 2의 점수를 도시한다.
도 15는 데이터 세트에서 분산의 63%를 포착한 BS 매트릭스의 처음 4가지 주요 성분(PC)을 도시한다.
도 16은 95% 신뢰 구간을 갖는 주요 성분 점수를 도시한다.
도 17은 3가지 범주에서 수행된 ALR 및 STR 배양물의 주요 성분 점수를 도시한다.
도 18은 2가지 충진 용량으로 3가지 범주에서 수행된 SUB1 배양물의 주요 성분 점수를 도시한다.
도 19는 2가지 충진 용량으로 3가지 범주에서 수행된 SUB1 배양물의 주요 성분 점수를 도시하며 이상치(Outlier)를 나타낸다.
도 20은 2가지 바이오공정 컨테이너 재료로 3가지 범주에서 수행된 SUB2 배양물의 주요 성분 점수를 도시하며 - 새로운 바이오공정 컨테이너 데이터가 강조되어 있다.
도 21은 2가지 바이오공정 컨테이너 재료로 3가지 범주에서 수행된 SUB2 배양물의 주요 성분 점수를 도시하며 - 종래 바이오공정 컨테이너 데이터가 강조되어 있다.
도 22는 STR의 4개 용기 디자인에서 수행된 배양물로부터 얻은 데이터의 주요 성분 점수 플롯을 도시한다.
도 23은 ALR의 4개 용기 디자인에서 수행된 배양물로부터 얻은 데이터의 주요 성분 점수 플롯을 도시한다.
도 24는 SUB 2의 4개 용기 디자인에서 수행된 배양물로부터 얻은 데이터의 주요 성분 점수 플롯을 도시한다.
도 25는 새로운 바이오공정 컨테이너 재료를 갖는 SUB 2의 4개 용기 디자인에서 수행된 배양물로부터 얻은 데이터의 주요 성분 점수 플롯을 도시한다.
도 26은 SUB 1의 4개 용기 디자인에서 수행된 배양물로부터 얻은 데이터의 주요 성분 점수 플롯을 도시한다.
도 27은 호텔링의 T2(Hoteling's T2) 대 Q 잔차(Q residual)를 도시한다.
도 28은 높이 대 중량을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 29는 높은 T2 통계를 나타내는 그래프이다.
도 30은 높은 호텔링(Hoteling's)을 나타내는 그래프이다.
도 31은 궤적 접근법을 사용하여 생성된 모델에 대한 호텔링의 T2 통계 및 Q 잔차를 나타내는 그래프이다.
도 32는 STR 및 ALR에 초점을 둔 궤적 접근법을 사용하여 생성된 모델에 대한 호텔링의 T2 통계 및 Q 잔차를 나타내는 그래프이다.
도 33은 SUB 2에 초점을 둔 궤적 접근법을 사용하여 생성된 모델에 대한 호텔링의 T2 통계 및 Q 잔차를 나타내는 그래프이다.
도 34는 궤적 접근법을 사용하여 생성된 모델에 대한 호텔링의 T2 통계 및 Q 잔차를 나타내는 그래프이다.
도 35는 주요 성분 2 및 4의 생성물 특성 데이터의 주요 성분 분석으로부터 얻은 점수 플롯이다.
도 36은 예시적인 SUB 제어 시스템이다.
도 37은 일회용 생물반응기를 위한 중공 임펠러 샤프트 구조(322)를 도시한다. 임펠러 샤프트 슬리브(8)는 중공형이며, 압축식 배플(9)에 연결된 링(351)에 연결된 압축식 교반기(6, 7)를 갖는다. 금속 막대(rod)가 샤프트 슬리브(8)의 중앙부를 통하여 삽입된다. 하나의 구체예에서, 금속 막대는 샤프트 슬리브를 통해 삽입되기 전에 함께 나사결합되거나 다른 방법으로 조립될 수 있는 섹션들로 제공될 수 있다. 금속 막대의 마지막 섹션(194)은 모터에 연결되는 자기성 상단(172)을 가지며, 또한 자석(171)을 가질 수도 있다. 하나의 구체예에서, 금속 막대가 샤프트 슬리브(8) 내로 더 밀려짐에 따라, 교반기(6, 7)에 연결된 링(351)은 배플(9)이 늘어남에 따라 당겨 내려져서, 이에 따라 교반기(6, 7)의 부품들을 들어 올린다. 배플은 클립 등에 의해 제자리에 고정될 수 있다. 금속 막대의 제1 섹션(297)은 구멍 내로 밀리거나 또 다르게 바이오공정 컨테이너의 바닥에 부착되거나 또는 바이오공정 컨테이너의 구성요소에 부착되거나 그 내부로 밀릴 수 있다. 하나의 구체예에서, 금속 막대의 제1 섹션(297)은 바이오공정 컨테이너의 바닥 또는 그 구성요소에서 대응하는 형상을 갖는 구멍 내로 밀릴 수 있는 형상 부분을 갖는다(예컨대, 육각형 부분은 육각형 구멍에 밀리거나 또 다른 방식으로 부착될 수 있음). 금속 막대는 살포기 링 위에 또는 안에 있거나 또는 다른 방법으로 부착되어 있다. 또 다른 구체예에서, 금속 막대는 살포기 링의 중심에서 디스크상의 구멍 내로 밀릴 수 있다. 또 다른 구체예에서, 디스크는 이동을 보장하기 위하여 내장 자석(built-in magnet)을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 전체 중공 임펠러 샤프트 구조(322) 또는 그 일부는 압축식이다.
도 38은 세포 배양의 연속 관류를 위한 외부 세포 보유 장치를 포함하는 본 발명에 따르는 생물반응기 시스템의 하나의 구체예를 도시한다.
본 발명은 생물반응기 용기에서 세포 생물학적 물질을 배양하는 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이며, 이들을 도면과 함께 상세히 설명한다.
본 발명에 의해 고려되는 일회용 생물반응기는 유가식(fed-batch), 연속-배취, 및/또는 관류식 모드 또는 이들의 임의의 조합에서 포유류 세포 배양을 수행할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 요소 또는 성분에 선행하는 관사("a" 및 "an")는 요소 또는 성분의 상황(즉, 발생) 수와 관련하여 비제한적으로 의도된다. 그러므로, 관사("a" 및 "an")는 하나 또는 적어도 하나를 포함하도록 읽혀져야 하고, 그 요소 또는 성분의 단일 단어 형태는 또한 그 숫자가 분명히 단수인 경우를 제외하고는 복수를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 사용되는 구성성분, 성분, 또는 반응물의 양을 수정하는 용어 "약"은 예를 들어, 농축물 또는 용액을 제조하기 위해 사용되는 전형적인 측정 및 액체 취급 절차를 통해 발생할 수 있는 수치적 양의 편차를 의미한다. 또한, 측정 절차의 부주의한 오차, 조성물을 제조하거나 방법을 수행하기 위해 사용된 구성성분의 제조, 공급원, 또는 순도의 차이 등으로부터 편차가 발생할 수 있다. 한 양상에서, 용어 "약"은 보고된 수치의 10% 이내를 의미한다. 또 다른 양상에서, 용어 "약"은 보고된 수치의 5% 이내를 의미한다. 또 다른 양상에서, 용어 "약"은 보고된 수치의 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 1% 이내를 의미한다.
본 발명에 따르면, 일회용 생물반응기는 포유류 세포의 배양 및 증식을 구체적으로 허용하는 추가 장비, 예를 들어 임펠러, 배플, 살포기 및/또는 포트를 갖는 생체적합성 탱크 또는 용기이다. 본 발명의 일회용 생물반응기는 약 100 mL 내지 약 50,000 L의 부피를 가질 수 있다. 비제한적 예는 100 mL, 250 mL, 500 mL, 750 mL, 1 리터, 2 리터, 3 리터, 4 리터, 5 리터, 6 리터, 7 리터, 8 리터, 9 리터, 10 리터, 15 리터, 20 리터, 25 리터, 30 리터, 40 리터, 50 리터, 60 리터, 70 리터, 80 리터, 90 리터, 100 리터, 150 리터, 200 리터, 250 리터, 300 리터, 350 리터, 400 리터, 450 리터, 500 리터, 550 리터, 600 리터, 650 리터, 700 리터, 750 리터, 800 리터, 850 리터, 900 리터, 950 리터, 1000 리터, 1500 리터, 2000 리터, 2500 리터, 3000 리터, 3500 리터, 4000 리터, 4500 리터, 5000 리터, 6000 리터, 7000 리터, 8000 리터, 9000 리터, 10,000 리터, 15,000 리터, 20,000 리터, 및/또는 50,000 리터의 부피를 포함한다. 또한, 적합한 반응기는 일회용, 사용후폐기가능, 또는 비-일회용일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니지만 플라스틱을 포함하는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다.
SUB 시스템의 비율
본 발명에 따르는 일회용 생물반응기의 설계는, 하나의 구체예에서, pH, 용존 산소 장력(DOT) 및 온도와 같은 공정 파라미터와 관련하여 균질 환경을 보장할 수 있고, 잘-혼합된 세포 현탁액을 유지할 수 있으며, 일회용 생물반응기 내에서 영양 공급물을 혼합시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일회용 생물반응기는 최적의 세포 성장, 생성물 누적, 및 생성물 품질을 위해 필요한 물리화학적 환경을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르는 일회용 생물반응기의 설계는 또한 하나의 구체예에서, 기하학적 유사성 유지를 보장할 수 있다.
하나의 구체예에서, 확장가능한 기하학적 유사성은 미국 공개 번호 제2011-0312087호에 개시된 것일 수 있으며, 이는 그 전체가 참조로 수록된다.
바이오공정 컨테이너 (100)
일회용 바이오공정 컨테이너(100)는 가요성 형상-일치 재료(12)로 제조된다. 하나의 구체예에서, 가요성 바이오공정 컨테이너 및 형상-일치 재료는 바이오공정 컨테이너가 접힐 수 있거나 또는 저장을 위해 또 다른 방식으로 압축될 수 있도록 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 형상-일치 재료는 액체 불투과성이며 가요성 형상-일치 재료일 수 있다. 형상-일치 재료는 또한 치환된 지질, 스테롤, 지방산, 엑소좀, 실리콘계 에멀젼, 소수성 비타민, 및 소수성 아미노산과 같은 소수성 화합물에 대한 용출성이 낮고 결합성이 낮은 필름일 수 있다.
일 실시예에서, 형상-일치 재료는 다양한 세포 및 세포 생성물과 양립할 수 있다. 예를 들어, 하나의 특별한 구체예에서, 형상-일치 재료는 명칭 "Standardized cell culture test for the early identification of critical films for CHO cell lines in chemically defined culture media" (Regine Eibl et al, January 2014)에서 DECHEMA 리포트에서 용출성 연구에 대해 추천되는 방법론을 따르는 CHO 세포계 유형과 양립할 수 있다.
본 발명의 바이오공정 컨테이너의 형상-일치 재료는 하나의 구체예에서, 임의의 허용가능한 가요성 필름일 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 형상-일치 재료는 단층 필름일 수 있다. 그 대신, 형상-일치 재료는 다층 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 여기서 사용되는 필름 재료는 접착제에 의해 필름으로 부착되는 3개 또는 그 이상의 층으로 구성되는 복합 필름일 수 있다. 다층 필름은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저(hollow inclosure)에 대면하는 내부면을 포함한다. 다층 필름은 또한 반대쪽 외부면을 포함한다. 필름의 층(들)은 임의의 적합한 특성을 전달하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 필름 재료가 적어도 3개 층을 포함하는 구체예에서, 외부 층은 기계적 강도를 부여하도록 선택될 수 있고, 중간 층은 가스 차단성을 부여하도록 선택될 수 있으며, 내부 층은 세포 배양물과 접촉하기에 적합하도록 선택될 수 있다. 내부 층은 접촉으로 인한 생산 영향을 최소화하면서 바이오공정 컨테이너 내의 생성물과 접촉하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 내부 층은 일반적으로 저밀도 폴리에틸렌으로 형성될 수 있다. 하나의 특정 예에서, 다층 필름의 내부면은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 필름의 특성을 추가로 변경하기 위해 또 다른 층이 추가될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 아크릴아마이드가 LDPE 필름 상에 그라프트될 수 있다. 다른 예로서, 산화된 폴리에틸렌이 사용될 수 있다. 추가적인 예는 폴리(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트), 폴리(2,3-디하이드록시프로필 메타크릴레이트), 등과의 폴리에틸렌 혼합물을 포함한다. 또 다른 폴리에틸렌을 비롯한 또 다른 폴리머가 본 발명에서 사용하기에 적합할 수 있다. 특정 구체예에서, 본원에 기재된 필름 층 중 임의의 층은 방사선 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화처리될 수 있다.
형상-일치 재료는 일회용 생물반응기의 구성에 사용되며, 하나의 구체예에서, 세포 배양물과 또한 접촉할 수 있는 포트 및 또 다른 부품이 추가된다. 하나의 구체예에서, 전체 생물반응기 및/또는 그 구성요소는, 일단 구성되면, 그 후 멸균을 보장하기 위해 감마 조사 될 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너의 구성에 사용되는 재료는 일반적으로 소수성일 수 있고, 배양 배지로부터 소수성 배지 성분을 흡착할 수 있다. 하나의 구체예에서, 이것은 산업용 세포계의 성장과 생산성에 상당한 차이를 가져올 수 있다. 이러한 차이는, 하나의 구체예에서, 종래 스테인레스강 생물반응기에 비하여 일회용 생물반응기에서 더 높은 농도의 이러한 소수성 구성성분을 첨가함으로써 일반적으로 극복될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 필름 및 구성성분의 제조에 사용되는 폴리머 물질 및 접착 물질은 플라스틱의 특성을 개선시키기 위해 고안된 가소제, 슬립제, 이형제, 산화방지제, 또는 이들의 분해 생성물과 같은 첨가제를 함유할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 하나의 구체예에서 용기 내의 가장 큰 소수성 배양물 접촉면을 나타내는 용기 일치 필름의 표면 특성은 접촉면이 더욱 친수성이 되게 하여 이에 따라 필름의 습윤성을 증가시키고 소수성 구성성분을 결합시키는 경향을 감소시키도록 개질될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 용기 일치 필름은 저밀도 폴리에틸렌 배양물 접촉 층을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 접촉 층은 감마, 베타 또는 UV 조사 기술, 광 및 플라즈마 유도, 또는 액체 기반 화학적 산화를 사용하여 개질될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 생성물 스트림에 접촉하는 용기 일치 필름 및 또 다른 구성요소의 구성에 사용되는 재료는 재료의 적절한 품질을 보장하기 위해 공급 체인을 통해 제어될 수 있다. 예를 들어, 불순물에 대한 엄결한 제한 및 구성요소의 농도 범위에 대한 엄격한 제한 그리고 허용가능한 방사선 용량에 대한 엄격한 제한이 적용될 수 있으며, 예컨대 용기 일치 필름의 구성에 사용되는 원료 물질을 방출하기 전에 원료 물질의 세포 배양 검사가 수행되어야 한다.
적어도 하나의 구체예에서, 용기 일치 필름의 내부 층의 표면은 개질되지 않은 저밀도 폴리에틸렌보다 더욱 친수성이 되도록 개질될 수 있다. 따라서, 하나의 구체예에서, 내부 층의 표면은 증가된 습윤성을 가지며 소수성 구성요소를 결합하는 성향을 감소시킨다. 개질된 내부 층은 감마, 베타 또는 자외선 조사 기술을 통한 친수성 구성요소와의 표면 그라프팅; 광 및 플라즈마 유도; 및 액체 기반 화학적 산화 중 하나 이상을 통하여 개질된 내부면을 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 주름을 피하기 위해 쉘과 유사한 형상을 갖거나 또는 가질 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 바이오공정 컨테이너의 접힘 및/또는 주름이 최소화되도록 상기 쉘 내에 유지되도록 구성될 수 있다. 바이오공정 컨테이너는 쉘 내에 꼭 맞도록 성형된 성형된 컨테이너 또는 바이오공정 컨테이너일 수 있다. 작동 이전 또는 작동 중에, 바이오공정 컨테이너는 쉘의 오목 부와 같이 쉘과 유사한 기하구조를 가질 수 있다.
일반적으로, 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 갖는다. 따라서, 바이오공정 컨테이너는 일반적으로 상단, 중간부, 및 바닥 부분을 갖는다. 바이오공정 챔버는 중공 인클로저(hollow enclosure)를 한정하며, 여기서 중공 인클로저는 바이오공정 챔버의, 예컨대 배양 배지와 같은 내용물을 수용할 수 있다. 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 홀더에 끼워질 수 있는 돔형 바닥 및 상단을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 실질적인 접힘 및/또는 주름 없이 쉘의 접시형 바닥(dished bottom)에 꼭 맞는 형상인 바닥 부분을 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 실질적인 접힘 및/또는 주름 없이 커버에 꼭 맞는 형상인 상단 부분을 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 컬러 코딩된 연결을 가질 수 있다. 연결은 바이오공정 컨테이너의 적어도 두 개의 구성요소들 사이의 간접 또는 직접 연결일 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 적어도 하나의 살포기를 가질 수 있다. 예를 들어, 바이오공정 컨테이너는 두 개의 살포기를 가질 수 있으며, 이는 기계적으로 상이한 연결부를 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 마이크로 및 마크로 구멍이 있는 이중 살포기(5)를 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 살포기 사이의 연결은 예컨대 작업자가 두 개의 서로 다른 살포기에 잘못된 라인을 연결할 수 없도록 보장하기 위해 컬러 코딩되거나 및/또는 기계적으로 상이할 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 압력, 발포, pH 및 DO 센서 및/또는 프로브 및/또는 표면아래 딥 튜브를 수용할 수 있다. 표면아래 딥 튜브는 역류-방지 밸브를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 표면아래 튜브는 편조된 재료 또는 더욱 단단한 재료로 제조될 수 있다. 하나의 구체예에서, 센서, 프로브, 및/또는 튜브는 일회용일 수 있다.
하나의 구체예에서, SUB는 직접 또는 간접적으로 바이오공정 컨테이너의 압력을 측정하는 압력 센서를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 압력 센서는 바이오공정 컨테이너의 내에 또는 그 위에 위치할 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 압력 센서는 정확한 측정을 보장하기 위하여 바이오공정 컨테이너의 벽 내부에 설치될 수도 있다. 이러한 센서는 여기에 기재된 컨트롤러 시스템과 같은 컨트롤러 시스템과 함께 사용될 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 배수 라인을 포함할 수 있다. 바이오공정 컨테이너는 배수 라인과 유체 연통할 수 있다. 배수 라인은 단면적을 갖는다. 특정 구체예에서, 배수 라인의 단면적은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 부피에 비례하도록 선택된다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 배수 라인은 중공 인클로저의 작업 부피의 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 가질 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 배수 라인의 단면적은 작업 부피의 리터 당 적어도 0.5 mm2 의 단면적을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 배수 라인은 예컨대 바이오공정 컨테이너의 최저점의 중앙과 같이, 바이오공정 컨테이너의 바닥-중앙 영역에 위치할 수 있다. 하나의 구체예에서, 배수 라인은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 배수 라인 사이에 위치될 수 있는 유체 수집 장치(3)의 위치에 대응하는 위치에 위치될 수 있다. 하나의 구체예에서, 유체 수집 장치는 유체의 와류 흐름을 바이오공정 컨테이너로부터 배수 라인으로 유도하여, 공기의 포집을 방지하도록 구성된 형상을 가질 수 있다. 다른 구체예에서, 별도의 장치가 유체의 와류 흐름을 배수 라인으로 유도하도록 제공될 수도 있다.
바이오공정 컨테이너 및 홀더는 관류식(perfusion) 또는 유가식(fed batch) 모드를 위하여 기능을 할 수도 있다. 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 예컨대 관류 시스템을 위한 출구 가스 필터 디자인을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 세포의 회수 및/또는 재-순환을 가능하게 하는 시스템을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 관류식 모드에서 작동할 때, 바이오공정 컨테이너의 배관은 예컨대 매니폴드를 갖도록 변형되어 높은 유속에 대처할뿐만 아니라 오염 없이 여러 항목을 허용할 수 있다.
바이오공정 컨테이너의 설계는, 하나의 구체예에서, 또한 볼트-온 시스템(bolt-on system)을 가질 수도 있다. 하나의 구체예에서, 이러한 시스템은 바이오공정 컨테이너 홀더 스키드에 부착될 수 있는 볼트일 수 있다. 이러한 시스템은, 하나의 구체예에서, 사용하지 않을 때 스위치를 끄거나 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 볼트는 관류 포맷을 위해 세포의 회수 및 재순환을 가능하게 할 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너의 중간 부분은 약 0.3 내지 약 3, 예컨대 약 0.8 내지 약 1.5, 예컨대 약 1 내지 약 1.2의 종횡비를 가질 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 중간 섹션에 대하여 대략 1.1의 종횡비를 가질 수 있다.
쉘 (110)
본 발명의 일회용 생물반응기는 스테인레스강 생물반응기와 비교하여 성능을 손상시키지 않으면서 쉘에 바이오공정 컨테이너를 용이하게 꼭 맞출 수 있는 특징을 포함할 수 있다.
특정 구체예에서, 본 발명의 쉘은 수거의 종점 무렵에 바이오공정 컨테이너를 조작하지 않고도 배수를 자유롭게 할 수 있으며, 배양물을 빛으로부터 보호할 수 있으며, 필요한 경우 배플의 추가를 가능하게 하며, 바이오공정 컨테이너 및 바이오공정 컨테이너 내부의 프로브와의 지속적인 접촉을 허용하며, 그리고 신속한 열 전달을 보장할 수 있다. 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너 자체는 쉘 또는 그 일부분에 꼭 맞도록 성형되어 접힘이 없음을 보장할 수 있다.
본 발명의 쉘은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 하나의 구체예에서, 쉘은 일반적으로 원통형일 수 있고, 또 다른 구체예에서, 쉘은 대체로 입방형 또는 원추형일 수 있다. 하나의 구체예에서, 쉘은 미국 공개공보 제2011-0312087호 및 미국 가출원 제62/354,216호에 개시된 바와 같이 규모확장 가능한 기하구조에 따라 작동 이전, 이후, 및/또는 도중에 규모확장 가능한 기하구조를 가질 수 있다.
도 1A 및 도 1B로 돌아가서, 쉘(110)은, 특정 구체예에서, 성능 저하 없이 쉘(110)에 바이오공정 컨테이너(100)를 용이하게 꼭 맞도록 하는 특징을 포함한다. 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 바이오공정 컨테이너(100)는 쉘(110) 내부에 꼭 맞는다. 셸(110)은 바닥 부분(4)을 포함하며, 하나의 구체예에서, 이는 바이오공정 컨테이너(100)를 위한 홀더로서 작용할 수 있다. 바이오공정 컨테이너(100)의 바닥은 쉘 바닥(4)의 형상과 일치하거나 꼭 맞도록 구성될 수 있다. 쉘(110)은 상단 부분(10)을 더욱 포함하며, 이는 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너(100)를 위한 제거가능한 커버로서 작용할 수 있다. 쉘(110)은 상단(10)을 포함하는 상부 부분 및 바닥(4)을 포함하는 하부 부분을 포함하며, 이들은 함께 오목부(confavity)를 정의한다.
쉘의 바닥(4)과 상단(10)은 임의 적절한 형상 또는 굽음일 수 있다. 예를 들어, 바닥(4) 및/또는 상단(10)는 평평하거나 굽을 수 있다. 쉘 또는 그 구성요소의 형상/굽음은 오목형, 볼록형, 또는 임의의 변형을 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 쉘 바닥(4)은 원형의 접시형 바닥(dished bottom)을 포함할 수 있다. 접시형 바닥은, 하나의 구체예에서, 실질적으로 원형이다. 하나의 특별한 구체예에서, 쉘의 접시 바닥은 미국 기계 공학자 협회(American Society of Mechanical Engineers) 플랜지되고 접시형이거나, 이와 균등한 것일 수 있다. 쉘은 쉘의 임의의 적당한 위치에 위치한 예컨대 회수용 배수관과 같은 적어도 하나의 배수관을 더욱 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 배수관은 쉘 바닥(4) 에 위치할 수 있다. 하나의 구체예에서, 쉽게 배수하기 위하여, 배수관은 접시의 중심에 있는 최저점, 예컨대 중앙 최저점(central nadir)에 위치할 수 있다. 하나의 구체예에서, 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 와류 차단기(2)가 배수 중에 공기 포집을 방지하는 것을 돕기 위해 회수용 배수관(3)의 영역 내에 위치될 수 있다.
하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너의 상단은 뚜껑이나 커버 없이 바이오공정 컨테이너의 내용물을 보호할 수 있도록 구성될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 쉘(110)의 상단(10)은, 하나의 구체예에서, 생물반응기 내용물을 보호하도록 설계된 생물반응기용 상단 커버를 포함할 수 있다. 도 8 및 9A를 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 쉘(110)의 상부 영역은 바람직하지 않은 빛 및/또는 주위 환경에 대한 노출로부터 바이오공정 컨테이너 내용물을 보호하도록 구성된 커버에 의해 적어도 부분적으로 덮힌다. 커버는 쉘(110)의 상부 부분에 결합되어서 쉘(110)의 오목부에 접근할 수 있도록 쉽게 제거가능하고 및/또는 재배치될 수 있으며 이에 따라 쉘(100) 내부의 바이오공정 컨테이너(110)의 배치를 용이하게 한다.
하나의 구체예에서, 쉘은 적어도 하나의 결속장치를 더욱 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 도 8 및 9A에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 결속장치가 닫힘 방향에서 쉘(110)의 커버를 결속하여 그 결과 결속장치를 해제하지 않는 한 커버가 개방 방향으로 재배치되지 않는다. 적어도 일부 구체예에서, 결속 장치는 클램프(210)를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 클램프는 스테인레스강 316 L로 제조되고 1/2" 내지 4"의 벽 두께를 갖는다. 또 다른 구체예에서, 클램프는 스테인레스강 304이며, 너트와 볼트가 있는 2개 파트 고압 클램프이다. 하나의 구체예에서, 커버는 도 8에 도시된 바와 같이, 힌지 조인트를 통해 개폐하도록 구성되고 하나 이상의 결속장치, 예컨대 클램프(210)을 통해 잠글 수 있도록 구성된 2개의 실질적으로 세미-반구형 접시형 영역을 포함한다.
하나의 구체예에서, 쉘의 상단은 유입 및/또는 유출하기 위한 서플라이 라인 또는 공급 라인 배관용으로, 포트들, 예컨대 적어도 하나의 포트, 적어도 2개의 포트, 적어도 3개의 포트, 적어도 4개의 포트를 포함할 수 있다. 쉘의 상단은 또한 선택사항으로서 예컨대 조명이 있는 적어도 하나의 투시경, 및 모터 커플링용 포트(들)을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 쉘의 상단은 적어도 부분적으로 분리가능하다. 하나의 구체예에서, 쉘의 상단은 특정 위치로 흔들려 움직이고 클램프로 고정될 수 있다. 하나의 구체예에서, 쉘은 작업자가 생물반응기의 액체와 발포 수준을 점검할 수 있는 창을 가질수도 있다. 쉘은 작업자가 액체 및 발포 수준을 관찰할 수 있게 하는 조명 시스템을 더욱 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 쉘의 상부 부분은 쉘 및/또는 그 안에 고정된 바이오공정 컨테이너에 접근하기 위한 적어도 하나의 도어를 포함한다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 쉘의 상부 부분은 쉘의 오목부로의 접근을 허용하여 쉘 내에 바이오공정 컨테이너의 배치를 용이하게 하도록 구성된 힌지장착 액세스 도어(hinged access door)를 포함한다. 하나의 구체예에서, 하나 이상의 결속 장치가 적어도 하나의 액세스 도어를 폐쇄 위치에 고정시킬 수 있다. 하나의 구체예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 쉘의 상부 부분은 폐쇄 위치에 있을 때 각각의 자유 에지가 서로 맞닿고 각각의 하부 에지가 쉘의 하부 부분과 맞닿도록 구성된 반대쪽 액세스 도어(270)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 결속 장치는 두 개의 도어의 각각의 맞닿은 내부 모서리 및/또는 각각의 하부 모서리에 위치될 수 있다.
하나의 구체예에서, 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 일회용 생물반응기(1)는 모터(170)를 포함한다. 모터(170)는 교반기(8)를 위해 제공될 수 있고, 생물반응기 상의 또는 생물반응기 내의 임의의 적절한 위치에 제공될 수 있다. 하나의 구체예에서, 모터는 쉘(110)의 상단(10) 위의 중앙에 위치하여 안착될 수 있다. 하나의 비제한적 구체예에서, 모터는 쉘에 연결된, 예컨대 쉘의 상반부에 연결된 아암(arm)에 의해 제자리에 고정된다. 또 다른 비제한적인 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 하측으로 당겨질 수 있는 아암 상의 모터가 있는 쉘의 상단, 예컨대 상단 커버에 클램핑될 수 있다. 또 다른 비제한적 구체예에서, 바이오공정 컨테이너 및 모터는 쉘의 상단, 예컨대 상단 커버에 자기적으로 부착되어, 바이오공정 컨테이너를 고정하는 것을 돕는다.
본 발명의 생물반응기의 일부 구체예에서, 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 쉘은 합체된 부하 전지(159)를 포함할 것이며, 부하 전지는 바이오공정 컨테이너와 작동적으로 연관될 수 있다. 하나의 구체예에서, 부하 전지는 배양물의 질량을 예컨대 +/- 0.005% 또는 +/- 0.05%의 정확도로 측정할 수 있다. 하나의 구체예에서, 부하 전지는 아래 논의된 컨트롤러 시스템과 호환되는 신호를 생성할 것이다. 이와 같이, 일부 구체예에서, 부하 전지는 생물반응기 컨테이너의 중공 인클로저에 함유된 배양 배지 질량을 나타낼 수 있다.
본 발명의 쉘은 임의의 원하는 재료(들)로 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 쉘은 스테인레스강 316 L로 구성될 수 있다. 특정 구체예에서, 쉘은 세정제, 항균제, 소독제 등으로 세정 및/또는 처리하는데 적합하다. 세정제의 비제한적인 예는 클레리사이드 소독제(Klericide Disinfectant), 바이오사이드(Biocide) 및/또는 스포켄즈(Sporkenz) 등을 포함한다.
교반기(6, 7)
하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치를 더욱 포함한다. 하나의 구체예에서, 샤프트와 교반기는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장되고; 이에 따라, 일부 구체예에서, 바이오공정 컨테이너의 내용물은 내부 혼합 시스템을 사용하여 기계적으로 순환되어야 한다. 대부분의 구체예에서, 교반기는 모터 등을 통해 회전하여, 이에 따라 원주를 형성한다. 하나의 구체예에서, 혼합 시스템은 임펠러 시스템을 포함할 수 있으며, 이에 따라 교반기가 임펠러를 포함할 수도 있다.
도 1A 및 도 1B를 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너의 내부에 있는 적어도 하나의 임펠러를 포함하는 교반 시스템을 포함하며, 바이오공정 컨테이너의 내용물의 제어된 기계적 혼합을 수행하도록 구성된다. 교반 시스템의 작동은 도 36에 도시된 컨트롤러에 의해 제어된다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 임펠러는 모터에 자기적으로 결합될 수 있다.
하나의 구체예에서, 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 임펠러(6 및 7)는 임펠러 샤프트(8)로부터 연장될 수 있다. 임펠러 샤프트는 임펠러 샤프트는 바이오공정 컨테이너 외부에 있을 수 있는 임펠러 모터(170)에 작동적으로 결합되며(30); 모터(170)는 임펠러 샤프트(8)를 통해 임펠러(들)(6 및 7)에 회전력을 제공할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 임펠러 샤프트(8)는 임펠러 포트(30)를 통해 임펠러 모터와 결합하도록 바이오공정 컨테이너 외부로 연장된다. 하나의 구체예에서, 임펠러 모터(170)는 또한 모터가 쉘의 상단(110) 위에 중심에 위치하도록 쉘의 상부 부분에 연결된 아암에 의해 제 위치에 고정될 수 있다. 일부 구체예에서, 임펠러는 일회용 생물반응기의 내부에서 중앙에 위치한 이중-임펠러(6 및 7)와 같은 다중-임펠러를 포함한다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 다중-임펠러는 각각 회전가능한 임펠러 샤프트(8)에 작동가능하게 연결되고 이격된, 선택사항인 중간 임펠러(들)와 함께, 하부 임펠러 및 상부 임펠러를 포함할 수 있다. 일회용 생물반응기를 규모조정할 때, 임펠러(들)가 샤프트를 따라 크기가 변하거나 간격이 조정되어 이에 따라 규모가 변하는 경우에도 임펠러의 종횡비 또는 이들 사이의 거리가 유지될 수 있다.
도 1B에 도시된 바와 같은 이중 임펠러 시스템의 사용은 생물반응기 컨테이너의 부피 및 생물반응기에서 처리되거나 성장되는 생물학적 물질의 유형에 따라 많은 장점 및 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이중 임펠러의 사용은 pH, 용존 산소 장력, 용존 이산화탄소, 및 온도와 같은 공정 파라미터와 관련하여 균질 환경을 보장할 수 있다. 이중 임펠러는 생물반응기 내에서 영양 공급물을 혼합하기 위해 함께 작용할 수 있다. 두 개의 임펠러를 사용하면 궁극적으로최적의 세포 성장, 생성물 누적, 및 생성물 품질을 위해 필요한 물리화학적 환경을 제공할 수 있다.
하나의 구체예에서, 상부 임펠러와 하부 임펠러는 모두 폴리머 물질로 형성된다. 예를 들어, 폴리머 물질은 친수성 물질을 포함할 수 있거나 친수성이 되도록 개질될 수 있다. 예를 들어, 친수성 폴리머성 물질의 사용은 스테인레스강과 같은 기존의 물질에 비해 다양한 장점과 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 임펠러는 폴리머 물질로 제조될 수 있으며 많은 기존의 물질보다 가볍고 더 우수한 습윤성을 갖는다. 이러한 방식으로, 상부 및 하부 임펠러는 빠른 혼합을 제공하고 균질성을 유지하며 생물학적 물질을 현탁 상태로 유지하고 최적의 가스 분산을 제공하기 위해 함께 작용할 수 있다. 특별한 장점으로, 임펠러는 회전 중에 세포 손상을 최소화하면서 위의 목표를 모두 달성 할 수 있다. 예를 들어, 임펠러의 친수성 특성 및/또는 임펠러의 작은 질량은 바이오공정 컨테이너 내에 충분한 혼합을 제공할 수 있으며 이렇게 하여 생물학적 물질을 보존하는 완만한 방식으로 작동함으로써 생산을 최대화할 수 있다고 여겨진다. 실제로, 일부 적용에서, 친수성 폴리머 물질로 제조된 임펠러를 사용하면 임펠러의 개선된 습윤성 및 임펠러의 부드러운 특성과 함께 바이오공정 컨테이너에서 유지되는 조건으로 인해 공정 시간이 증가할 수 있다.
예를 들어, 친수성 폴리머 임펠러는 벌크 혼합, 가스 분산 및 낮은 전단과 관련하여 최적의 유체역학적 특성을 제공할 수 있다. 포유류 세포와 같은 생물학적 물질은 세포 성장을 최대화하고 세포 손상을 최소화하는 임펠러 시스템에 의한 교반을 통해 균질한 현탁액으로 유지된다.
일반적으로, 하나 이상의 임펠러는 생체적합성인 임의의 적합한 폴리머 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 물질은 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이의 코폴리머를 포함할 수 있다. 폴리머는 다양한 상이한 유형의 처리를 통해 친수성이 될 수 있다. 예를 들면, 폴리머는 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화를 받을 수 있다. 폴리머 물질은 또한 임의의 적절한 기술 또는 방법을 사용하여 사용 전에 멸균될 수 있다. 하나의 구체예에서, 예를 들어, 폴리머 물질은 감마 조사(gamma irradiation)를 받을 수 있다. 또 다른 구체예에서, 폴리머 물질은 코로나 방전 처리될 수 있다.
샤프트 상의 임펠러 간격은 특정 용도에 따라 다를 수 있다. 하나의 구체예에서, 예를 들어, 상부 임펠러는 하부 임펠러 지름의 1배 내지 하부 임펠러 지름의 약 2배의 거리만큼 하부 임펠러로부터 이격된다. 예를 들어, 두 임펠러 사이의 공간은 하부 임펠러 지름의 약 1.2배 내지 하부 임펠러 지름의 약 2배일 수 있다.
상부 임펠러 위의 액체 높이는 일반적으로 상부 임펠러 지름의 약 0.3배 내지 상부 임펠러 지름의 약 2.5배일 수 있다. 하나의 구체예에서, 예를 들어, 상부 임펠러 위의 액체 높이는 일반적으로 상부 임펠러 지름의 약 0.5배 내지 상부 임펠러 지름의 약 1.8배이다.
하부 간격은 바이오공정 컨테이너의 바닥과 하부 임펠러의 중심선 사이의 간격이다. 하나의 구체예에서, 하부 간격은 하부 임펠러 지름의 약 0.3배 내지 하부 임펠러 지름의 약 1.5배, 예컨대 하부 임펠러 지름의 0.4배 내지 하부 임펠러 지름의 약 0.75배이다.
하나의 구체예에서, 임펠러 샤프트(8)는 바이오공정 컨테이너 내부에 합체되어, 이에 따라 임펠러 샤프트(8)가 바이오공정 컨테이너 내부에 있게 된다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 샤프트(8)는 초기에 바이오공정 컨테이너의 내부에 제공될 수 있고, 그 후 바이오공정 컨테이너가 생물반응기 쉘 내에 설치될 때, 임펠러 모터에 결합된다. 샤프트(8)는 바이오공정 컨테이너 내에서 세포 배양물을 성장시키기 위한 멸균 환경을 수용하도록 추가로 감마 조사될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 임펠러 샤프트(8)는 초기에 바이오공정 컨테이너 외부에 제공되고 그 후 컨테이너가 생물반응기 쉘 내에 설치될 때 바이오공정 컨테이너에 결합된다.
일부 구체예에서, 임펠러 샤프트(8)는 바이오공정 컨테이너의 내부로 압축가능하며(예컨대, 접을 수 있거나 또는 중첩 가능) 이에 따라 바이오공정 컨테이너의 크기를 감소시키고 그 저장 및 운반을 용이하게 한다. 하나의 구체예에서, 교반기, 임펠러(들) 및/또는 블레이드 요소(들)는 회전하는 샤프트 쪽으로 또는 혼합 시스템의 또 다른 구성요소에 대하여 압축될 수 있거나 접혀질 수 있다. 도 37에 도시된 바와 같이, 압축될 수 있는 배플 요소(9)는 중공 회전 샤프트(8)로부터 돌출될 수 있다. 하나의 구체예에서, 막대, 예컨대 금속 또는 플라스틱 막대가 샤프트 슬리브(8)의 중간부를 통과하여 삽입되어, 배플을 신장시키고 교반기(6 및 7)의 부분을 들어 올린다. 배플은 클립 등에 의해 제자리에 고정될 수 있다. 금속 막대의 제1 섹션(297)은 구멍 내로 밀리거나 또 다르게 바이오공정 컨테이너의 바닥에 부착되거나 또는 살포기 링과 같은 바이오공정 컨테이너의 구성요소에 부착되거나 그 내부로 밀릴 수 있다. 하나의 구체예에서, 전체 중공 임펠러 샤프트 구조(322) 또는 그 일부는 압축식이다. 하나의 구체예에서, 중공 교반기의 구성요소는 친수성 폴리머와 같은 폴리머성 물질로 제조될 수 있다.
교반 시스템은 3-D 인쇄를 포함하는 임의의 적합한 방법 및 임의의 적합한 물질로 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 교반 시스템의 구성 재료는 시스템이 정상 작동시 적어도 100 W/m3의 파워 발산을 지원할 수 있는 충분한 기계적 강도를 갖도록 선택된다. 하나의 구체예에서, 임펠러는 미국 가출원 제62/354,216호 및 미국 공개공보 제2011-0312087호에 따르는 확장가능한 기하구조를 가지며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 적어도 하나의 구체예에서, 임펠러 샤프트(8) 및 임펠러 모터(170)는 각각 대응하는 커플러를 포함하며 이에 따라 임펠러 샤프트(8)는 임펠러 모터에 결합되어 일회용 생물반응기의 작동을 수행할 수 있으며, 일회용 생물반응기 바이오공정 컨테이너를 제거할 수 있도록 임펠러 모터로부터 분리될 수 있다. 대응하는 커플러는 바람직하게는 자기성 커플러이다.
본 발명의 교반 시스템에서 사용하기에 적합한 임펠러의 비제한적 예로는 하이드로포일 임펠러, 고-강성 피치-블레이드 임펠러, 고-강성 하이드로포일 임펠러, 러쉬톤(Rushton) 임펠러, 피치-블레이드(pitched-blade) 임펠러, 젠틀 마린-블레이드(gentle marine-blade) 임펠러, 셀리젠-셀 리프트(CelliGen cell-lift) 임펠러, A320 임펠러, HE3 임펠러 등이 있다. 예컨대 장치가 관류식 모드에서 작동하는 경우, 스핀 필터가 또한 사용될 수 있다. 본 발명의 일회용 생물반응기의 다중-임펠러 구체예에서, 임펠러는 동일하거나 상이한 물질, 디자인 및 제조 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 상부 임펠러는 하이드로포일 임펠러일 수도 있고, 3D 프린터를 사용하여 제조된 것과 유사한 디자인 중 하나일 수도 있다. 또 다른 예로, 하부 임펠러가 또한 하이드로포일 임펠러일 수 있다. 대안으로, 다중 임펠러 설계에 의해 고려되는 임펠러의 다른 유형은 고강성 피치 블레이드 임펠러, 고강성 하이드로포일 임펠러, 축방향 하이드로포일 임펠러 등을 포함한다. 하나의 구체예에서, 본 명세서에서 사용하기에 적합한 임펠러는, 심지어 임펠러의 규모가 다르더라도, 해당 분야에 공지된 임펠러와 유사하게 보이도록 3-D 인쇄에 의해 제조된 임펠러를 포함한다.
하나의 구체예에서, 상부 임펠러는 하이드로포일 임펠러를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 하부가 또한 하이드로포일 임펠러를 포함할 수 있다. 대안으로, 하부 임펠러는 피치-블레이드 임펠러 또는 고-강성 하이드로포일 임펠러를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 임펠러는 특히 하나 이상의 살포기에서 배출되는 가스를 발산하도록 설계될 수 있다.
교반 시스템은 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 임의의 원하는 구성요소를 현탁시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 구체예에서, 교반 시스템은 비-응집 포유류 세포계를 현탁시키도록 구성된다. 본 발명의 일회용 생물반응기는 임의의 수의 임펠러를 사용하여 pH, 용존 산소 장력(DOT) 및 온도와 같은 공정 파라미터와 관련하여 균질 또는 반(semi)-균질 환경을 보장할 수 있고, 이에 따라 잘-혼합된 세포 현탁액을 유지할 수 있으며 일회용 생물반응기 내에서 영양 공급물을 혼합시킬 수 있다.
교반 시스템은 원하는 교반 속도 또는 혼합 시간에 도달하도록 더욱 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 구체예에서, 교반 시스템은 약 1100 리터의 충진 체적에서 70 초 미만의 혼합 시간을 지지하도록 구성된다. 하나의 구체예에서, 도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 교반 시스템은 적어도 하나의 회전속도계(242)를 포함할 수도 있다. 회전속도계는 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트의 회전 속도를 모니터링하도록 구성될 수 있고 및/또는 SUB의 작동 중에, 교반기, 예컨대 임펠러의 교반 속도를 측정하도록 구성될 수 있다. 회전속도계는 컨트롤러와 연통할 수 있고 제어 피드백 루프를 수행하기 위해 측정된 교반 속도를 컨트롤러에 제공하도록 더욱 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 컨트롤러는 샤프트를 소정의 속도로 회전시키는 방식으로 모터를 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 교반 속도는 보정된 회전속도계로부터의 입력을 통해 측정 및 제어 될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 컨트롤러는 현재 교반 속도를 표시하고 공정 설정치를 달성하도록 모터 속도를 제어할 수 있다. 하나의 구체예에서, 임펠러는 0 rpm 초과, 예컨대 50 rpm 초과, 예컨대 100 rpm 초과, 예컨대 200 rpm 초과, 예컨대 500 rpm 초과, 예컨대 1,000 rpm 초과의 교반 속도를 수행할 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 임펠러는 50 내지 200 rpm 범위에서 +/- 1 rpm의 일정한 교반 속도를 달성하도록 제어될 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 0 내지 80 ± 1 rpm의 교반 속도가 작동 범위로서 사용될 수 있다. 또 다른 특정 다중-임펠러 구체예에서, 적어도 2개의 임펠러의 교반 속도는 200 rpm 일 수 있거나 또는 최대 165 rpm 일 수 있다. 그러나, 적어도 2개의 임펠러의 교반 속도는 규모에 의존하며; 따라서, 임펠러는 훨씬 더 높거나 훨씬 낮은 교반 속도를 달성하도록 제어될 수 있다. 교반 속도 설정치는 측정된 교반 속도가 교반 속도 대역 밖에 있을 때 교정 작용이 취해 지도록 교반 속도 대역으로서 제공될 수 있다. 교반 속도 설정치는 용존 산소 농도, CO2 농도, pH, 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여 계단식 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 하나의 특별한 구체예에서, dO2 등이 설정치에서 제어되고 가스 흐름이 설정 속도에 도달할 때, 교반 속도가 가스 흐름이 설정치에 도달하는 것을 대신하여 증가될 수 있다.
일부 구체예에서, 생물반응기와 레이놀즈 수(Reynold's number)로의 파워 발산은 난류(로딩) 상태를 유지하도록 충분히 높을 필요가 있다. 그러므로 임펠러 지름의 선택은 생물반응기의 유체역학적 특성을 초과하지 않으면서 적절한 균질 혼합을 보장하기 위해 충분히 큰 지름을 선택하는 것에서 타협이 될 수 있다. 이러한 유체역학적 특성에는 축방향 흐름 조절(throttling), 불충분한 파워 발산, 임펠러 선단 속도의 상한선 초과 및 불완전하게 혼합된 층류 구역의 생성이 포함된다. 하나의 비제한적 구체예에서, 축 방향 흐름 임펠러의 지름은 축 방향 흐름의 혼란 및 불량 교반과 폭기를 방지하기 위해 0.5 x Τ 미만일 수 있다.
하나의 구체예에서, 교반 설정치는 1차 용존 산소 장력(DOT) 프로브 및 분광 프로브로부터의 판독값에 기초하여 제어될 수 있다. 일부 구체예에서, DOT를 유지하는 것이 우선 순위를 가질 수 있다. 일단 지름이 선택되면, 일정한 D/T 비율을 유지하는 것이 기하학적 유사성을 유지하는 것의 규모 연구의 중심 가정을 유지하기 위해 파일럿 용기를 규모 축소하는 것 사이에 중요하다. 하나의 예시적인 구체예에서, 12.2 리터에서의 kLa 규모 확장 상관관계가 실시예 4에서 제시된 D/T 비율에서 4개의 임펠러에 대해 결정되었다. 기하학적 유사성 관점에서, 특정 구체예에서, A310 지름 1.229 m(0.44dml D/T) 및 A315 지름 1.285 m(0.46의 D/T)가 권장될 수 있다. 그러나, 특정 구체예에서, 통로 지름(manway diameter)은 설치될 수 있고 제거될 수 있는 최대 임펠러 지름을 1.219 m로 제한할 수 있다. 그러므로, 일부 특정 구체예에서, 지름이 1.219 m인 A310 및 A315가 사용될 수 있으므로, 임펠러 설치 및 제거가 용이하고 규모 축소 연구에서 제안된 기하학적 유사성에 가깝게 유지된다.
배플 (9)
본 발명의 일회용 생물반응기는 적어도 하나의 배플을 더욱 포함할 수 있다. 배플은 깔대기 또는 와류의 형성을 방지하는데 사용되는 수직 플레이트이다. 도 1A 및 도 1B를 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 작동 동안 일회용 생물반응기 내에서 와류의 형성을 분쇄하거나 또 다르게 실질적으로 방지하여, 층류를 감소시키도록 구성된 적어도 하나의 배플을 포함하는 배플 시스템(9)을 포함한다. 본 발명의 일회용 생물반응기는 적어도 하나의 배플, 예컨대 적어도 2개의 배플, 예컨대 적어도 3개의 배플, 예컨대 적어도 4개의 배플, 예컨대 적어도 5개의 배플, 예컨대 적어도 6개의 배플을 포함할 수 있다.
배플은 임의의 적절한 위치에서 임의의 적절한 배치로 쉘 또는 바이오공정 컨테이너 상에 또는 내부에 위치되거나 또는 이들로부터 형성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 배플은 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 일부 구체예에서, 배플은, 하나의 구체예에서, 쉘 또는 바이오공정 컨테이너의 내부 표면을 따라 균일하게 또는 불균일하게 이격되어 길이 방향으로 배치되며, 쉘 또는 바이오공정 컨테이너의 중심을 향해 방사방향으로 돌출할 수 있으며, 이에 따라 실질적으로 리브된(ribbed) 내부 표면을 형성한다. 이전의 설계에서 예상하지 못했던 것처럼, 바이오공정 컨테이너 또는 쉘의 전체적 또는 부분적 길이를 따라 길이 방향으로 배치된 배플의 사용은 편향된 축 방향 흐름이 배플의 전체 길이를 따라 생성되고 보강되는 것을 보장하며; 결과적으로, 강도 및 에너지가 일정한 축방향으로 편향된 흐름이 저속 교반 속도에서 배플형 일회용 생물반응기로부터 획득될 수 있다.
하나의 구체예에서, 배플은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 외부에 배치되도록 구성된다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 배플은 쉘의 내부 표면에 부착되거나 일체로 형성될 수 있다. 일회용 생물반응기의 작동 전, 작동 중 및/또는 작동 후에, 바이오공정 컨테이너의 측면은 배플의 형상을 따르거나 배플의 형상에 꼭 맞춰질 수 있다. 이와 같이, 적어도 일부 구체예에서, 가요성 바이오공정 컨테이너는 굴곡되거나 또는 그렇지 않으면 생물반응기 쉘의 실질적으로 리브된 내부 표면 둘레에 그 자체로 일치된다. 대안적인 구체예에서, 배플은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내부에 배치되거나 또는 일체로 형성되도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 배플은 후크-앤드-슬롯(hook-and-slot) 결속장치를 통해, 바이오공정 컨테이너 또는 셸 내부에 있는 구멍 또는 개구에 후크(hook) 될 수 있도록 구성 될 수 있다. 이러한 방식으로, 배플은 상이한 특성을 갖는 배플을 위해 분리가능하고 교환가능할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가요성 배플(24)은 용기(1)에 상부 및 하부로 연결될 수 있으며 용기(1)의 상부에서 한 쌍의 기계적 나사(140)를 조임으로써 조여질 수 있다.
일부 구체예에서, 배플은 팽창된거나 및/또는 수축될 수 있다. 따라서, 하나의 구체예에서, 배플은 팽창가능한 유체 주머니를 정의한다. 상기 배플은 가요성 바이오공정 컨테이너에 통합될 수 있거나, 또는 일부 구체예에서, 쉘에 통합될 수 있다. 배플은 장력이나 공기압을 통해 극한 상태가 되어, 저장을 위해 접혀질 필요가 있는 가요성 바이오공정 컨테이너에 극한의 배플(frigid baffle)을 통합시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 배플은 바이오공정 컨테이너 또는 쉘과 통합되기 전에 팽창될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 배플은 팽창 이전에 바이오공정 컨테이너 또는 쉘과 통합될 것이다. 특정 구체예에서, 배플은 기계적 나사를 통해 쉘 및/또는 바이오공정 컨테이너에 연결될 때, 스크류에 의해 생성된 장력이 사실상 배플을 "팽창"시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 배플은 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 배플은 가요성 폴리머 필름으로 제조된다.
본 발명의 배플은 임의의 적합한 형상을 취할 수 있다. 하나의 구체예에서, 적어도 하나의 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 바이오공정 컨테이너의 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 작동에서, 배플 시스템은 미국 공개공보 제2011-0312087호에 기재된 확장가능 기하구조에 따르는 확장가능 기하구조를 가지며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 하나의 구체예에서, 배플은 둥근 모서리를 갖는 직선형 또는 곡선형 플레이트를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 하나 이상의 배플은 쉘의 상부 부분 및 하부 부분에 대응하는 상부-배플 및 하부-배플을 포함하는 스플릿- 배플을 포함한다. 하나의 구체예에서, 스플릿-배플은 2개 이상의 부분, 예컨대 3개 부분 또는 4개 부분으로 분할될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 쉘의 내부에는 모터가 작동할 때 와류가 발생하지 않도록 4개의 배플(9)이 있을 수 있다. 이들 각각은 2개의 절반, 즉 상단과 하단으로 분할될 수 있다. 그 다음 이러한 배플을 고리에 매달아 제자리에 끼울 수 있다.
배플(들)의 두께는 제한되지 않지만, 일부 구체예에서, 두께는 유체 흐름의 방사방향 구성요소에 강성을 보장하도록 선택될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 유체의 방사방향 구성요소의 강성은 장력 또는 공기압을 사용하여 보장될 수 있다. 또한, 일부 구체예에서, 감마선 조사 중에 배플 판이 손상되지 않도록 배플 판을 선택함으로써, 배플이 탱크 벽 간격에 영향을 미치도록 한다. 하나의 특별한 구체예에서, 본 발명의 생물반응기는 폭이 0.1 x T 즉 279 mm이고 높이가 1.1 x H-Hh 즉 3882 mm인 4개의 동일하게 이격된 배플을 포함하고, 0.01 x Τ 즉 28 mm의 배플과 쉘 벽의 간격, Wc를 가질 수 있다. 배플은 배양물에서 층류를 감소시키기 위해 쉘 및/또는 바이오공정 컨테이너 지름의 20% 미만, 예컨대 15% 미만, 예컨대 10% 미만, 예컨대 5% 미만, 예컨대 3% 미만의 지름을 가질 수 있다. 이와 같이, 하나의 구체예에서, 적어도 하나의 배플은 바이오공정 컨테이너 및/또는 생물반응기 쉘의 지름의 약 1% 내지 약 25%, 예컨대 약 3% 내지 약 20%, 예컨대 약 5% 내지 약 15%의 거리만큼 쉘 및/또는 바이오공정 컨테이너를 향하여 방사방향에서 안쪽으로 연장될 수 있다.
포트(20, 21, 180)
본 발명에 따르는 일회용 생물반응기는 또한 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저에 재료를 공급하거나 또는 이로부터 재료를 제거하기 위한 적어도 하나의 유입 포트 및/또는 유출 포트를 포함할 수 있다. 일회용 생물반응기는 이를 통해 튜브 또는 또 다른 부속품이 일회용 생물반응기 환경으로 출입할 수 있는 포트를 가질 수 있다. 특히, 바이오공정 컨테이너는 적어도 하나의 서플라이/공급 라인에 연결하기 위한 제1 끝단 및 제2 끝단을 갖는 적어도 하나의 포트를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 유체와 같은 물질을 바이오공정 컨테이너에 공급하기 위한 복수의 서플라이 라인에 연결되기 위한 복수의 포트를 포함할 수 있다. 포트는 서플라이 라인에 부착을 형성하기 위한 컨넥터를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 컨넥터들 및 라인들 중 일부는 호환되지 않으며; 따라서, 특정 구체예에서, 컨넥터들 및 라인들의 제한된 호환성은 원하는 라인들 및 포트들의 적절한 연결을 보장할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 스마트 배관 연결이 사용될 수 있으며, 이는 배관 연결의 정확성을 전자적으로 검증 할 수 있다. 특정 구체예에서, 서플라이 라인 중 적어도 하나는 대응하는 포트의 상류 또는 하류에 배치된 유체 필터를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 적어도 하나의 샘플 포트를 포함한다.
일회용 생물반응기는 유체를 바이오공정 컨테이너에 공급하기 위한 임의의 수의 서플라이/공급 라인을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 서플라이 라인들 중 적어도 하나는 인라인 필터와 같은 유체 필터를 포함할 수 있다. 일회용 생물반응기는 또한 임의 수의 포트, 예컨대 적어도 하나의 포트, 예컨대 적어도 2개의 포트, 예컨대 적어도 3개의 포트, 예컨대 적어도 4개의 포트, 예컨대 적어도 5개의 포트, 예컨대 적어도 6개의 포트, 예컨대 적어도 7개의 포트를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 본 발명에 사용되는 포트들은 규모 확장 가능한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 포트는 물질이 한 방향 또는 두 방향으로 포트 안으로 또는 밖으로 움직이는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 유출 포트는 유체가 출구 밖으로만 흐를 수 있게 할 수 있다. 특정 구체예에서, 포트는 물질 이동을 조절할 수 있는 제어 장치와 연관될 수 있다. 하나의 구체예에서, 제어 장치는 일방향 또는 역류-방지 밸브일 수 있다. 일부 구체예에서, 각각의 포트는 단지 하나의 대응하는 서플라이 라인을 가질 수 있다. 또 다른 구체예에서, 각각의 포트는 여러 개의 대응하는 서플라이 라인을 가질 수 있다.
특정 구체예에서, 각 포트 및 각각의 대응하는 서플라이 라인은 비제한적으로 태그 및/또는 형상 및/또는 컬러 코딩을 비롯하여, 일치 표시기를 포함한다. 이러한 일치 표시기는 적어도 하나의 서플라이 라인을 그 해당 포트에 연결하는데 사용되는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 일치 표시기는 각 포트 및 대응하는 서플라이 라인이 컬러 코딩되도록 컬러를 포함한다. 포트는, 특정 구체예에서, 범용 컨넥터를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 포트의 제1 끝단은 각각의 서플라이 라인에 재연결 가능한 부착을 형성한다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너는 여러 개의 바이오공정 컨테이너 포트를 포함하며, 이를 통해 서플라이 라인, 배관 또는 또 다른 부속품이 바이오공정 컨테이너의 내부 및 외부로 연장될 수 있으며, 쉘은 하나 이상의 대응하는 쉘 포트를 포함하며, 이를 통해 배관 또는 또 다른 부속품이 쉘을 통하여 일회용 생물반응기의 내부 또는 외부로 연장될 수 있다. 하나의 구체예에서, 하나 이상의 쉘 포트는 대응하는 바이오공정 컨테이너와 정렬되어 이에 따라 일회용 생물반응기가 작동 중일 때, 바이오공정 컨테이너의 접힘 및/또는 주름이 최소화되도록 한다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따르는 일회용 생물반응기(SUB) 용기의 상단을 나타내며, 여기서 (11)은 발포 센서를 나타내고, (19)는 압력 센서를 나타내고, (20)은 멸균 고체 첨가 포트를 나타내고, 그리고 (21)은 이중 가스 유출 포트를 나타낸다. 본 발명의 바이오공정 및 쉘 포트는 하나의 구체예에서, 생물반응기의 배관 또는 또 다른 부속품이 바이오공정 컨테이너 및 쉘의 돌출부에 의해 제자리에 고정될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 구체예에 따르는 일회용 폐기가능 바이오공정 컨테이너(100)의 측면도를 도시한다. 바이오공정 컨테이너(100)는 바이오공정 컨테이너와 함께 현장에서 멸균되는 프로브용의 일회용 프로브(27) 또는 창(window)을 구비한다. 일회용 바이오공정 컨테이너(100)는 모든 측정을 위해 삼중 프로브(triplicate probe)를 사용할 수 있도록 충분한 프로브 포트(28)를 포함하며 이는 프로브 에러를 검출할 수 있는 중복검사 및 능력을 제공한다. 예를 들어, 일회용 바이오공정 컨테이너(100)는 온도 프로브 포트(180), 일회용 유전체 분광 프로브(26), 일회용 pCO2 비침습성 프로브(190) 및 일회용 비침습성 DOT 프로브(200)를 포함할 수 있다. 일회용 바이오공정 컨테이너(100)는 또한 세포 배양의 비침습성 분광 측정을 위한 광학적으로 투명한 분광 창(13) 및 용기 내부로 들어가는 튜브(15)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너 내용물의 충진 레벨에서 또는 그 이하에서 유체를 배출하기 위한 적어도 하나의 표면아래 포트를 포함한다. 예를 들어, 일회용 생물반응기는, 하나의 구체예에서, 유체를 바이오공정 컨테이너 내로 공급/서플라잉하기 위한 적어도 하나의 공급 라인을 포함할 수 있으며, 공급 라인은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장된다. 공급 라인은 예컨대 교반기에 인접한 것과 같이, 중공 인클로저 내의 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있는 표면아래 유체 출구를 포함할 수 있다. 교반기가 회전할 때 원주를 형성하는 구체예에서, 공급 라인의 표면위 유체 배출부는 교반기의 원주 위에 배치될 수 있어서 그에 따라 유체 배출부를 통해 흐르는 유체는 교반기의 원주 내에서 배양 배지와 접촉한다. 일부 구체예에서, 유체 출구는 유체 흐름을 조절하는 유체 제어 장치와 연관될 수 있다. 예를 들어, 유체 제어 장치는 유체가 유체 출구로부터 유출되도록 하고 반대 방향으로 유체가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 하나의 구체예에서, 유체 제어 장치는 일방향 밸브를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너 내용물의 충진 레벨에서 또는 그 이상에서 배출하는 하나 이상의 표면위 포트를 포함한다. 또한, 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 실질적으로 일회용 생물반응기의 종축 영역에서 또는 이에 인접하여 배출하는 적어도 하나의 표면위 포트를 포함한다. 하나의 실시예에서, 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너의 상단에 배치된 적어도 하나의 공급 라인을 포함하며, 공급 라인은 바이오공정 컨테이너 내에 존재하는 배양 배지 체적의 상부에 위치된 표면위 유체 배출부를 포함한다. 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치되거나 및/또는 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 표면위 포트는 배출 젖꼭지 또는 깔때기를 더욱 포함할 수 있으며, 젖꼭지 또는 깔대기는 바이오공정 컨테이너의 측면을 따라 내려 가지 않도록 물질을 방출한다.
도 1A, 1B, 및 7을 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 수거 제어 시스템을 포함한다. 수거 제어 시스템은 수거 배관을 통해 결합된 적어도 하나의 수거 포트 및 상응하는 수거 펌프를 포함할 수 있다. 각각의 해당 포트, 펌프 및 배관 조합은 수거 라인을 형성할 수 있다. 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템의 동작은 컨트롤러에 의해 제어된다. 하나의 구체예에서, 수거 포트는 바이오공정 컨테이너로부터 유체의 와류 흐름을 유도하도록 구성된 형상을 가질 수 있다. 대안적인 구체예에서, 유체의 와류 흐름을 유도하기 위해 추가 장치가 수거 포트에 부착될 수 있다. 수거 포트, 배관 및 펌프는 적절한 구성일 수 있다. 하나의 구체예에서, 수거 포트는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저에 보유된 배양 배지의 부피에 비례하는 지름 또는 단면적을 가질 수 있다. 또 다른 구체예에서, 수거 라인 및/또는 포트의 내부 지름은 배지가 수거되는 유속과 일치하도록 변형될 수 있다. 하나의 구체예에서, 이들 수거 라인 포트의 설계는 높은 유속 적용 동안 펌프의 흡입 헤드 아래에서 튜브 붕괴를 방지하기 위해 보강되거나 편조된(braided) 배관을 사용할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 쉘의 선택사항인 상부 커버는 하나 이상의 커버 포트를 포함하며, 이를 통해 배관 또는 또 다른 부속품이 커버를 통해 일회용 생물반응기 환경 내부로 그리고 외부로 연장될 수 있다. 하나의 구체예에서, 하나 이상의 커버 포트는 일회용 생물반응기가 작동 중일 때 일회용 생물반응기의 접힘 및/또는 주름이 최소화되도록 대응하는 바이오공정 반응기 포트와 정렬될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 커버 포트는 이등분되어 이에 따라 배관 및/또는 내부에 있는 부속품의 접근 및 조작을 허용하도록 분리된다. 적어도 하나의 구체예에서, 커버 포트는 커버의 힌지 조인트와 인라인으로 이등분된다. 일부 구체예에서, 커버는 적어도 하나의 포트, 예컨대 적어도 2개의 포트, 예컨대 적어도 3개의 포트, 예컨대 적어도 4개의 포트, 예컨대 적어도 5개의 포트를 포함한다.
하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 알칼리 첨가를 위한 적어도 하나의, 예컨대 적어도 2개의 포트(20)를 갖는다. 하나의 특별한 구체예에서, 생물반응기는 알칼리 첨가를 위한 2개의 포트를 가질 수 있으며, 여기서 제1 포트는 하부 임펠러의 중앙 라인에 위치되고 제2 포트는 상부 임펠러의 중앙 라인에 위치된다. pH 프로브가, 하나의 구체예에서, 생물반응기에 대한 알칼리 첨가 점에 정반대로 위치될 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 바이오공정 컨테이너 내용물의 충진 레벨 이하에서 배출하는 하나 이상의 표면위 포트를 포함한다. 더욱이, 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 임펠러 영역에서 배출하는 2개의 표면아래 포트를 포함한다. 임펠러 주위의 강하게 흐르는 구역으로 직접 배출되도록 생물반응기 내에서 공급되는 내부 공급 라인을 갖는 공급 포트를 설계함으로써, 놀랍게도 환경적 마이크로-구역의 형성을 방지할 수 있다. 이러한 마이크로-구역의 예방 및 최소화는 공급물 첨가 이후 신속하게 균질성으로 복귀하여, 특히 큰 작업 규모에서 가장 큰 이점을 제공한다. 비-생리적 환경의 마이크로-구역의 형성은 또한 적용된 예상 공급물 볼루스 부피와 일치하거나 또는 공급물이 적용되는 유속과 일치하도록 적절한 공급 라인 내부 지름을 선택함으로써 더욱 감소될 수 있다. 하나의 구체예에서, 이들 공급 라인 포트의 설계는 높은 유속 적용 동안 펌프의 흡입 헤드 아래에서 튜브 붕괴를 방지하기 위해 보강되거나 편조된(braided) 배관을 사용할 수 있다.
포트는 임의의 적합한 지름을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 지름은 생물반응기 규모에 기초할 수 있다. 예를 들어, 하나의 특별한 구체예에서, 수거 포트는 1-인치 내부 지름을 갖는다.
살포기(5)
도 1A 및 도 2B에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 일회용 생물반응기는 적어도 하나의 살포기(5)를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 일회용 생물반응기는 2개 이상의 살포기(5)를 포함한다. 하나의 구체예에서, 살포기 중 하나는 밸러스트 살포기일 수 있다. 살포기는 길이방향 부분 및 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함할 수 있다. 길이방향 부분은 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장될 수 있다. 측방향 부분은 교반기 아래의 길이방향 부분의 끝단에 위치될 수 있다. 측방향 부분은 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 방출하기 위한 복수의 구멍을 정의할 수 있다. 일부 구체예에서, 일회용 생물반응기는 적어도 하나의 밸러스트 살포기 및 적어도 하나의 제2 살포기를 포함한다. 밸러스트 살포기는 가스를 배양 배지로 방출하기 위한 복수의 제1 구멍을 정의하며, 한편 제2 살포기는 가스를 배양 배지로 방출하기 위한 복수의 제2 구멍을 정의한다. 복수의 제2 구멍은 복수의 제1 구멍과 동일하거나 상이한 지름 및/또는 갯수의 구멍을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 복수의 제2 구멍은 복수의 제1 구멍보다 더 작은 지름을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 밸러스트 살포기의 설치를 위한 별도의 살포기 포트가 있을 수 있다. 별도의 살포기로부터 밸러스트를 첨가하는 장점은 적어도 3가지 이유 중 하나 이상일 수 있으며: (i) 밸러스트 가스에 의한 산소 또는 산소 농축 DOT 요구 가스의 희석을 방지하며, 일부 구체예에서, 이는 최적의 OTR을 보장할 수 있는데, 왜냐하면 살포기로부터 나오는 버블의 산소 농도 구배가 가장 크기 때문임; (ii) pCO2 제어를 위해 원하는 밸러스트를 전달할 때 DOT 제어에 영향을 미치지 않도록 DOT 제어 살포기와 다른 위치에 밸러스트 살포기가 배치되도록 할 수 있으며; 그리고 (iii) 밸러스트 살포기가 DOT 제어 살포기와 독립적으로 설계될 수 있다. 그러나, 특정 구체예에서, 밸러스트 살포기 및 적어도 하나의 또 다른 살포기에 대해 동일한 살포기 포트를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
하나의 구체예에서, 원하는 방식으로 및/또는 원하는 위생 설계를 위해 원하는 수의 구멍을 분배하기 위해 살포기 기하구조가 선택될 수 있다.
하나의 구체예에서, 구멍 크기 및 구멍 수의 계산은 예컨대 <2000과 같이 구멍으로부터 나오는 가스의 목표 레이놀즈 수(Reynold's number) Re가 달성될 때까지 반복될 수 있고, 연쇄 버블 체제 동안 예컨대 10-20 mm와 같이 버블에 대한 목표 사우터 평균 지름(Sauter mean diameter)이 달성된다. 특정 구체예에서, 일시적인 스파이크를 피하기 위해 프로브 포트, 샘플 밸브 및 첨가 포인트의 위치가 함께 고려될 수 있다. 또한, 특정 구체예에서, 제어 프로브에 대한 샘플 밸브의 위치는 측정된 공정 파라미터의 오프라인 검증의 정확한 평가를 허용하도록 구성될 수 있다.
살포기는 생물반응기 용기의 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있다. 하나의 구체예에서, 살포기의 원위 단부는 바람직하게는 펌핑된 가스를 임펠러에 의해 스위핑된 영역 내로 배출하도록 임펠러 (또는 다수의 임펠러의 경우 최하부 임펠러) 아래에 위치될 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 살포기 시스템과 가스 중첩 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 폭기 시스템을 포함한다. 폭기 시스템은 일회용 생물반응기의 작동 중에 산소 및 또 다른 가스를 세포 배양물에 공급하도록 구성된다. 하나의 구체예에서, 폭기 시스템의 동작은 컨트롤러에 의해 제어된다.
하나의 구체예에서, 가스는 살포기 시스템 및 가스 중첩을 통해 동일하거나 상이한 시간에 일회용 생물반응기로 유입될 수 있다. 하나의 비제한적 구체예에서, 가스는 산소, 질소, 이산화탄소, 및 압축 공기를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 폭기 시스템은 공정 제어를 가능하게 하기 위해 서브 시스템의 물질 전달 능력에 기초하여 크기가 정해지는 물질 흐름 컨트롤러를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 물질 흐름 컨트롤러의 수는 메인 살포기로 가는 가스 중 적어도 하나 내지 모두, 헤드스페이스 가스 중첩으로 가는 공기, 및 제2 살포기로 가는 4가지 가스 중 임의의 적어도 하나의 독립적인 제어를 가능하게 하기에 충분하다. 하나의 구체예에서, 상기 공급원들 각각은 독립적인 흐름으로서 구현될 수 있고, 공정을 위해 요구되지 않을 때 전체 차단(shut-off)이 가능할 수 있다. 하나의 구체예에서, 작동 중에, 가스 유속 설정치가 가스 유속 대역으로서 제공되며 이에 따라 측정된 가스 유속이 상기 가스 유속 대역을 벗어날 때 보정 작업이 취해질 수 있다. 하나의 구체예에서, 살포기 시스템 및 가스 중첩 시스템은 각각 임의의 VVM의 바람직한 전체 가스 유속, 예컨대 하나의 특정 구체예에서, 150 L/min을 지원하도록 구성된다.
하나의 구체예에서, 살포기 시스템은 일회용 생물반응기의 내부에 있는 적어도 하나의 살포기를 포함할 수 있으며, 일회용 생물반응기의 외부에 있는 물질 흐름 컨트롤러로부터 가스를 수용하도록 일회용 생물반응기의 가스 입구에 결합될 수 있다. 살포기는 원위 단부에서 임의의 원하는 지름의 복수의 살포기 구멍을 갖는 연장된 살포 튜브를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 살포기 시스템은 2개의 살포기 및 관련 부속품을 포함할 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 살포기 시스템은 1 g/L 플루로닉(pluronic)에서 11 mm의 사우터(Sauters) 평균 버블 지름 및 최대 예상 가스 유속에서 2000 미만의 살포 구멍에서 나오는 가스의 레이놀즈 수(Reynolds number)를 갖는 가스 버블을 생성할 수 있다. 살포기 시스템은 또한 원하는 NLPM에서 원하는 평균 버블 지름 및 레이놀즈 수를 달성하도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 살포 튜브 및/또는 살포 시스템은 30개의 2 mm 살포 구멍을 가질 수 있다.
하나의 구체예에서, 가스 중첩 시스템은 일회용 생물반응기의 헤드스페이스로부터, 예컨대 쉘 또는 바이오공정 컨테이너의 헤드스페이스로부터 연장된 가스 입구를 포함할 수 있어서, 일회용 생물반응기, 쉘, 및/또는 바이오공정 컨테이너의 외부에 있는 물질 흐름 컨트롤러로부터 가스를 수용한다. 하나의 구체예에서, 가스 입구/출구(230)는 표면위 포트일 수 있다. 하나의 구체예에서, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 살포기 시스템 및 가스 중첩 시스템의 가스 입구/출구(230)는 가스 필터(23)를 더욱 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 가스 출구(230)의 밸브는 자동 핀치 밸브일 수 있으며, 이는 선택사항으로서 여기에 기술된 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 추가 구체예에서, 자동 핀치 밸브는 바이오공정 컨테이너 내부의 압력이 수용 가능한 수준을 넘어서 상승하는 상황에서 백업 가스 아웃라인 라인으로 전환할 수 있도록 구성될 수 있다. 특정 구체예에서, 가스 출구는 교체 가능하고 및/또는 상호교환가능할 수 있다.
폭기 시스템은 작동 중에 가스 배출 라인을 통해 바이오공정 컨테이너 내부로부터 가스를 방출하도록 구성된 배기 가스 출구를 더욱 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 가스 출구는 표면위 포트일 수 있다. 가스 출구는 가스 필터를 포함할 수 있다. 배기 가스 출구는 메일 및 백업 10 인치 필터로 이동하는 분기선을 더 포함할 수 있다. 가스 출구 필터는 재사용 가능한 연결부를 사용하여 바이오공정 컨테이너의 상단에 안착될 수 있으며, 이에 따라 필요한 경우 교체될 수 있다.
또한, 폭기 시스템은 응축기(22)를 포함할 수 있다. 응축기(22)는 도 4 및 6에 도시된 바와 같이 가스 배출 라인 상에 위치되어 증발에 의한 물 손실을 감소시키도록 구성될 수 있다. 이러한 응축기는 하나의 구체예에서, 바이오공정 컨테이너의 상단에 장착될 수 있다. 하나의 구체예에서, 가스 출구 및 응축기는 쉘의 상부 부분에 있는, 바람직하게는 커버에 있는 홀더에 끼워질 수 있다. 홀더는 수직에서 수평으로 다른 각도로 조정될 수 있다. 홀더는 또한 컨트롤러에 결합된 적어도 하나의, 예컨대 적어도 2개의 자동 핀치 밸브를 포함할 수 있어, 이에 따라 내부 바이오공정 컨테이너 압력이 너무 높으면 가스 출구는 자동으로 백업 가스 출구로 전환될 수 있다. 하나의 구체예에서, 가스 출구 필터 및 응축기는 재사용 가능한 연결부를 사용하여 바이오공정 컨테이너의 상단에 고정될 수 있다. 하나의 구체예에서, 응축기 유닛은 교체 가능하고 및/또는 상호교환 가능할 수 있다.
하나의 구체예에서, 폭기 제어 시스템은 세포 배양 요구에 비례하는 부드러운 CO2 흐름을 유지하고 및/또는 스파이킹 또는 펄스된 CO2 흐름을 방지하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 구체예에서, 폭기 제어 시스템은 SUB 환경에서 용존된 CO2 수준을 모니터링하고 및/또는 독립적 살포 속도, 독립적 산 첨가 펌프, 및/또는 살포에 대한 CO2 흐름의 최소 출력의 설정을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 용존 CO2 수준이 pCO2 센서에 의해 모니터링될 수 있다.
하나의 구체예에서, 폭기 시스템은 적어도 하나의 용존 산소 장력(DOT) 센서를 포함할 수 있다. 이러한 센서는 하나의 구체예에서 전기화학적 센서일 수 있다. 하나의 구체예에서, 컨트롤러는 2가지 유형의 DOT 제어: 캡핑된 공기 방법 및 가스 혼합 방법을 제공하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 캡핑된 공기 방법은 단일 물질 흐름 컨트롤러(MFC)를 통해 도입된 사용자-정의 가능한 질소의 연속 흐름을 제공한다. DOT 제어는, 공기 유속이 사용자 정의 한계에 도달할 때 (물질 흐름 컨트롤러를 통해) 산소 공급을 시작할 수 있는 능력으로, 물질 흐름 컨트롤러를 통해 공기 유속을 증가시켜 쉘의 산소 요구량을 일치시켜 달성될 수 있다. 이러한 상황에서 공기는 고정된 유속에서 캠핑될 수 있고 요구량을 보충하기 위해 (PID 제어 하에) 산소가 추가될 수 있다. 산소가 더 이상 필요하지 않을 때, 제어는 공기 흐름으로 복귀한다. 가스 혼합 방법에서, DOT 및 pH는 완전 3+1 가스 혼합 시스템에 의해 제어될 수 있다. DOT는 사전-결정된, 사용자 선택가능 전체 가스 유속에서 공기/질소 및 산소의 혼합을 변화시킴으로써 제어된다. pH는 전체 가스 유속을 증가시키지 않고 CO2 및 알칼리를 첨가함으로써 제어된다.
생물반응기 온도 제어
도 6을 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 일회용 생물반응기는 온도 제어 시스템을 포함한다. 온도 제어 시스템은 열 재킷(280), 열순환기, 및 적어도 하나의 온도 센서(180)를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템의 동작은 컨트롤러에 의해 제어된다. 일부 구체예에서, 온도 센서는 컨트롤러와 연통한다. 하나의 구체예에서, 열 재킷 및 열순환기는 함께 일회용 생물반응기 작동 중에 고온 및 저온 지점의 형성 및/또는 영구화를 피하기 위해 바이오공정 컨테이너 내에서 세포 배양물을 가열 및 냉각시킨다. 생물반응기 재킷은 쉘 및/또는 바이오공정 컨테이너를 부분적으로 또는 완전히 둘러쌀 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 열 재킷은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히, 프로브 선반 위의 생물반응기 용기의 하부 부분을 덮는다. 일부 구체예에서, 열 재킷은 가열되거나 냉각된 유체 중 적어도 하나와 유체 연통할 수 있다. 생물반응기 재킷은 하나의 구체예에서 워터 재킷을 포함할 수 있다.
생물반응기 재킷(280)의 예시적인 구체예가 도 6 및 도 10에 제시된다. 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 일부 구체예에서, 생물반응기 재킷(280)은 쉘(110)의 하부 절반을 덮는다. 생물반응기 재킷(280)은 예컨대 프로브 벨트의 배치를 위해 적어도 하나의 개방 공간 또는 구멍이 제공되도록 구성될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 구체예에서, 생물반응기 재킷(280)은 프로브 벨트(290) 위에 있는 쉘의 하부 절반을 덮을 수 있다. 이러한 구성은 효율적인 열 전달을 촉진할 수 있다. 프로브 선반(260)은 생물반응기 재킷(280) 상에 위치될 수 있다.
하나의 구체예에서, 쉘(110)의 적어도 하나의 도어(270)는 쉘의 하부 절반의 열 재킷과 분리되거나 연결될 수 있는 열 재킷을 가질 수 있다. 또 다른 구체예에서, 상부 재킷은 적어도 하나의 도어가 개방될 수 있음을 보장하기 위하여 가요성 배관 등을 통해 하부 재킷에 연결될 수 있다.
하나의 구체예에서, 온도 센서는 일회용 생물반응기의 작동 중에 세포 배양 배지의 온도를 감지한다. 온도 센서가 컨트롤러와 연통하는 구체예에서, 컨트롤러는 온도 센서로부터 정보를 수신하고, 그 정보에 기초하여, 바이오공정 컨테이너에 함유된 배양 배지의 온도를 증가시키거나 감소시키기 위해 생물반응기 열 재킷 내로의 유체의 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 일부 구체예에서, 배양 배지는 미리 설정된 온도 한계 내에서 유지된다.
온도 센서는, 하나의 구체예에서, 저항 온도 검출기를 포함한다. 작동시, 일부 구체예에서, 온도 설정치는 측정된 온도가 온도 대역 밖에 있을 때 온도 교정 작용이 취해 지도록 온도 대역으로서 제공될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 10 내지 40 ℃ 범위에서 +/- 0.2 ℃의 온도를 유지하도록 구성된다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 5 내지 20 ℃ 범위에서 +/- 1.0 ℃의 온도를 유지하도록 구성된다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 온도 오버슈트 및 언더슈트가 10 내지 40 ℃의 범위의 임의 설정치 사이에서의 전달을 위해 +0.8 ℃를 초과하지 않도록 구성된다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 10 내지 40 ℃ 범위에서 동요하는 동안 +/- 0.1 ℃에서 일정하게 온도를 제어하도록 구성된다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 임의의 일회용 구성 부품에 대한 손상을 피하기 위해 온도 제어 시스템이 40 ℃와 같은 특정 온도 이상으로 가열할 수 없도록 구성된다.
하나의 구체예에서, 배지는 공정 제어에 의해 작동 온도가 된다. 하나의 구체예에서, 이는 재킷의 "완만한" 가열 또는 냉각에 의해 달성된다. 예를 들어, 하나의 구체예에서, 매우 높거나 매우 낮은 온도가 용기 벽에서 회피된다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 열 재킷이 6시간 이내에서 주위 온도에서 34 내지 40 ℃로 세포 배양 배지 1000 L를 가온하도록 구성된다. 적어도 하나의 구체예에서, 온도 제어 시스템은 열 재킷이 6시간 이내에서 34 내지 40 ℃에서 10 ℃로 세포 배양 배지 1000 L를 냉각하도록 구성된다. 하나의 구체예에서, 작동 중 온도 제어 범위는 설정치에서 ± 0.2 ℃의 정확도로 36 내지 38 ℃이다.
하나의 특별한 구체예에서, 생물반응기 재킷 영역은 다음의 고려사항에 따라 특정화 될 수 있다: (i) 10 ℃에서 40 ℃로 배지를 워밍업; (ii) 생물반응기 내의 모든 지점이 열전쌍에 의해 측정될 때 설정치의 ±0.2 ℃, 전형적으로 예컨대 37℃에 도달해야 함; 및 (iii) 40℃에서 10℃로 배지를 냉각함.
프로브 (28)/ 프로브 벨트(290):
도 7을 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 여기에 기술된 다양한 프로브 및/또는 센서 중 하나 이상이
바이오공정 컨테이너에 대하여 적절하게 다양한 프로브 및/또는 센서를 배치하도록 구성된 적어도 하나의 프로브 벨트(290)에 배치된다. 적어도 하나의 프로브 및 적어도 하나의 프로브 벨트는 쉘 내에 또는 쉘 상에 임의 적절한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 특별한 구체예에서, 샘플 라인은 오프라인 pH 샘플을 취할 때 대략적으로 근접하는 것을 보장하도록 pH 프로브 옆에 위치해야 한다. 적어도 하나의 구체예에서, 둘 이상의 프로브 벨트가 제공된다. 각각의 프로브 벨트는 작동적으로 적어도 하나, 예컨대 적어도 둘, 예컨대 적어도 셋, 예컨대 적어도 넷, 예컨대 적어도 다섯, 예컨대 적어도 여섯 개의 프로브 및/또는 센서 각각을 하우징할 수 있다. 하나의 구체예에서, 프로브 벨트는 2개의 pH 센서 및 2개의 DO 센서를 포함한다. 일부 구체예에서, 적어도 7개, 예컨대 적어도 8개, 예컨대 적어도 9개, 예컨대 적어도 10개의 추가 프로브가 수용될 수 있다. 프로브는 서로 반대일 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 프로브 선반은 2개의 프로브 벨트를 작동적으로 지지하도록 구성되며, 각각은 서로 대향하는 6개의 프로브를 하우징할 수 있다. 하나의 구체예에서, 분광 프로브를 포함하는 프로브 벨트와 같은 프로브 벨트는 빛 또는 다른 환경 조건으로부터 벨트 및/또는 프로브를 보호하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체예에서, 프로브는 선반 위에 놓일 수 있다. 도 10을 참조하면, 적어도 하나의 구체예에서, 쉘(110) 및/또는 생물반응기 재킷(280)의 하부 부분은 다양한 프로브를 갖는 적어도 하나의 프로브 벨트(290)를 작동적으로 지지하도록 구성된 프로브 선반(260)을 포함한다. 선반은 생물반응기 쉘에 영구적으로 또는 제거 가능하게 고정될 수 있다. 선반은 쉘에 대하여, 특정 각도로, 예컨대 1° 이상, 예컨대 5° 이상, 예컨대 10° 이상, 예컨대 15° 이상, 예컨대 30° 이상, 예컨대 45° 이상, 예컨대 60° 이상으로 배향될 수 있다. 하나의 구체예에서, 프로브 선반은 쉘 외부 표면에 대해 예각으로 배향된다. 하나의 특정 구체예에서, 프로브 선반은 쉘 외부 표면에 대해 30° 각도로 배향된다.
하나의 구체예에서, 다양한 프로브는 컨트롤러 및/또는 그들의 각각의 시스템과 유선 및/또는 무선 통신하며, 그에 각각의 데이터를 전송하도록 구성된다. 하나의 비제한적 구체예에서, 분광 프로브는 RAMAN 또는 NIR 타입이다. 일부 구체예에서, 분광 프로브는 생존 세포 농도, 배양 생존능, 글루코오스 농도, 아미노산 농도, 락트산 농도, 및 암모늄 농도를 비제한적으로 포함하는 특성을 수신하고 모니터링할 수 있다. 일부 구체예에서, 추가적인 툴을 이용한 추가적인 측정 및 분석이 생성물 특성화에 필요할 수 있다. 하나의 구체예에서, 컨트롤러는 분광 프로브의 출력에 기초하여 다양한 시스템 설정치(예를 들어, pH, 온도, DOT, 교반, 질소 유속, 공기 캡) 및 펌프 유속(모든 일체형 펌프 및 외부 펌프)을 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.
방법
본 발명의 바람직한 구체예에서, 본 발명에 따르는 방법은 본 발명의 적어도 하나의 일회용 생물반응기에서 이루어진다. 하나의 구체예에서, 본 발명은 규모 및 용기 크기에 걸쳐 생물반응기 용기의 성능을 비교하는 방법을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 본 발명은 규모 확장 또는 축소에 대한 것과 같이, 의도된 작동 범위 이상의 바이오공정 컨테이너 성능을 검증하는 방법을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 본 발명은 바이오공정 컨테이너의 규모조정 동안 적어도 하나의 살포기 내의 구멍의 수 및 크기를 이론적으로 또는 실험적으로 결정하는 방법을 포함한다.
본 발명은 또한 세포 및/또는 세포 생성물을 배양 및 증식시키는 방법을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 세포는 적절한 조건 하에서 그리고 적절한 배양 배지에서 제1 부피를 갖는 제1 생물반응기에서 배양되며, 적어도 하나의 포유류 세포로부터의 증식에 의해 획득된 세포를 함유하는 배지가 제2 부피를 갖는 제2 생물반응기로 이송되고, 여기서 상기 제2 부피는 상기 제1 부피보다 더 크며, 이송된 세포는 제2 생물반응기에서 배양되며, 상기 제2 생물반응기로부터의 세포를 함유하는 배지가 제3 부피를 갖는 제3 생물반응기로 이송되며, 여기서 상기 제3 부피는 상기 제2 부피보다 더 크며, 이송된 세포는 제3 생물반응기에서 배양된다.
하나의 특별한 구체예에서, 본 발명은 또한 세포 및/또는 세포 생성물을 배양 및 증식시키는 방법을 포함하며, 다음을 특징으로 한다: a) 적어도 하나의 포유류 세포는 적절한 조건 하에서 그리고 적절한 배양 배지에서 적어도 10 L, 예컨대 적어도 500 L, 예컨대 적어도 1000 L 부피의 제1 일회용 생물반응기에서 배양되며; b) 적어도 하나의 포유류 세포로부터의 증식에 의해 획득된 세포를 함유하는 배지가 적어도 1000 L, 예컨대 적어도 2000 L, 예컨대 적어도 4000 L 부피의 제2 생물반응기로 이송되고, c) 이송된 세포가 상기 제2 일회용 생물반응기에서 배양되고, d) 단계 c)에서 획득된 세포를 함유하는 배지가 적어도 10,000 L, 예컨대 적어도 20,000 L 부피의 제3 일회용 생물반응기로 이송되며, 그리고 e) 이송된 세포가 상기 제3 일회용 생물반응기에서 배양된다. 하나의 구체예에서, 시스템은 서로 유체 연통하는 복수의 일회용 생물반응기를 포함할 수 있다. 생물반응기는 단일 컨트롤러 또는 다중 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 시스템 내의 각 일회용 생물반응기는 하나의 구체예에서 동일한 크기를 가질 수 있다. 각각의 일회용 생물반응기의 부피는 예를 들어 1000 L, 2000 L, 4000 L, 10,000 L, 20,000 L 등일 수 있다.
본 발명의 하나의 구체예에서, 상기 방법은 사용된 생물반응기 중 적어도 하나가 본 발명에 따르는 생물반응기인 것을 특징으로 한다. 또 다른 구체예에서, 사용된 모든 생물반응기는 본 발명에 따르는 생물반응기이다.
본 발명에 따르는 생물반응기는 이러한 맥락에서 본 명세서, 실시예, 및 청구항에 기재된 모든 생물반응기이다.
하나의 구체예에서, 단계 e)의 생물반응기는 회분식(batch) 또는 유가식(fed batch) 모드에서 작동된다. 하나의 구체예에서, 세포는 단계 e)에서 바람직하게는 6일 내지 20일 동안 배양된다.
단계 a)를 또한 단계 N-3 및/또는 N-2라 부른다. 단계 c)를 또한 단계 N-1이라 부른다. 단계 e)를 또한 단계 N이라 부른다.
하나의 구체예에서, 단계 a), c) 및 e)의 생물반응기에서의 배양 조건은 동일하다. 하나의 구체예에서, 단계 a), c) 및 e)의 생물반응기에서의 배양 조건은 pH, 용존 산소 장력 및 온도와 같은 공정 파라미터에 대해 균질한 환경을 갖는다. 하나의 구체예에서, 단계 a), c) 및 e)의 생물반응기에서의 pH, 용존 산소 장력, 및 온도는 동일하다.
본 발명의 하나의 구체예에서, 이송 단계 b) 및/또는 d) 이후 씨딩 비율은 적어도 10% v/v, 예컨대 적어도 11% v/v (1:9 희석) 및 최대 30% v/v, 예컨대 최대 20% v/v (1:5 희석)이다.
트레인
본 발명에 따르는 일회용 생물반응기 시스템은 또한 생물반응기 트레인 또는 장치에 사용될 수 있다.
생물반응기 트레인인, 하나의 구체예에서, 상이한 생물반응기를 포함할 수 있으며, 이는 또한 스테이지(stage)라 불린다. 예를 들어, 적어도 500 L, 예컨대 적어도 1000 L 부피의 생물반응기가 단계 N-3 및/또는 N-2에 대응할 수 있다. 적어도 2000 L, 예컨대 적어도 4000 L 부피의 생물반응기가 단계 N-1에 대응할 수 있다. 적어도 10,000 L, 예컨대 적어도 20,000 L 부피의 생물반응기가 단계 N에 대응할 수 있다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 단계 N-4에 대응하는 생물반응기, 예컨대 50 L 생물반응기가 있다. 본 발명의 하나의 구체예에서, N-4 생물반응기는 S-200 씨드 락킹(rocking) 생물반응기 또는 100 L 교반 탱크 반응기이다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 종횡비 HL/T는 적어도 0.17 및 최대 1.96이다.
하나의 구체예에서, 생물반응기 트레인은 서로 유체 연통하는 복수의 일회용 생물반응기를 포함할 수 있다. 복수의 일회용 생물반응기는 단일 컨트롤러 또는 다중 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 하나의 특별한 구체예에서, 일회용 생물반응기는 동일한 부피, 예컨대 전술한 부피 중 어느 하나를 가질 수 있다.
하나의 구체예에서, 생물반응기 트레인의 설계는 pH, 용존 산소 장력(DOT) 및 온도와 같은 공정 파라미터와 관련하여 균질 환경을 보장할 수 있고, 잘-혼합된 세포 현탁액을 유지할 수 있으며, 일회용 생물반응기 내에서 영양 공급물을 혼합시킬 수 있는 필요성에 기초한다. 일부 구체예에서, 생물반응기 트레인의 생물반응기는 기하학적 유사성을 나타낸다. 이는 예컨대 5 L 실험실 규모 또는 500 l 파일럿 규모에서 규모-축소 모델을 개발할 수 있게 한다. 일부 구체예에서, 단계 N-3, N-2 및 N-1의 생물반응기는 씨드-생물반응기로서 사용되는 반면, 단계 N의 생물반응기는 생산-생물반응기로서 사용된다. 씨드- 및 생산-생물반응기의 설계는 동일한 원리에 기초할 수 있다. 그러나, 특정 구체예에서, 공정의 유연성을 허용하기 위해 일부 변형이 필요할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본 발명의 일회용 생물반응기는 후술되는 바와 같이, 단일 컨트롤러와 유가식 또는 관류식이 되도록 직렬로 사용될 수 있다. 하나의 구체예에서, 아래에 설명된 바와 같은 단일 컨트롤러는 직렬의 유가식 만큼 많은 직렬의 관류식을 제어할 수 있다. 본 발명의 또 다른 양상은 일단 세포가 접종원/생산 용기에 들어간 경우 접종 관류를 자동화할 수 있게 한다. 특정 구체예에서, 이는 생산 규모를 증가시키기 위한 개발 규모 및 소규모 설비의 지원을 가능하게 할 것이다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 일회용 생물반응기는 관류식 용도에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 38을 참조하면, 관류식 공정을 수행하기위한 생물반응기 시스템(400)의 하나의 구체예가 도시된다. 생물반응기 시스템(400)은 본 발명에 따라 제조된 바이오공정 컨테이너(402)를 포함한다. 예를 들어, 바이오공정 컨테이너(402)는 가요성 필름으로 제조될 수 있고 단단한 금속 쉘에 삽입될 수 있다. 바이오공정 시스템(400)은 제1 임펠러(407) 및 제2 임펠러(406)에 결합된 회전식 샤프트(408)를 포함하는 혼합 장치를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 임펠러(407)는 제2 임펠러(406)로부터 이격된다. 제1 임펠러(407)는 바이오공정 컨테이너(402)의 중간 섹션에 위치하고, 한편 제2 임펠러(406)는 바이오공정 컨테이너(402)의 하부 섹션에 위치한다.
적용된 신선한 공급물 배지를 원하는 유속으로 공급하기 위해 공급 튜브(417)가 포함된다. 공급 튜브(417)는 유체가 공급 튜브(417) 내로 흐르는 것을 방지하기 위해 일방향 밸브로 종결될 수 있다.
생물반응기 시스템(400)은 또한 적어도 하나의 살포기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 38에 도시된 구체예에서, 생물반응기 시스템은 제1 살포기(405)를 포함한다. 제1 살포기(405)는 임펠러(406) 아래에 위치하는 표면아래 살포기이다. 살포기(405)는 공기, 산소, 질소, 이산화탄소 및 기타 가스를 바이오공정 컨테이너(402) 내에 포함된 배양 배지에 공급하기 위해 사용될 수 있다.
생물반응기 시스템(400)은 제2 살포기(420)를 포함한다. 제2 살포기(420)는 생물반응기 컨테이너(402)의 헤드 공간으로 가스를 공급하는 표면위 살포기일 수 있다. 예를 들어, 살포기(420)는 공기, 산소, 질소 및 이산화탄소와 같은 중첩 가스를 바이오공정 컨테이너에 공급할 수 있다.
생물반응기 시스템(400)은 시스템으로부터 가스를 방출하기 위해 배출구(422)를 더 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 바이오공정 컨테이너(402)는 재순환 라인(424)과 유체 연통한다. 재순환 라인(424)은 세포 보유 챔버(426)와 유체 연통한다. 압력 게이지(428)가 세포 보유 챔버(426) 내의 압력을 모니터링하는데 사용될 수 있다.
세포 보유 챔버(426)는 여액 출구(430)와 유체 연통할 수 있다. 여액 출구(430)는 바이오필터와 결합하여 배치된다. 여액 출구(430)는 폐액과 같은 세포 보유 챔버(426)로부터 액체를 제거하도록 구성된다. 그러나, 바이오필터는 액체에 대해 투과성이지만, 세포와 같은 생물학적 물질에 대해서는 불투과성이다. 여액은 바이오물질의 손실 없이 세포 보유 챔버(426)로부터 제거될 수 있다. 재순환 라인(424)의 위치는 변할 수 있다. 재순환 라인(424)은 바이오공정 컨테이너(402)의 상부 섹션, 중간 섹션 또는 하부 섹션에 위치될 수 있다.
생물반응기 시스템(400)은 유동 조절기(432)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유동 조절기(432)는 교차 접선 유동 조절기를 포함할 수 있다. 도시된 구체예에서, 유동 조절기(432)는 공기압 공급원일 수 있는 가압 가스 공급원(436) 및 진공 공급원(434)과 연통된다. 진공 공급원과 가압 가스 공급원의 상류에서, 유동 조절기(432)는 왕복운동 다이어프램(438)과 유체 연통한다. 유동 조절기(432)는 예를 들어, 왕복운동 다이어프램(438)을 사용하여 세포 보유 챔버(426)에 함유된 유체에 진공 또는 가스 압력을 교대로 인가하도록 구성된다. 왕복운동 다이어프램(438)은 예를 들어, 세포 보유 챔버(426)에 함유된 유체에 압력 인가와 흡입력 인가를 교대로 할 수 있다. 이러한 방식으로, 배양 배지와 같은 유체가 관류 공정을 수행하기 위해 바이오공정 컨테이너와 세포 보유 챔버 사이에서 앞뒤로 재순환될 수 있다.
시스템
본 발명은 또한 시스템에서의 일회용 생물반응기의 사용에 관한 것이다. 필요한 시스템 설정은 여기에 설명된 일회용 생물반응기 제어 시스템에서 다루어진다.
본 발명의 일회용 생물반응기를 형성하는 것은, 하나의 구체예에서, 스테인리스강 쉘에 삽입되고 팽창되는 일회용 생성물 접촉 바이오공정 컨테이너의 설치 및/또는 팽창에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 양상에서, 필터가 팽창 후에 쉘에 장착될 수 있다. 본 발명의 또 다른 양상에서, 프로브 및 샐플링 시스템이 팽창 후에 SUB에 장착될 수 있다.
하나의 구체예에서, 성장 배지가 감마-조사된 멸균 등급 필터를 통해 일회용 생물반응기로 여과될 때 생산이 개시될 수 있다. 일부 구체예에서, 이들 필터는 감마 조사 이전 또는 이후에 추가 라인에 용접될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 일부 구체예에서, 배양 배지 및 가스 유입 필터는 감마 조사 전에 바이오공정 컨테이너에 제공될 수 있다. 다음으로, 일부 구체예에서, 배지는 접종 전에 교반하에 일회용 생물반응기에서 (온도, pH 및 용존 산소) 평형을 이룰 수 있다. 생산 공정 중에, 추가 기질, pH 제어 용액 및 소포제가 첨가될 수 있다. 일회용 생물반응기는 이 공정 전반에서 지속적으로 모니터링될 수 있다.
하나의 구체예에서, 하나의 구체예에서, 세포 배양물은 여과 및 후속 정제 전에, 세포 및 세포 파편을 제거하기 위해 일회용 깊이 필터 시스템을 통해 수거될 수 있다.
SUB 제어 시스템
본 발명의 하나 이상의 양상에 따르면, 일회용 생물반응기 및 그 기능을 제어하기 위한 제어 시스템이 제공되며 이하에 설명될 것이다. 예로서, 제어 시스템은 하나 이상의 컨트롤러, 하나 이상의 열순환기, 하나 이상의 눈금(예컨대, 산업용 눈금), 하나 이상의 제어 펌프(예컨대, 자동 제어 연동 펌프), 및 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 또 다른 적절한 유형의 시스템 구성요소를 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 컨트롤러는 예컨대 센서를 통해 아래의 SUB 파라미터를 제어 및/또는 모니터링할 수 있으며: (1) pH, (2) 용존 산소 장력 (DOT), (3) 용존 CO2 (pCO2), (4) 공기, O2, CO2, N2, (5) 온도, (6) 교반, (7) 알칼리, (8) 영양 연속 공급, (9) 영양 샷 공급(nutrient shot feed), (10) 압력, (11) 발포, (12) 파라미터의 레벨 및 또 다른 적절한 유형, 이들 모두는 아래에서 더 자세히 설명된다. 컨트롤러는 적어도 하나의 센서와 연통할 수 있고, 센서에 의해 제공된 정보에 기초하여, 예컨대 유체 서플라이로부터 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 이동하는 유체의 유속을 변화시킴으로써, 물질 또는 유체 서플라이를 제어할 수 있다. 이와 같이, 일부 구체예에서, 컨트롤러는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저에 함유된 배양 배지의 적어도 하나의 파라미터를 현재 한계 내에서 유지하는 것을 도울 수 있다. 또 다른 구체예에서, 열순환기는 발효 가열(예컨대, 34℃ 내지 40℃의 생물반응기 설정치) 및 냉각(예컨대, 10 ℃의 생물반응기 설정치)를 위해 온도 제어를 가능하게 할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 눈금은 공급물 첨가 제어 및 모니터링을 위해 필요할 수 있으며(생물반응기 유닛 마다); 예를 들어, 하나의 눈금이 pH 제어에 연결된 알칼리 첨가 또는 공정 샷 공급물 첨가에 전용일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 자동 제어 펌프가 추가적인 공급물 추가 제어 및 모니터링을 위해 필요할 수 있다(생물반응기 유닛 마다).
하나의 구체예에서, 컨트롤러는 연구 및 소비자 프로세스 제조 및 개발 프로젝트를 위해 그들의 작동에서 증가된 유연성, 신뢰성 및 사용 용이성을 제공한다. 그러므로, 일부 구체예에서, 시스템은 개발 실험실에서 뿐만 아니라 GMP 환경에서 작동될 수 있어야 한다. 특정 구체예에서, SUB 시스템은 접종 반응기로서 또는 생산 유닛으로서 작동될 수 있다. 이와 같이, DO 제어와 같은 일부 제어 기능은 위 단락에서 설명한 것과 다를 수 있다. 하나의 구체예에서, 접종 모드에서 작동할 때, pH 또는 DO는 제어되지 않을 것이다. 하나의 구체예에서, 제어 시스템은 어느 작동 모드를 수용하도록 유연해야 한다. 일부 구체예에서, 둘 이상의 일회용 생물반응기 유닛이 상이하거나 동일한 부피로 제조에서 작동될 가능성이 있다. 모든 용기는 동일한 제어 기능을 요구할 수 있으며 각각의 유닛은 자체 제어 시스템을 요구할 수 있다. 또한, 일부 구체예에서, 제어 패키지는 제약 산업에 대한 유럽 및 미국의 규제 요구사항과 함께 cGMP 실행에 따른 장비에 대한 현재의 표준을 준수해야 한다.
둘 이상의 컨트롤러를 갖는 구체예에서, 컨트롤러는 스마트 통신 시스템의 구성요소일 수 있으며, 여기서 컨트롤러는 배양 공정 또는 그 일부 동안 서로 연통하거나 중앙 제어 시스템과 연통하여 공정 통합을 가능하게 할 수 있다. 다양한 구체예에서, 스마트 통신 시스템은 중앙 컨트롤러에 의한 중앙 의사 결정 또는 연속적인 통합 공정에서 유닛 운영자들 사이의 개별 의사 결정을 이용할 수 있다.
컨트롤러
컨트롤러는 여기에 기술된 일회용 생물반응기와 관련된 하나 이상의 구성요소 및/또는 관련 장비에 대한 다양한 명령을 제어하고 실행하도록 구성된 예컨대 프로세서 또는 컴퓨팅 장치와 같은 임의 유형의 프로세싱 하드웨어일 수 있다. 하나의 구체예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 둘 이상의 컨트롤러가 제어를 수행하는데 사용될 수 있고 제어 시스템의 다양한 구성요소가 시스템 네트워크를 통해 연결될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 36은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 예시적인 시스템을 도시한다. 시스템은 네트워크(190)에 연결된 컴퓨터(100), 서버 컴퓨터(130), 모바일 컴퓨터(140), 스마트 폰 장치(150), 태블릿 컴퓨터(160) 및 저장 장치(170)와 같은 하나 이상의 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(100)는 데스크탑 컴퓨터일 수 있고, 이는 1명 이상의 사용자에 의한 사용을 고려한 것이다. 컴퓨터(100)는 데스크탑 컴퓨터와 관련된 다양한 구성요소, 예컨대 하나 이상의 프로세서(102), 메모리(104), 예컨대 영구 및 플래시 메모리(이는 명령(105) 및 데이터(106)를 포함함), 및 하나 이상의 인터페이스(108), 및 디스플레이(110)를 포함한다. 다른 예에서, 컴퓨터(100)와 유사하게, 서버 컴퓨터(130)는 적어도 하나의 프로세서, 명령 및 데이터를 또한 포함하는 메모리, 하나 이상의 인터페이스, 및/또는 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 모바일 컴퓨팅 장치(140)는 랩탑 (또는 울트라 노트북과 같은 휴대용 또는 모바일인 임의 유형의 컴퓨터)일 수 있고, 또한 컴퓨터(100) 및/또는 서버 컴퓨터(130)와 유사한 구성요소를 포함할 수 있다. 컴퓨터(100)는 네트워크(190)를 통해 서버 컴퓨터(130), 모바일 컴퓨터(140), 스마트폰 장치(150), 태블릿 컴퓨터(160) 및/또는 저장 장치(170)와 통신하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터(100)는 예컨대 메모리(104)에 저장된 명령(105) 및/또는 데이터(106)와 같은 특정 정보의 처리에 기초하여 작업을 수행하도록 컴퓨터(100)의 다양한 구성을 지시하는 프로세서(102) (예를 들어, 컨트롤러)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 하나 이상의 연산, 예컨대 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 비교, 하나의 프로그램에서 다른 프로그램으로의 전환, 입력 및 출력 조작 등을 수행하도록 구성될 수 있는 하드웨어일 수 있고, 중앙 처리 장치(CPU)와 같은 임의의 표준 프로세서이거나 또는 애플리케이션-특이성 집적 회로(Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA) 또는 산업용 프로세스 컨트롤러와 같은 전용 프로세서일 수 있다.
영구적이든 또는 플래시이든, 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 실행, 검색, 조작, 및/또는 저장될 수 있는 명령(105) 및 데이터(106)와 같이, 프로세서(102)에 의해 액세스 가능한 정보를 저장하도록 구성된 임의 유형의 하드웨어일 수 있다. 이는 컴퓨터(100)에 물리적으로 포함되거나 컴퓨터(100)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 ROM, RAM, CD-ROM, 하드 드라이브, 기록 가능, 판독 전용 등일 수 있다. 또한, 메모리(104)에 저장된 명령(105)은 프로세서(102)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 실행될 수 있는 임의의 명령들의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 명령(105)은 SUB 제어 시스템의 다양한 양상을 제어하기 위해 프로세서(102)에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어와 관련된 하나 이상의 "단계"일 수 있다. 본 발명의 하나의 양상에 따르면, 명령(105)은 SUB와 관련된 다양한 값 및/또는 파라미터를 판독하기 위한 적어도 한 세트의 실행 가능한 명령들을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 데이터(106)는 제어 모듈에 의해 사용될 수 있는 데이터, 예컨대 센서 판독 값, 센서에 의해 수집된 데이터, 미리결정된 파라미터, 밸브, 펌프, 교반기, 눈금, 스위치, 온도 측정, 압력 측정, 레벨 측정, 용존 산소 측정 등과 관련된 판독 값을 포함할 수 있다.
인터페이스(108)는 특정 장치일 수 있으며(예컨대, 필드-장착된 기기, 프로세서-대-프로세서 통신, 키보드, 마우스, 터치 감지 스크린, 카메라, 마이크로폰 등), 사용자와 다양한 구성요소로부터의 정보/데이터의 네트워크(190)를 통한 상호작용과 같은 정보 또는 데이터의 수신을 허용하는 연결부 또는 포트일 수 있다. 대안으로, 인터페이스(108)는 사용자/운영자에게 디스플레이되는 디스플레이(110) 상의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)일 수 있다. 예를 들어, GUI는 프로세싱 유닛 및 데이터를 사용자 또는 운영자에게 디스플레이하는 운영자 인터페이스(OI)일 수 있다. 또한, 디스플레이(110)는 데이터를 사용자에게 전달할 수 있는 임의의 적합한 유형의 장치일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(110)는 액정 디스플레이(LCD) 스크린, 발광 다이오드(LED) 스크린, 플라즈마 스크린 등일 수 있다.
네트워크(190)는 네트워크의 하나 이상의 구성요소 간에 데이터, 명령 등의 전송을 용이하게 하도록 구성된 유선 또는 무선의 임의의 적합한 유형의 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 네트워크(190)는 근거리 통신망(LAN) (예를 들어, 이더넷 또는 다른 IEEE 802.03 LAN 기술), Wi-Fi (예를 들어, IEEE 802.11 표준), 광역 네트워크 (WAN), 가상 사설망(VPN), 글로벌 영역 네트워크(GAN), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 컴퓨터(100), 서버 컴퓨터(130), 모바일 컴퓨터(140), 스마트폰 장치(150), 및/또는 태블릿 컴퓨터(160)는 네트워크(190)를 통해 서로 접속하여 통신할 수 있다.
컴퓨터(100)는 상술한 예에서 데스크탑 컴퓨터일 수 있지만, 컴퓨터(100)는 데스크탑 컴퓨터에만 국한되지 않으며, 도 36에 도시된 임의의 컴퓨터는 데이터 및/또는 명령을 처리하고 데이터를 송신 및/또는 수신할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 또한, 이들 구성요소는 실제로 동일한 물리적 하우징 내에 저장되거나 저장될 수 없는 다수의 프로세서, 메모리, 명령, 데이터 또는 디스플레이를 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
pH 제어
본 발명의 하나의 구체예에 따르면, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러, 예컨대 도 36의 컴퓨터(100)의 하나 이상의 프로세서는, 적어도 하나의 센서, 일부 구체예에서 적어도 2개의 센서, 예컨대 전기화학적 센서를 통해 바이오공정 컨테이너 내의 바이오물질의 pH 값을 측정하고 수신하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 절차 중에 하나의 pH 센서만 사용하거나 둘 이상의 pH 센서를 사용할 수 있다. 각각의 pH 센서는 컨트롤러와 연통되어 사용될 수 있다. 2개의 센서가 사용될 때, 컨트롤러는 측정된 pH 값에 오류가 감지되었는지 여부에 따라 수동 또는
자동으로 2개의 센서 중에 선택할 수 있다. pH 판독값에 기초하여, 컨트롤러는 필요한 양의 산 또는 알칼리를 첨가함으로써 pH 레벨을 조절할 수 있다.
다른 예에서, 컨트롤러는 CO2 가스 서플라이를 사용하여 pH를 낮추고 펌핑된 액체 알칼리를 사용하여 pH를 증가시켜 설정치를 제어할 수 있다. CO2 가스 서플라이 및/또는 액체 알칼리 서플라이는 바이오공정 컨테이너와 유체 연통될 수 있다. 하나의 구체예에서, "이중" pH 설정치를 동작시키는 능력이 구현될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 높고 낮은 pH 설정치를 사용자가 구성할 수 있다. 높은 설정치와 낮은 설정치 사이에는, 제어 작용(CO2 또는 알칼리)이 필요하지 않을 수 있으며 pH는 이 대역 내에서 변동될 수 있다. pH가 낮은 pH 설정치보다 낮으면, 알칼리가 필요할 수 있으며, pH가 높은 설정치보다 높으면 CO2가 필요할 수 있다. 특정 구체예에서, 컨트롤러는 CO2와 알칼리의 첨가 사이에 "싸워서(fight)" 서로 상쇄작용하여 각각의 과량을 초래해서는 안된다.
이와 같이, 예를 들어, 컨트롤러는 2개의 상이한 및/또는 반대 출력 사이에서 pH 설정치를 설정하고 제어 할 수 있으며, 그 중 첫 번째는 CO2 물질 흐름 제어식 가스 첨가이고 두 번째는 알칼리 용액의 비례 제어 펌프 첨가일 수 있다. 더욱이, 컨트롤러는 측정 pH 값에 기초하여 온도 보상을 수행하도록 구성될 수 있으며, 여기서 온도 값은 하나 이상의 pH 센서로부터 선택될 수 있다.
컨트롤러는 사용자 또는 운영자가 별도의 값을 입력하고, pH 측정치 및 후속 제어에 기초한 특정 제어 또는 제어 동작, 예를 들어 CO2 첨가 또는 알칼리 첨가가 존재하지 않을 수 있는 상부 및 하부 구역을 정의할 수 있게 한다. 이를 "데드밴드(deadband)" 기능이라고 할 수 있다. 공정 설정치와 관련하여 +/- 0.01 내지 +/- 0.30 pH 단위일 수 있는 데드밴드 기능을 사용하는 경우, pH 및 해당 CO2 첨가의 공정 제어는 최소 변동일 수 있다. 다른 예에서, 컨트롤러는 2개의 pH 설정치를 수신하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 하나는 데드밴드의 어느 한쪽 끝에서 있음). pH 데드밴드(예를 들어, 최소 설정치에 대해 +/- 0.01 pH)로 작동할 때, CO2와 알칼리 첨가 사이에 제어 부조화 및/또는 불일치가 없어야 함을 이해할 수 있다.
최소 이러한 관점에서, pH를 제어하는 컨트롤러의 많은 장점 중 하나는, 시스템이 CO2 및/또는 알칼리의 안정한 첨가(예를 들어, 최소 변동)로 설정치(들)에 대한 응답성 및 순응성을 나타낼 수 있다는 것이다.
또 다른 예에서, 컨트롤러는 제어 및 임의의 비-제어 pH 센서 사이의 편차와 같은 임의의 편차를 경보 시스템을 통해 사용자 또는 운영자에게 경고할 수 있다. 편차의 범위는 도 1의 컴퓨터(100)의 인터페이스(108)와 같은 인터페이스를 사용하여 사용자/운영자에 의해 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 양상에서, 오프-라인(off-line) pH 측정 값을 조정하기 위해 단일-점 교정이 사용될 수 있다.
DOT 제어
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러, 예를 들어 컴퓨터(100)의 프로세서는 적어도 하나의 센서, 일부 예에서 적어도 2개의 센서, 예컨대 전기화학적 센서를 사용하여, 용존 산소 레벨, 예컨대 DOT를 측정하고 제어하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 pH 제어와 유사하게, DOT 제어 절차 동안, 오직 하나의 센서가 사용될 수 있거나 둘 이상의 센서가 사용될 수 있다. 2개의 센서가 사용되는 경우, 컨트롤러는 DOT 측정치에 오류가 감지되었는지 여부에 따라 (수동 또는 자동으로) 2개의 센서 중에 선택할 수 있다.
DOT 설정치는 계단식(cascaded) 포맷으로 동작될 수 있는 압축 공기 및 압축 산소 물질 흐름 제어 가스의 첨가에 대응하는 각각의 출력(들)에 기초하여 제어될 수 있다. 따라서, 하나의 구체예에서, 공기 및 산소 제어를 사용할 때, 구성가능한 공기 흐름 수치에 도달할 때까지 DOT 레벨은 오직 공기로 유지될 수 있다. 더욱이, 산소는 일정한 공기 흐름을 유지하면서도 DOT 수요를 충족시킬 수 있다. 그러나, 예를 들어, 산소 요구가 불충분할 때(예컨대, 구성가능한 설정치에서), 컨트롤러를 통한 제어는 자동으로 공기로 복귀될 수 있다.
또 다른 예에서, 여기에 기술된 pH 센서와 유사하게, 컨트롤러는 측정된 DOT 값에 기초하여 자동 온도 보상을 수행하도록 구성될 수 있고, 온도 값은 하나 이상의 DOT 센서로부터 선택될 수 있다.
이와 같이, DOT의 제어를 수행하는 컨트롤러의 장점은 시스템이 시스템이 공기 및/또는 O2의 안정한 첨가(예를 들어, 최소 변동)로 설정치(들)에 대한 응답성 및 순응성을 나타낼 것이라는 점이다. 컨트롤러는, 예를 들어, 컨트롤러가 제어 및 비-제어 DOT 및/또는 pH 센서 사이의 편차 또는 변동을 감지 할 때 경보 시스템을 통해 운영자에게경고할 수 있다. 일부 구체예에서, 편차의 범위는 사용자에 의해 구성가능하다. 또 다른 양상에서, 오프-라인(off-line) DOT 측정 값을 조정하기 위해 단일-점 교정이 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 공급될 수 있는 적어도 2가지 유형의 DOT 제어: 캡핑된 공기 방법 및 가스 혼합 방법이 있을 수 있다. 캡핑된 공기 방법에서, 단일 물질 흐름 컨트롤러(MFC)를 통해 유입된 사용자-정의가능한 질소의 연속 흐름이 수행될 수 있다. DOT 제어는, 공기 유속이 사용자 정의 한계에 도달할 때 (물질 흐름 컨트롤러를 통해) 산소 공급을 시작할 수 있는 능력으로, 물질 흐름 컨트롤러를 통해 공기 유속을 증가시켜 쉘의 산소 요구량을 일치시켜 달성된다. 이러한 상황에서 공기는 고정된 유속에서 캠핑될 수 있고 요구량을 보충하기 위해 (PID 제어 하에) 산소가 추가될 것이다. 산소가 더 이상 필요하지 않을 때, 제어는 공기 흐름으로 복귀한다. 가스 혼합 방법에서, 예를 들어, DOT 및 pH는 완전 3+1 가스 혼합 시스템에 의해 제어될 수 있다. DOT는 사전-결정된, 사용자 선택가능 전체 가스 유속에서 공기/질소 및 산소의 혼합을 변화시킴으로써 제어된다. pH 제어는 전체 가스 유속을 증가시키지 않고 CO2를 첨가함으로써 수행된다.
pCO 2 제어
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러는 용존 CO2 (pCO2)를 모니터링하고 제어할 수 있다. 예를 들어, pCO2는 센서를 사용하여 측정될 수 있고 측정치는 송신기에 의해 전송될 수 있다. 송신기는, 일부 예에서, 컨트롤러의 하우징 내에 물리적으로 장착될 수 있지만, 제어는 사용자가 인터페이를 통해 단일 점 및/또는 2-점 교정을 수행하도록 예컨대 컨트롤러의 인터페이스에서 외부적으로 수행될 수 있다. 또 다른 예에서, pCO2는 예를 들어 물질 흐름 제어(MFC)를 통해 살포기로 독립적인 공기 흐름에 연결될 수 있으며 MFC를 통해 최소 CO2 흐름 출력을 설정할 수도 있다.
하나의 구체예에서, pCO2 측정 값은 살포기(일부 예에서, 이는 생물반응기 입구 및/또는 멸균 여과부에 앞서 또 다른 살포기와 결합할 수 있음) 및 또한 CO2 MFC 밸브로의 공기흐름에 대한 제어를 가능하게 한다. 예로서, 제어는 pH 및 DOT 값의 적절한 설정치 제어를 유지하면서 과도하게 높거나 낮은 pCO2의 조건을 방지하도록 수행될 수 있다. 이를 위한 제어 프로세스는 고정된 속도의 공기흐름을 하나의 살포기에 자동으로 첨가하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 제1 pCO2 경보 값(예컨대, "hihi" 값)의 활성화에 의해 시작될 수 있다. 일부 예에서, 개방된 파이프를 통한 공기흐름은 CO2를 제거하여 pCO2를 감소시킬 수 있다. 그 후, 또 다른 살포기로 고정된 속도의 CO2가 자동으로 첨가될 수 있고 고정된 속도의 CO2는
제2 pCO2 경보 값(예컨대, "lolo" 값)의 활성화에 의해 시작될 수 있다. 예를 들어, lolo 경보는, 활성 pH 제어에 대한 현재 상태와 관계없이, CO2 물질 흐름 제어 밸브가 예를 들어 전체 스팬(full span)의 2 %(이는 운영자에 의해 설정된 값일 수 있음)에서 개방을 유지하도록 작동시킬 수 있다.
산화환원
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러는 하나 이상의 센서를 사용하여 취할 수 있는 환원-산화(산화환원) 측정을 모니터링할 수 있다. 실시예에서, 산화환원 측정치를 전송하기 위한 송신기가 구현될 수 있다.
가스
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 하나 이상의 컨트롤러는 여기에 기술된 pH 및 DOT의 제어와 관련 될 수 있는 예컨대 공기, 산소, CO2, N2와 같은 가스의 흐름을 제어하는데 사용될 수 있다. 예컨대 생물반응기의 베이스에 위치한 단일 살포기를 사용하여 가스를 생물반응기 내로 유입할 수 있다. 대신에, 2개의 살포기 출구 및 해드스페이스에 대한 1개의 출구가 또한 사용될 수도 있다. 예를 들어, 가스들은 다음의 전체 스팬 생물반응기 범위에서 최대 수준의 작동 조건 하에서 살포기 및 헤드스페이를 통해 동시에 생물반응기로 유입될 수 있다.
예로서, 컨트롤러는 수동 활성화(예를 들어, 운영자에 의해 수행됨) 및/또는 자동 활성화(예컨대, 인-라인 pCO2 측정에 연결됨)를 통한 가스의 흐름 제어를 활성화하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에서, 가스 중첩(예를 들어, 공기)은 물질 흐름 제어 밸브를 통해 제어될 수 있다. 컨트롤러는 세포 배양 작업 동안 수동 변수 설정치 변화를 허용할 수 있다. 필요한 범위는 다음과 같다: SUB 50L: 0 내지 0.5L; SUB 250L: 0 내지 1L; SUB 1000L: 0 - 2L. 이들 값은 추가 연산 데이터가 얻어지면 재정의될 수 있음이 이해될 것이다.
또한, 가스 중첩 흐름 값은 예컨대 터치 스크린(또는 다른 휴먼 머신 인터페이스(HMI))과 같은 인터페이스에 디스플레이 될 수 있다. 디스플레이 화면은 실제 값과 설정 값을 나타낼 수 있다. 가스 중첩 설정 값이 경보 한계를 벗어나면 경보가 울릴 수 있다. 메시지가 알람 화면에 나타나고 전자적으로 기록될 수 있다. 그리고 hihi 경보에 도달하면 가스 중첩을 자동으로 끌 수 있는(switch off) 기능이 필요할 수 있다. 이는 압력 용기로 평가되지 않기 때문에 바이오공정 컨테이너 내부의 압력 상승을 방지한다. 가스 중첩이 꺼졌음을 경고하는 메시지가 화면에 깜박이면서 나타난다. 이 메시지가 또한 기록될 수 있다. 작업자가 경보를 인지하고 시스템이 가스 흐름에 대처할 수 있는지를 확인하면 가스 흐름 중첩의 재시작이 터치 스크린 상에서 수동으로 수행될 수 있다.
온도 제어
본 발명의 하나의 구체예에 따르면, 하나 이상의 컨트롤러는 여기에 설명된 바와 같이 바람직하게는 워터 재킷 시스템인 열 재킷 시스템을 사용하여 SUB의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 열순환기, 일부 실시예에서는 적어도 2개가 가열 및 냉각에 사용된다.
일 실시예에 따르면, SUB의 온도는 온도 센서를 사용하여 생물반응기 용기 내용물의 온도 측정에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 인-라인 생물반응기 온도 센서가 각각의 생물반응기에 대해 사용될 수 있다. 그 대신에 및/또는 추가적으로, 깊이 센서가 사용될 수도 있다.
또 다른 예에 따르면, 컨트롤러(들)는 제어와 임의 비-제어 온도 센서 사이의 변동을 검출할 수 있는 경보 시스템을 통해 임의 유형의 편차를 사용자에게 경고하도록 구성될 수 있다. 이러한 편차의 범위는 컨트롤러의 인터페이스, 예를 들어 컴퓨터(100)의 인터페이스(108)를 통해 사용자에 의해 구성가능 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 용기 내용물의 순환 및 온도 제어는 생물반응기 작동 중에 고온점 및 저온점을 회피하도록 설계될 수 있다. 하나의 양상에서, 온도 제어는 10 내지 40 ℃의 범위에서 ± 0.2 ℃로 유지될 수 있다. 또 다른 양상에서, 온도 제어는 10.0 내지 20 ℃ 및 36 내지 40 ℃의 범위에서 ± 1.0 ℃로 유지될 수 있다. 또 다른 양상에서, 온도의 오버-슈팅 및 언더-슈팅은 0 내지 40 ℃ 범위의 임의 설정치 사이에서 +0.8 ℃ 변동을 초과하지 않아야 한다. 다른 구체예에서, 온도는 10 내지 40 ℃ 범위의 발효 중에 +/- 0.1 ℃로 일정하게 제어될 수 있다. 특정 구체예에서, 임의의 일회용 구성 부품에 대한 손상을 피하기 위해 히터는 40 ℃ 이상에서 사용되어서는 안된다.
또한, 온도 측정 및 제어, 데이터 기록 및 경보, 그리고 pH 센서 유닛에 대한 온도 보상을 위한 신호가 제공될 수 있다. 소수점 한자리까지의 온도 값의 연속적 디지털 표시가 제공될 수 있다. 온도 판독값의 표시는 모의 터치 스크린(또는 다른 HMI)에 있어야 하며 실제 판독값과 원하는 설정값 모두에 맞아야 한다.
가열 메커니즘을 위해, 예를 들어, 컨트롤러는 SUB 반응기에 부착된 전기 재킷을 위한 출력을 공급할 수 있다. 플러그 및 소켓에는 실수로 리드를 제거하지 못하도록 양성 잠금 장치가 있을 수 있다.
알고리즘이 히터 액추에이터에 대한 온도 제어를 위해 사용될 수 있다. 컨트롤러가 사용하는 온도 값을 기록에 사용할 수 있어야 한다. "높음 높음, 높음" 및 "낮음 낮음 낮음"의 알람 한계로 사용자가 정의할 수 있는 설정치가 있다. 다양한 용어를 자동 조정할 수 있어야 한다.
교반
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 하나 이상의 컨트롤러는 임펠러, 예를 들어 이중 임펠러 시스템을 통해 생물반응기 용기(예컨대 400L 용기) 내의 액체의 기계적 순환을 제어할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러는 모터의 상단 다음에 장착될 수 있는 보정된 회전속도계로부터의 입력에 적어도 부분적으로 기초하여 교반 속도를 측정하고 제어할 수 있다.
발효 중 공급물 첨가
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러는 연동식 첨가 펌프가 자동 또는 수동 모드로 작동되도록 할 수 있다. 예를 들어, 첨가 펌프는 전용 눈금 및/또는 전용 펌프 적산기를 통해 모니터링될 수 있는 알칼리 첨가를 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 가변 속도에서 다수의 연속 공급물 첨가뿐만 아니라 다중 샷 공급물 첨가(전용 눈금 및/또는 전용 펌프 적산기를 통해 모니터링될 수 있음)가 있을 수 있다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 자동화 소프트웨어는 예를 들어 샷 부가 시퀀스(shot addition sequence)를 실행하기 위해 제어기에 의해 실행될 수 있다.
공급물 첨가는 제어 시스템을 통해 작동될 수 있고, 일정 기간 동안의 양에 기초하여 점진적 공급물 첨가 또는 단일 샷을 허용할 수 있다.
하나의 예에서, 생물반응기 유닛 당 3개의 산업용 눈금이 공급물 첨가 제어 및 모니터링을 위해 사용될 수 있다. 각각의 산업용 눈금은 다음과 같이 전용될 수 있다: pH 제어에 연결된 알칼리 첨가 또는 공정 샷 공급물 첨가에 전용인 제1 눈금("눈금 1"), "연속 공급 1"에 전용인 제2 눈금("눈금 2"), 및 "연속 공급 2"에 전용인 제3 눈금("눈금 3").
또 다른 예에서, 추가적인 공급물 첨가 제어 및 모니터링의 위해, 생물반응기 당 7개의 자동 제어 연동 펌프가 사용될 수 있다(예를 들어, 시스템 당 필요에 따라 7개의 독립적인 펌프 랙 세트 2개 및/또는 개별 세트). 펌프는 pH에 대한 알칼리 첨가, 연속 공급 1, 연속 공급 2, "샷 공급 1", "샷 공급 2", "샷 공급 3", 및 "샷 소포제" 첨가에 전용될 수 있다. 연동 펌프는 예를 들어 가변 속도로 구성될 수 있다. 펌프 속도는 조작자가 입력한 필요한 첨가 공급 속도를 달성하기 위해 제어 시스템에 의해 자동으로 결정될 수 있다. 수동 모드에서, 펌프 속도는 조작자가 결정하고 설정할 수 있다.
또한, 하나의 구체예에서, 전달 속도는 구성된 설정치(들)에 근접하여 최대 및 최소 전달 속도를 한정하기 위해 구성가능한 경보 한계를 포함할 수 있다. 또한, 공급 속도는 중량 손실 측정치에 기초하거나 또는 교정된 흐름 컨트롤러를 통해 자동으로 확인될 수 있다.
예로서, 소포제 첨가, 및 샷 공급 1, 2 및 3은 다음과 같이 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 조작자는 조작자가 선택한 가변 속도로 펌프를 켤 수 있다. 라인을 생물반응기의 진입 지점까지 프라이밍 한 후, 실제 첨가는 펌프 적산기에 의해 정량화된다. 예를 들어, 외부 눈금이 펌프 보정에 사용될 수 있다. 일단 프라이밍되면, 단일 첨가를 투여(발효 중 여러 날에 반복됨)하기 위한 컨트롤러 시설이 구현될 수 있다. 이어서, 사용자는 양을 투여량으로 입력한다.
여기에 설명된 바와 같이, SUB는 다음을 연결하는데 적합한 포트를 이미 가질 수 있다: 배지 충진 및 접종; pH 제어용 알칼리; 가변 속도 연속 공급 1(예컨대, 배취 부피의 약 25 %); 가변 속도 연속 공급 2(예컨대, 배취 부피의 약 13 %); 샷 1 산성(예컨대, 배취 부피의 약 2 %); 샷 2 알칼리(예컨대, 배취 부피의 약 1 %); 샷 3 pH 중성(예컨대, 배취 부피의 약 2 %); 소포제 (예컨대, 배취 부피의 약 0.1 %). 적절한 투여 카트, 눈금, 및/또는 펌프 타워 장치를 사용하여 바닥 공간을 최대한 활용하고 작업자가 배취를 시작할 때 설정에 액세스할 수 있다.
또한, 배지 및 접종 첨가는 생물반응기 부하 전지를 사용하여, 조작자에 의해 수동으로 제어될 수 있다. 알칼리(예컨대, 단단한 트레이에 있는 배지 필로우 바이오공정 컨테이너)는 기존 선반에 위치될 수 있으며 첨가를 모니터링 및/또는 합산하기 위해 눈금 또는 펌프를 사용하여 모니터링 될 수 있다.
연속 공급 1(예컨대, 원통형 강성 드럼 내의 크고 똑바로 선 바이오공정 컨테이너)은 낮은 레벨 (또는 바닥 공간) 전용 눈금에 위치될 수 있다. 예를 들어, 공급 속도 설정치에 대한 피드백 프로세스 제어가 구현될 수 있다. 눈금은 빈 컨테이너로 영점이 될 것이다. 사용자 설정가능 lolo 레벨 경보에서, 피드백 제어를 정지시키기 위한 인터록(interlock)(예를 들어, 빈 바이오공정 컨테이너로부터의 첨가를 시도하지 않음)이 사용될 수 있다.
연속 공급 2(예컨대, 강성 트레이 내의 배지 필로우 바이오공정 컨테이너)는 전용 눈금으로 낮은 레벨(또는 바닥 공간)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 공급 속도 설정치에 대한 피드백 프로세스 제어가 구현될 수 있다. 위와 유사하게, 눈금은 빈 컨테이너로 영점이 될 수 있다. 사용자 설정가능 lolo 레벨 경보에서, 인터록(interlock)이 피드백 제어를 정지시킬 수 있다(예를 들어, 빈 바이오공정 컨테이너로부터의 첨가를 시도하지 않음).
샷 1, 2 및 3(예컨대, 강성 트레이 내 배지 필로 바이오공정 컨테이너)은 기존의 전용 선반을 공유할 수 있으며, 첨가를 모니터링하고 및/또는 합산하기 위해 눈금(알칼리에 사용하지 않는 경우) 또는 펌프를 사용하여 모니터링될 수 있다. 소포장치(예컨대, 소형 바이오공정 컨테이너 또는 유리 흡인기)가 기존 선반에 위치될 수 있으며 첨가를 모니터링 및/또는 합산하기 위해 전용 펌프에 연결될 수 있다. 7개의 연동 펌프에 배관, 예컨대, 하나의 구체예에서, 3.2 x 8.0 mm 실리콘 배관 또는 1/4 " x 7/16" c- 플렉스 또는 6 mm x 12 mm 실리콘 배관이 장착될 수 있다.
예로서, 프로세스는 배취 동안 정해진 양 및 시간에 3회 샷을 추가하는 것을 포함할 수 있다. 3회 샷은 산성, 알칼리성 및 중성이며 그 순서대로 추가될 수 있다. 첨가 당 샷 부피는 비교적 작을 수 있다(예컨대, 표적 생물반응기 시작 부피의 0.15 내지 0.5 %). 3회 샷의 동일한 세트를 배취 동안 여러 날 첨가한다. 이러한 샷을 추가할 때, pH 제어를 위한 알칼리 출력을 먼저 억제할 필요가 있는데, 이는 산성 샷 도중 알칼리가 불필요하게 (그리고 비가역적으로) 첨가되는 것을 방지한다. 그러나 이것은 곧 이어질 수 있는 알칼리 샷에 의해 상쇄작용될 수 있다.
또한, pH를 위한 CO2 첨가가 전체적으로 활성상태를 유지할 수 있다. 프로세스가 알려진 범위 내에서 제어되도록 하기 위해서, 이러한 샷은 예컨대 lolo 및/또는 hihi 알람을 시작하는 것과 같이, 수용가능한 pH 범위를 벗어나지 않도록 적절한 속도로 추가될 수 있다. 샷 순서의 자동화는 따라서 다음을 포함할 수 있다: (1) 추가될 각 샷에 대한 사용자 정의가능 부피, (2) 첫 번째 샷 직전에 pH 제어를 위한 알칼리 첨가 억제, (3) 샷 액체 위치가 생물반응기에 대한 진입 지점에 있는지 확인하기 위한 튜빙 프라임 단계(예컨대, 육안 검사를 기준으로 운전자가 중단), (4) 각각의 샷이 연속적으로 첨가됨("옵션 1"); 및 모든 3회 샷이 동시에 첨가됨("옵션 2"). 샷 추가 동안, pH가 lolo 또는 hihi 알람 한계에 도달하면, pH lo 또는 hi 경보가 재설정될 때까지 대기하도록 첨가 순서가 일시 정지된다. 컨트롤러는 또한 샷 순서 완료시 그리고 pH가 lo 및 hi 경고 내에 있을 때 pH 제어를 위해 알칼리 첨가를 재활성화할 수 있다.
하나의 양상에서, 샷 첨가 모니터링을 위한 눈금의 사용이 사용될 수 있다. 예를 들어, 3회 샷은 개별 트레이에 적재될 수 있는 하나 이상의 별도의 바이오공정 컨테이너에 저장될 수 있다. 이러한 트레이의 스택은 단일 눈금에 배치될 수 있고, 이 경우, 연속적으로 첨가되는 샷(예컨대, 옵션 1)은 눈금의 질량 변화를 사용하여 수행할 수 있다.
또 다른 양상에서, 샷 첨가 모니터링을 위한 펌프 적산기의 사용이 구현될 수 있다. 펌프는 이러한 배관 유형에 맞게 조정될 수 있는 전용 배관 라인을 가질 수 있다. 전산기를 프라이밍 및 리셋한 후, 펌프는 추가할 정확한 양을 결정할 수 있으며 이 양을 또한 데이터 기록할 수 있다. 각 펌프는 독립적으로 작동하기 때문에 옵션 1(직렬로 추가됨) 또는 옵션 2 (병렬로 추가됨)가 적합하며, 이는 단일 스케일에서 수행되는 것과 반대이다. 적어도 이러한 관점에서, 옵션 2 접근법과 관련하여, 낮은 pH 및 높은 pH 변동은 생물반응기로 함께 들어가는 산성 및 알칼리 샷 둘 모두에 의해 감소되고 제거된다. 이러한 시나리오에서는 lolo 및 hihi pH 모니터링 순서가 여전히 필요할 수 있지만, pH가 알람 범위 내로 돌아갈 때까지 기다리는 대신, 산성 샷 (pH가 lolo 알람에 접근하는 경우) 또는 알칼리 샷 (pH가 hihi 알람에 접근하는 경우)을 중지하여 응답을 수행할 수 있다.
생물반응기 압력
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러는 생물반응기 헤드스페이스 상에 장착된 장치를 통해 생물반응기 압력을 모니터링하고 제어할 수 있다. 사용자가 정의한 압력 경보 값에서, 이는 제어 동작이 모든 가스 첨가를 안전 인터록으로서 중단하도록 할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 음압 및 양압을 측정하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 시스템 일관성 및 향상된 압력 테스트 성능을 위해, 디지털 디스플레이 압력 센서가 제공될 수 있다. 또한, 가스 출구에 생물반응기 압력 제어 밸브를 추가하는 것이 가능하며, 이는 디지털 디스플레이 압력 센서를 기반으로 하는 생물반응기의 피드백 압력 제어를 가능하게 한다.
SUB는 정격 압력 용기가 아니기 때문에, 맞춤 설계된 SUB 바이오공정 컨테이너에 일회용 압력 변환기가 설치될 수 있다. 일부 구체예에서, SUB 바이오공정 컨테이너의 내부 압력은 일정 압력을 초과해서는 안된다. 압력을 경보하고 데이터 기록하기 위한 규정이 필요할 수도 있다. 컨트롤러는 고압 경보가 울리면 가스를 차단하도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 컨트롤러는 가스를 차단하기 전에 예컨대 핀치 밸브를 개방함으로써, 제2 가스 출구 필터를 개방하도록 구성될 수 있다. 바이오공정 컨테이너가 과압 상태임을 나타내는 메시지가 화면에 나타나야하며, 이 메시지는 기록될 수 있다. 가스를 다시 시작하려면 안전상의 이유로 두 번째 프롬프트(예컨대, "확실합니까?")가 표시될 수 있다.
소포제(Antifoam)
본 발명의 또 다른 구체예에서, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러는 적어도 하나의 발포 센서 및 송신기를 구형할 수 있으며, 이는 SUB에 직접 통합될 수 있으며 질량으로 첨가될 소포제의 양을 결정할 수 있으며, 이는 또한 인터페이스에서 조작자에게 표시될 수 있다. 예를 들어, SUB 내의 거품의 레벨 또는 측정치가 측정되어 소포제의 필수 수준을 유지하기 위해 추가 처리를 위해 컨트롤러로 전달될 수 있다. 또한, 이들 판독값은 조작자용 인터페이스 상에 표시될 수 있다. 수동 제어를 사용하는 경우 조작자가 필요한 유속을 설정하기 위한 규정이 만들어질 수 있다. 컨트롤러를 사용하는 경우, 시간 지정 켜기/끄기 방법을 사용할 수 있다. 하나의 예에서, 켜기 및 끄기의 기간은 터치 스크린을 통해 조작자에 의해 정의될 수 있다.
레벨
본 발명의 또 다른 구체예에서, SUB 제어 시스템의 하나 이상의 컨트롤러는 레벨 값을 검출하기위한 레벨 센서 및 송신기를 통합할 수 있다. 이러한 값은, 여기에 설명된 많은 또 다른 측정된 값처럼, 또한 조작자에게 표시될 수 있다.
보조 입력 및 제어 루프
본 발명의 하나의 구체예에 따르면, 신호 생성을 위한 적어도 2 개의 보조 입력이 SUB 제어 시스템을 제어하기 위해 사용되는 각각의 컨트롤러에 필요할 수 있다. 예를 들어, 채널이 바이오매스 센서와 송신기 출력(예컨대, Aber Instruments BM 200, 산화환원 센서 등)의 연결에 사용될 수 있다.
또한, 예를 들어, 신호 생성 및 피드백 제어를 위한 적어도 2 개의 보조 입력이 각 컨트롤러에 대해 구현 될 수 있다. 채널은, 여기서 예를 들어, 광 DOT 센서(예컨대, Mettler Toledo InPro6960i 등)의 연결에 사용될 수 있다.
소프트웨어
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 소프트웨어 및/또는 SUB 제어 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령 세트가 제공될 수 있다. 예를 들어, 여기에 설명된 하나 이상의 제어 절차에 대한 애플리케이션 코드는 "루틴" 또는 모듈(예컨대, 스케일링, 모터 제어, 계산 블록 등)의 확립된 라이브러리로부터 개발될 수 있다. 루틴은 사전에 테스트 되고, 문서화되고, 개발되고 그리고 검증될 수 있다. 또한, 불안정한 배지와 관련된 입력 신호는, 예를 들어, 의사 동작을 제거하기 위해, 회로 내에서 또는 소프트웨어 기능으로서 적용되는 댐핑 기능(damping facility)을 포함할 수 있다(예를 들어, 프로세스 변수(PV) 필터). 또한, 모든 설정치/작동 파라미터(예컨대, 알람 한계, 알람 데드밴드 파라미터 등))는 제어 시스템을 통해 접근가능하고 조정가능할 수 있으며, 이들 파라미터의 제어 및 조정을 허용하는 소프트웨어가 구현될 수 있다. 예를 들어, 공정 설정치/작동 파라미터는 회분식(batch) 생산 작업 주기 동안 정의되고 구성될 수 있는 엔지니어링 단위로 제어 시스템에 입력될 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템에 대한 프로세싱 인터록 능력이 신호 처리에 기초하여 제공될 수 있다. 교반과 온도 제어, 온도 제어와 생물반응기 레벨, 생물반응기 바이오공정 컨테이너 압력과 물질 흐름 제어 밸브(MFCV)를 통한 가스 첨가, 공급물 첨가 밸런스와 대응하는 공급물 첨가 펌프(예컨대, 공급물 중량 정지 펌프를 위한 낮은 경보), 및 샷 공급물 첨가 펌프와 pH lolo 또는 hihi 경보 사이에 인터록이 제공될 수 있다.
데이터 및 경보
데이터, 경보, 및/또는 다양한 이벤트가 도 1의 네트워크(190)와 같은 네트워크 상에서 캡처될 수 있다. IT 네트워크의 장애가 발생하면, 데이터는 애플리케이션 스테이션에 계속 저장될 수 있다. 또한, 조작자 인터페이스 시스템은 드라이브 상에 저장된 이력 데이터에 대한 판독-전용 액세스를 제공할 수 있거나 또는 로컬 드라이브 고장의 경우 보고 시스템은 변경되거나 및/또는 손상된 전자 기록을 검출할 수 있다.
예를 들어, 자동, 전자 감사 추적(audit trail)이 변경된 모든 데이터, 날짜, 및 시간 그리고 변경 권한자를 포착하도록 구현될 수 있다. 감사 추적은 편집할 수 없어야 하며 데이터가 변경된 전자 기록과 불가분의 관계가 있어야 한다. 감사 추적은 전자 기록으로 분류될 수 있으며 데이터와 동일한 수준의 보안으로 처리될 수 있다.
또한, 이러한 애플리케이션과 관련된 전자 기록은 적절한 보안 액세스로 기록에 악영향을 미치지 않고 복사될 수 있다. 생물반응기 배취로부터 직접 유도된 동적 프로세스 데이터는 오프라인 분석을 위해 전술한 네트워크상의 특정 위치에서 이용가능하게 될 수 있다. 전송된 데이터는 사용자가 작성하고 인-라인 프로세스 제어 파라미터를 관찰하도록 각 배취에 대해 생성된 개별 파일(또는 대체 응용 프로그램)에 링크될 수 있다.
또 다른 예에서, 경보는 국지적으로 일반적으로 포착되고 경보(예를 들어, 청각 및 시각)될 수 있다. 예를 들어, "제품 위험 경보"는 제품 품질에 영향을 줄 수 있는 영향 평가 단계에서 식별될 수 있으며, "프로세스 경보"는 한계가 "경보 한계"로 정의되어 있어 감지되면 정상 작동 파라미터로 인한 위반사항을 나타낼 수 있지만 제품 품질에는 영향을 미치지 않는다. "시스템 알람"은 감지되면 플랜트 품목이나 제어 시스템 구성요소가 예상대로 작동하지 못했음을 나타낼 수 있다. 하나의 구체예에서, 특정 사용자들만이 사용자 보안 권리에 기초하여 경보를 인식할 수 있다.
경보는 조작자 인터페이스를 통해 개별적으로 중지될 수 있고 그러한 사안은 이벤트로서 기록될 수 있다. SUB 제어 시스템은 또한 각각의 그리고 모든 경보 이벤트 및 관련된 시간과 날짜를 식별하는 경보 로그를 유지할 수 있다. 각 경보는 의미있는 식별(예컨대, 태그 및 설명)을 표시할 수 있다.
SUB 제어 시스템의 많은 장점들 중 하나는 전체 메커니즘이 각 SUB 유닛뿐만 아니라 다른 유형의 생물반응기에서 실행되는 다양한 프로세스를 커스터마이징하도록 제공될 수 있다는 것이다. 공급물과 관련하여, 예를 들어, 또 다른 장점은 공급물 바이오공정 컨테이너가 비어있을 때 유속, 경보 및 자동으로 첨가를 중단할 수 있는 능력의 연속 공급 설정치 제어가 있을 수 있으며, hi/lo pH 공급이 세포 배양에 중립적인 영향을 미치는 방식으로 첨가되도록 설계된 여러 개의 샷을 직렬적으로 또는 병렬적으로(동시에) 투여할 수 있는 능력이 있을 수 있다는 것이다. 자동화와 관련하여, 예를 들어, 또 다른 장점은 생물반응기에서 hi/lo pH 조건을 초과하는 것을 방지할 수 있는 제어된 방식으로 다중 샷 공급의 2회-클릭 조작을 가능하게 하는 자동화 및 CO2 가스 흐름 및 CO2 스트립핑 가스(공기 또는 질소 흐름과 같은)에 연결된 인라인 pCO2 측정을 사용하여 pCO2 수준의 조작을 가능하게 하는 자동화가 있을 수 있다는 것이다. 센서와 관련하여, 예를 들어, 또 다른 장점은, 인라인 산화환원 측정을 사용하여 항체 해체 또는 손상의 위험을 최소화하는 최적의 세포 배양 조건을 결정할 수 있으며(예컨대, 발효 및 수거 도중에 높은 환원 조건 또는 산화 조건을 더 잘 이해하거나 방지함으로써); 인라인 바이오매스(커패시턴스)가 파일럿 규모에서 이전에 사용되었는데, 이는 잠재적으로 영양 공급물 첨가 속도를 자동으로 시작하거나 조정하는데 사용될 수 있는 판독값이며; 그리고 기타 관심의 인-라인 측정은 글루코오스, 락테이트, 글루타민, 글루타메이트, 암모니아를 포함하고 이들 및 기타 파라미터의 인-라인 측정을 수행한다는 것이다.
여기에 기술된 시스템, 장치, 설비, 및/또는 방법은 원핵 세포 및/또는 진핵 세포계를 포함하는 원하는 임의 세포계에서의 배양에서 또는 배양과 함께 사용하기에 적합하다. 또한, 구체예에서, 시스템, 장치, 설비들, 및/또는 방법은 현탁액 세포 또는 앵커리지-의존성(접착) 세포 및/또는 조직을 배양하는데 적합하며, 그리고 약학 및 바이오약학 제품 생산의 생산-예컨대 폴리펩티드 제품, 핵산 제품(예를 들어 DNA 또는 RNA), 또는 세포 및/또는 바이러스 예컨대 세포 및/또는 바이러스 치료에 사용되는 것들의 생산을 위해 구성된 생산 공정에 적합하다.
일부 구체예에서, 세포는 재조합 치료 또는 진단 제품과 같은 생성물을 발현 또는 생성한다. 하기에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 세포에 의해 생성된 생성물의 예는 비제한적으로, 항체 분자(예컨대, 단일클론 항체, 이중특이성 항체), 항체 모방체(항원에 특이적으로 결합하지만 구조적으로 항체와 관련이 없는 폴리펩티드 분자 예컨대 DARPins, 아피바디(affibodies), 아드넥틴(adnectins) 또는 IgNAR), 융합 단백질(예컨대, Fc 융합 단백질, 키메라 사이토킨), 기타 재조합 단백질(예컨대, 글리코실화 단백질, 효소, 호르몬), 바이러스 치료제(예컨대, 함암 암살상 바이러스, 유전자 치료 및 바이러스 면역치료용 바이러스 벡터), 세포 치료제(예컨대, 다능성 줄기 세포, 간엽 줄기 세포 및 성체 줄기 세포), 백신 또는 지질-캡슐화 입자(예컨대, 엑소좀, 바이러스-유사 입자), RNA (예컨대, siRNA) 또는 DNA (예컨대, 플라스미드 DNA ), 항생제 또는 아미노산을 포함한다. 구체예에서, 시스템, 장치, 설비, 및/또는 방법은 바이오시밀러를 생산하는데 사용될 수 있다.
언급된 바와 같이, 구체예에서, 시스템, 장치, 설비, 및/또는 방법은 진핵 세포, 예컨대, 포유류 세포 또는 하등 진핵 세포 예컨대 효모 세포 또는 사상 균류 세포, 또는 원핵 세포 예컨대 그람-양성 또는 그람-음성 세포 및/또는 진핵 또는 원핵 세포의 생성물, 예컨대 대규모 방식으로 진핵 세포에 의해 합성되는 단백질, 펩티드, 항생제, 아미노산, 헥산(예컨대 DNA 또는 RNA)의 생산을 가능하게 한다. 여기에서 달리 언급하지 않는 한, 시스템, 장비, 설비, 및/또는 방법은 비제한적으로 벤치-규모, 파일럿-규모, 및 전체 생산 규모 용량을 포함하는 임의의 원하는 체적 또는 생산 용량을 포함할 수 있다.
또한 여기서 달리 언급하지 않는 한, 시스템, 장치, 설비, 및/또는 방법은 비제한적으로 교반 탱크, 에어리프트, 섬유, 마이크로섬유, 중공 섬유, 세라믹 매트릭스, 유동 층, 고정층, 및/또는 분출 층 생물반응기를 비롯하여 임의의 적절한 반응기를 포함할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, "반응기"는 발효기 또는 발효 유닛, 또는 임의의 다른 반응 용기를 포함할 수 있으며, 용어 "반응기"는 "발효기"와 교환가능하게 사용된다. 예를 들어, 일부 양상에서 예시적인 생물반응기 유닛은 다음 중 하나 이상 또는 모두를 수행할 수 있다: 영양소 및/또는 탄소 공급원의 공급, 적절한 가스(예컨대, 산소)의 주입, 발효 또는 세포 배양 배지의 유입 및 유출 흐름, 기체상과 액체상의 분리, 온도 유지, 산소 및 CO2 레벨 유지, pH 레벨 유지, 교반(예컨대, 교반), 및/또는 세척/살균. 발효 유닛과 같은 예시적인 반응기 유닛은 유닛 내에 다수의 반응기를 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 유닛은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100, 또는 그 이상의 생물반응기를 각각의 유닛에 가질 수 있으며 및/또는 설비가 설비 내에 단일 또는 다수 반응기를 갖는 다수의 유닛을 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 생물반응기는 회분식, 세미-유가식, 유가식, 관류식, 및/또는 연속 발효 공정에 적합할 수 있다. 임의의 적합한 반응기 지름이 사용될 수 있다. 구체예에서, 생물반응기는 약 100 mL 내지 약 50,000 L의 부피를 가질 수 있다. 비제한적 예는 100 mL, 250 mL, 500 mL, 750 mL, 1 리터, 2 리터, 3 리터, 4 리터, 5 리터, 6 리터, 7 리터, 8 리터, 9 리터, 10 리터, 15 리터, 20 리터, 25 리터, 30 리터, 40 리터, 50 리터, 60 리터, 70 리터, 80 리터, 90 리터, 100 리터, 150 리터, 200 리터, 250 리터, 300 리터, 350 리터, 400 리터, 450 리터, 500 리터, 550 리터, 600 리터, 650 리터, 700 리터, 750 리터, 800 리터, 850 리터, 900 리터, 950 리터, 1000 리터, 1500 리터, 2000 리터, 2500 리터, 3000 리터, 3500 리터, 4000 리터, 4500 리터, 5000 리터, 6000 리터, 7000 리터, 8000 리터, 9000 리터, 10,000 리터, 15,000 리터, 20,000 리터, 및/또는 50,000 리터의 부피를 포함한다. 또한, 적절한 반응기는 다회 사용, 일회 사용, 일회용, 또는 영구적 사용가능일 수 있으며, 비제한적으로 예컨대 스테인레스강(예컨대, 316L 또는 기타 적합한 스테인레스강)과 인코넬(Inconel)의 금속 합금, 플라스틱, 및/또는 유리를 비롯한 임의 적절한 물질로 형성될 수 있다.
구체예에서 여기에서 달리 언급하지 않는 한, 여기에 기술된 시스템, 장치, 설비, 및/또는 방법은 또한 달리 언급되지 않은 임의 적절한 유닛 조작 및/또는 장비, 예컨대 이러한 생성물의 분리, 정제, 및 격리를 위한 조작 및/또는 장비를 포함할 수 있다. 기존의 스틱-내장 시설, 모듈식, 이동식 및 임시적 시설, 또는 기타 적합한 구성, 시설, 및/또는 배치와 같은 적합한 시설 및 환경을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서 모듈식 청정실(clean-room)이 사용될 수 있다. 또한 달리 언급되지 않는 한, 여기에 기술된 장치, 시스템, 및 방법은 단일 위치 또는 시설에서 수용 및/또는 수행될 수 있거나, 또는 대안적으로 개별 또는 다수의 위치 및/또는 시설에서 수용 및/또는 수행될 수 있다.
비제한적인 예로서 제한없이, 미국 공개 번호 2013/0280797; 2012/0077429; 2011/0280797; 2009/0305626; 및 미국 특허 8,298,054; 7,629,167; 및 5,656,491은 그 전체가 여기에 참조로 인용되며, 적절할 수 있는 예시적인 설비, 장비 및/또는 시스템을 개시한다.
구체예에서, 세포는 진핵 세포, 예컨대 포유류 세포이다. 포유류 세포는 예를 들어 인간 또는 설치류 또는 소(bovine) 세포계(cell line) 또는 세포주(cell strain)일 수 있다. 이러한 세포, 세포계, 또는 세포주의 예는 예컨대 마우스 골수종(NSO)-세포계, 중국 햄스터 난소(CHO)-세포계, HT1080, H9, HepG2, MCF7, MDBK Jurkat, NIH3T3, PC12, BHK (베이비 햄스터 신장 세포), VERO, SP2/0, YB2/0, Y0, C127, L 세포, COS, 예컨대, COS1 및 COS7, QC1-3,HEK-293, VERO, PER.C6, HeLA, EB1, EB2, EB3,, 종양세포 또는 하이브리도마-세포계이다. 바람직하게는 포유류 세포는 CHO-세포계이다. 하나의 구체예에서, 세포는 CHO 세포이다. 하나의 구체예에서, 세포는 CHO-K1 세포, CHO-K1 SV 세포, DG44 CHO 세포, DUXB11 CHO 세포, CHOS, CHO GS 노크-아웃 세포, CHO FUT8 GS 노크-아웃 세포, CHOZN, 또는 CHO-유래 세포이다. CHO GS 노크-아웃 세포(예컨대, GSKO 세포)는 예를 들어, CHO-K1 SV GS 노크아웃 세포이다. The CHO FUT8 노크아웃 세포는 예를 들어, Potelligent® CHOK1 SV(Lonza Biologics, Inc.)이다. 진핵 세포는 또한 조류 세포, 세포계 또는 세포주, 예컨대 예를 들어, EBx® 세포, EB14, EB24, EB26, EB66, 또는 EBv13일 수 있다.
하나의 구체예에서, 진핵 세포는 줄기 세포이다. 줄기 세포는, 예를 들어, 배아 줄기 세포(ESC), 성체 줄기 세포, 유도된 다능성 줄기 세포(iPSC), 조직 특이성 줄기 세포(예컨대, 조혈 모세포) 및 간엽 줄기 세포(MSC)를 비롯한 다능성 줄기 세포일 수 있다.
하나의 구체예에서, 세포는 여기에 기술된 임의의 세포의 분화된 형태이다. 하나의 구체예에서, 세포는 배양 중 임의의 일차 세포로부터 유래된 세포이다.
구체예에서, 세포는 인간 간세포, 동물 간세포, 또는 비- 실질 세포와 같은 간세포이다.　 예를 들어, 세포는 부착가능 신진대사 자격부여된 인간 간세포, 부착가능 유도 자격부여된 인간 간세포, 부착가능 Qualyst Transporter Certified™ 인간 간세포, 현탁액 자격부여된 인간 간세포(10명-공여자 및 20명-공여자 풀(pool)을 갖춘 간세포 포함), 인간 간 쿠퍼 세포, 인간 간 성상 세포, 개 간세포(단일 또는 풀을 갖춘 비글 간세포 포함), 마우스 간세포s (CD-1 및 C57BI/6 간세포 포함), 랫 간세포(Sprague-Dawley, Wistar Han, 및 Wistar 간세포 포함), 원숭이 간세포(Cynomolgus 또는 Rhesus 원숭이 간세포 포함), 고양이 간세포(Domestic Shorthair 간세포 포함), 및 토끼 간세포(New Zealand White 간세포 포함)일 수 있다.　 예시적인 간세포는 Triangle Research Labs, LLC, 6 Davis Drive Research Triangle Park, North Carolina, USA 27709로부터 상업적으로 입수가능하다.
하나의 구체예에서, 진핵 세포는 하등 진핵 세포 예컨대, 예를 들어 효모 세포이다(예컨대, Pichia 속 (예컨대 Pichia pastoris, Pichia methanolica, Pichia kluyveri, 및 Pichia angusta), Komagataella 속 (예컨대 Komagataella pastoris, Komagataella pseudopastoris 또는 Komagataella phaffii), Saccharomyces 속 (예컨대 Saccharomyces cerevisae, cerevisiae, Saccharomyces kluyveri, Saccharomyces uvarum), Kluyveromyces 속 (예컨대 Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus), Candida 속 (예컨대 Candida utilis, Candida cacaoi, Candida boidinii,), Geotrichum 속 (예컨대 Geotrichum fermentans), Hansenula polymorpha, Yarrowia lipolytica, 또는 Schizosaccharomyces pombe, . Pichia pastoris 종이 선호된다. Pichia pastoris 균주의 예는 X33, GS115, KM71, KM71H; 및 CBS7435이다.
하나의 구체예에서, 진핵 세포는 균류 세포 (예컨대 Aspergillus (예컨대 A. niger, A. fumigatus, A. orzyae, A. nidula), Acremonium (예컨대 A. thermophilum), Chaetomium (예컨대 C. thermophilum), Chrysosporium (예컨대 C. thermophile), Cordyceps (예컨대 C. militaris), Corynascus, Ctenomyces, Fusarium (예컨대 F. oxysporum), Glomerella (예컨대 G. graminicola), Hypocrea (예컨대 H. jecorina), Magnaporthe (예컨대 M. orzyae), Myceliophthora (예컨대 M. thermophile), Nectria (예컨대 N. heamatococca), Neurospora (예컨대 N. crassa), Penicillium, Sporotrichum (예컨대 S. thermophile), Thielavia (예컨대 T. terrestris, T. heterothallica), Trichoderma (예컨대 T. reesei), 또는 Verticillium (예컨대 V. dahlia))이다.
하나의 구체예에서, 진핵 세포는 곤충 세포 (예컨대, Sf9, MimicTM Sf9, Sf21, High Five™ (BT1-TN-5B1-4), 또는 BT1-Ea88 세포), 조류 세포 (예컨대, Amphora, Bacillariophyceae, Dunaliella, Chlorella, Chlamydomonas, Cyanophyta (시아노박테리아), Nannochloropsis, Spirulina, 또는 Ochromonas 속), 또는 식물 세포 (예컨대, 자엽 식물의 세포(예컨대, 옥수수, 쌀, 밀, 또는 세타리아), 또는 쌍자엽 식물의 세포(예컨대, 카사바, 감자, 콩, 토마토, 담배, 알팔파, Physcomitrella patens 또는 Arabidopsis)이다.
하나의 구체예에서, 세포는 박테리아 또는 원핵 세포이다.
구체예에서, 원핵 세포는 그람-양성 세포 예컨대 Bacillus, Streptomyces Streptococcus, Staphylococcus 또는 Lactobacillus이다. 사용될 수 있는 Bacillus는 예컨대 B. subtilis , B. amyloliquefaciens , B. licheniformis , B. natto , 또는 B. megaterium이다. 구체예에서, 세포는 B. subtilis, 예컨대 B. subtilis 3NA 및 B.subtilis 168이다. Bacillus는 예컨대 Bacillus Genetic Stock Center, Biological Sciences 556, 484 West 12th Avenue, Columbus OH 43210-1214로부터 입수할 수 있다.
하나의 구체예에서, 원핵 세포는 그람-음성 세포, 예컨대 Salmonella spp. 또는 Escherichia coli, 예컨대, TG1, TG2, W3110, DH1, DHB4, DH5a, HMS 174, HMS174 (DE3), NM533, C600, HB101, JM109, MC4100, XL1-Blue 및 Origami, 뿐만 아니라 E.coli B-균주로부터 유래된 것들, 예컨대 예를 들어 BL-21 또는 BL21 (DE3)이며, 이들 모두는 상업적으로 구입할 수 있다.
적합한 숙주 세포는, 예를 들어,DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen and Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany) 또는 American Type Culture Collection (ATCC)과 같은 배양 수집처로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
구체예에서, 배양된 세포는 단백질, 예컨대 치료용의 항체, 예컨대 단일클론 항체, 및/또는 재조합 단백질을 생산하는데 사용된다. 구체예에서, 배양된 세포는 펩티드, 아미노산, 지방산 또는 기타 유용한 생화학 중간체 또는 대사 산물을 생산한다. 예를 들어, 구체예에서, 약 4000 달톤 내지 약 140,000 달톤 이상의 분자량을 갖는 분자가 생산될 수 있다. 구체예에서, 이들 분자는 일정 범위의 복잡성을 가질 수 있으며, 글리코실화를 포함하는 번역 후 변형을 포함할 수 있다.
구체예에서, 단백질은, 예를 들어 BOTOX, Myobloc, Neurobloc, Dysport (또는 보툴리눔 신경독소의 다른 혈청형), 알글루고시다제 알파 (alglucosidase alpha), 다프토마이신 (daptomycin), YH-16, 코리오고나도트로핀 알파 (choriogonadotropin alpha), 필그라스팀 (filgrastim), 세트로렐릭스 (cetrorelix), 인터류킨-2, 알데스류킨 (aldesleukin), 테세류킨 (teceleukin), 데닐류킨 디프티톡스 (denileukin diftitox), 인터페론 알파-n3 (주사), 인터페론 알파-nl, DL-8234, 인터페론, Suntory (감마-1a), 인터페론 감마, 티모신 알파 1, 타소네르민 (tasonermin), DigiFab, ViperaTAb, EchiTAb, CroFab, 네시리타이드 (nesiritide), 아바타셉트 (abatacept), 알레파셉트 (alefacept), Rebif, 에프토테르미날파 (eptoterminalfa), 테리파라타이드 (teriparatide) (골다공증), 주사용 칼시토닌 (골 질환), 칼시토닌 (비강, 골다공증), 에타네르셉트 (etanercept), 헤모글로빈 글루타머 (hemoglobin glutamer) 250 (소), 드로트레코긴 알파 (drotrecogin alpha), 콜라게나제, 카르페리타이드 (carperitide), 재조합 인간 표피 성장 인자 (국소 겔, 상처 치료), DWP401, 다베포에틴 알파 (darbepoetin alpha), 에포에틴 오메가 (epoetin omega), 에포에틴 베타 (epoetin beta), 에포에틴 알파 (epoetin alpha), 데시루딘 (desirudin), 레피루딘 (lepirudin), 비발리루딘 (bivalirudin), 노나코그 알파 (nonacog alpha), 모노닌(Mononine), 엡타코그 알파 (eptacog alpha) (활성형), 재조합 인자 VIII+VWF, 리콤비네이트(Recombinate), 재조합 인자 VIII, 인자 VIII (재조합), 알픈메이트(Alphnmate, 옥토코그 알파 (octocog alpha), 인자 VIII, 팔리페르민 (palifermin), 이디키나제(Indikinase), 테넥테플라제 (tenecteplase), 알테플라제 (alteplase), 파미테플라제 (pamiteplase), 레테플라제 (reteplase), 나테플라제 (nateplase), 몬테플라제 (monteplase), 폴리트로핀 알파 (follitropin alpha), rFSH, hpFSH, 미카펑긴 (micafungin), 페그필그라스팀 (pegfilgrastim), 레노그라스팀 (lenograstim), 나르토그라스팀 (nartograstim), 세르모렐린 (sermorelin), 글루카곤, 엑세나타이드 (exenatide), 프람린타이드 (pramlintide), 이미글루세라제 (imiglucerase), 갈설파제 (galsulfase), 루코트포핀(Leucotropin), 몰그라모스팀 (molgramostim), 트립토렐린 아세테이트 (triptorelin acetate), 히스테렐린 (histrelin) (피하 임플란트, Hydron), 데슬로렐린 (deslorelin), 히스테렐린, 나파렐린 (nafarelin), 류프롤라이드 (leuprolide) 지속 방출 데포 (ATRIGEL), 류프롤라이드 임플란트 (DUROS), 고세렐린 (goserelin), 유트로핀(Eutropin), KP-102 프로그램, 소마트로핀 (somatropin), 메카세르민 (mecasermin) (성장 부전), 엔푸버타이드 (enfuvirtide), Org-33408, 인슐린 글라르긴 (insulin glargine), 인슐린 글루리신 (insulin glulisine), 인슐린 (흡입형), 인슐린 리스프로 (insulin lispro), 인슐린 데테미르 (insulin detemir), 인슐린 (구강, RapidMist), 메카세르민 린파베이트 (mecasermin rinfabate), 아나킨라 (anakinra), 셀모류킨, 99 mTc-압시타이드 주사 (99 mTc-apcitide injection), 마이엘로피드 (myelopid), Betaseron, 글라티라머 아세테이트 (glatiramer acetate), Gepon, 사르그라모스팀 (sargramostim), 오프렐베킨 (oprelvekin), 인간 백혈구-유래 알파 인터페론, 빌리브(Bilive), 인슐린 (재조합), 재조합 인간 인슐린, 인슐린 아스파르트 (insulin aspart), 메카세닌 (mecasenin), 로페론-A(Roferon-A), 인터페론-알파 2, 알파페론(Alfaferone), 인터페론 알파콘-1, 인터페론 알파, 아보넥스(Avonex) 재조합 인간 황체형성 호르몬, 도르나제 알파 (dornase alpha), 트라페르민 (trafermin), 지코노타이드 (ziconotide), 탈티렐린 (taltirelin), 디보테르민 알파 (dibotermin alfa), 아토시반 (atosiban), 베카플레르민 (becaplermin), 엡티피바타이드 (eptifibatide), 제마이라(Zemaira), CTC-111, Shanvac-B, HPV 백신 (4가), 옥트레오타이드 (octreotide), 란레오타이드 (lanreotide), 안세스팀 (ancestim), 아갈시다제 베타 (agalsidase beta), 아갈시다제 알파 (agalsidase alpha), 라로니다제 (laronidase), 프레자타이드 아세트산구리 (prezatide copper acetate) (국소 겔), 라스부리카제 (rasburicase), 라니비주맙 (ranibizumab), 악팀문(Actimmune), PEG-인트론(PEG-Intron), 트리코민(Tricomin), 재조합 집먼지 진드기 알레르기 탈민감화 주사, 재조합 인간 부갑상선 호르몬 (PTH) 1-84 (sc, 골다공증), 에포에틴 델타 (epoetin delta), 유전자도입 항트롬빈 III, 그란디트로핀(Granditropin), 비트라제(Vitrase), 재조합 인슐린, 인터페론-알파 (경구용 로젠지), GEM-21S, 바프레오타이드 (vapreotide), 이두르설파제 (idursulfase), 오마파트릴랏 (omapatrilat), 재조합 혈청 알부빈, 세르톨리주맙 페골 (certolizumab pegol), 글루카르피다제 (glucarpidase), 인간 재조합 C1 에스테라제 저해제 (혈관부종), 라노테플라제 (lanoteplase), 재조합 인간 성장 호르몬, 엔푸버타이드 (무침 주사, Biojector 2000), VGV-1, 인터페론 (알파), 루시낙탄트 (lucinactant), 아빕타딜 (aviptadil) (흡입형, 폐질환), 이카티반트 (icatibant), 에칼란타이드 (ecallantide), 오미가난 (omiganan), 아우로그랍(Aurograb), 펙시가난아세테이트 (pexigananacetate), ADI-PEG-20, LDI-200, 데가렐릭스 (degarelix), 신트레델린베수도톡스 (cintredelinbesudotox), Favld, MDX-1379, ISAtx-247, 리라글루타이드 (liraglutide), 테리파라타이드 (골다공증), 티파고긴 (tifacogin), AA4500, T4N5 리포좀 로션, 카투막소맙 (catumaxomab), DWP413, ART-123, Chrysalin, 데스모테플라제 (desmoteplase), 아메디플라제 (amediplase), 코리폴리트로핀알파 (corifollitropinalfa), TH-9507, 테두글루타이드 (teduglutide), 디아미드(Diamyd), DWP-412, 성장 호르몬 (서방형 주사), 재조합 G-CSF, 인슐린 (흡입형, AIR), 인슐린 (흡입형, Technosphere), 인슐린 (흡입형, AERx), RGN-303, DiaPep277, 인터페론 베타 (C 형 간염 바이러스성 감염 (HCV)), 인터페론 알파-n3 (경구용), 벨라타셉트 (belatacept), 경피 인슐린 패치, AMG-531, MBP-8298, Xerecept, 오페바칸 (opebacan), AIDSVAX, GV-1001, 림포스칸(LymphoScan), 란피르나제 (ranpirnase), 리폭시산(Lipoxysan), 루서풀타이드 (lusupultide), MP52 (베타-트리칼슘포스페이트 캐리어, 골 재생), 흑색종 백신, 시푸류셀-T (sipuleucel-T), CTP-37, Insegia, 비테스펜 (vitespen), 인간 트롬빈 (동결형, 외과적 출혈), 트롬빈, TransMID, 알피메프라제 (alfimeprase), 푸리카제(Puricase), 테를리프레신 (terlipressin) (정맥내, 간신 증후군), EUR-1008M, 재조합 FGF-I (주사형, 혈관 질환), BDM-E, 로티갑타이드 (rotigaptide), ETC-216, P-113, MBI-594AN, 듀라마이신 (duramycin) (흡입형, 낭포성 섬유증), SCV-07, OPI-45, 엔도스타틴 (endostatin), 안지오스타틴 (angiostatin), ABT-510, 보우만 버크 (Bowman Birk) 저해제 농축액, XMP-629, 99 mTc-Hynic-Annexin V, 카할라리드 F (kahalalide F), CTCE-9908, 테베렐릭스 (teverelix) (연장 방출형), 오자렐릭스 (ozarelix), 로미뎁신 (romidepsin), BAY-504798, 인터류킨4, PRX-321, Pepscan, 이복타데킨 (iboctadekin), rh락토페린 (rhlactoferrin), TRU-015, IL-21, ATN-161, 실렌지타이드 (cilengitide), 알부페론(Albuferon), 비파식스(Biphasix), IRX-2, 오메가 인터페론, PCK-3145, CAP-232, 파시레오타이드 (pasireotide), huN901-DMI, 난소암 면역치료 백신, SB-249553, Oncovax-CL, OncoVax-P, BLP-25, CerVax-16, 다중-에피토프 펩티드 흑색종 백신 (MART-1, gp100, 티로시나제 (tyrosinase)), 네미피타이드 (nemifitide), rAAT (흡입형), rAAT (피부과용), CGRP (흡입형, 천식), 페그수네르셉트 (pegsunercept), 티모신베타4, 플리티뎁신 (plitidepsin), GTP-200, 라모플라닌 (ramoplanin), GRASPA, OBI-1, AC-100, 연어 칼시토닌 (경구용, 엘리겐 (eligen)), 칼시토닌 (경구용, 골다공증), 엑사모렐린 (examorelin), 카프로모렐린 (capromorelin), 카르데바(Cardeva), 벨라페르민 (velafermin), 131I-TM-601, KK-220, T-10, 울라리타이드 (ularitide), 데펠레스타트 (depelestat), 헤마타이드 (hematide), 크리살린(Chrysalin) (국소용), rNAPc2, 재조합 인자 V111 (PEG화 리포좀), bFGF, PEG화 재조합 스타필로키나제 변이체, V-10153, 소놀리시스 프롤리제(SonoLysis Prolyse), 뉴로왁스(NeuroVax), CZEN-002, 도세포 신생 요법, rGLP-1, BIM-51077, LY-548806, 엑세나타이드 (exenatide) (제어 방출형, Medisorb), AVE-0010, GA-GCB, 아보렐린 (avorelin), ACM-9604, 리나클로타이드 아세테이트 (linaclotide acetate), CETi-1, 헤모스판(Hemospan), VAL (주사형), 급속형 인슐린 (주사형, Viadel), 비강내 인슐린, 인슐린 (흡입형), 인슐린 (경구용, 엘리겐), 재조합 메티오닐 인간 렙틴, 피트라킨라 (pitrakinra) (피하 주사, 습진), 피트라킨라 (흡입형 건조 분말, 천식), 물티킨(Multikine), RG-1068, MM-093, NBI-6024, AT-001, PI-0824, Org-39141, Cpn10 (자가면역 질환/염증), 탈락토페린 (talactoferrin) (국소용), rEV-131 (안과용), rEV-131 (호흡 질환), 경구용 재조합 인간 인슐린 (당뇨병), RPI-78M, 오프렐베킨 (경구용), CYT-99007 CTLA4-Ig, DTY-001, 발라테그라스트 (valategrast), 인터페론 알파-n3 (국소용), IRX-3, RDP-58, 타우페론(Tauferon), 담즙산 염 자극된 리파제, 메리스파제(Merispase), 알칼리성 포스파타제, EP-2104R, 멜라노탄(Melanotan)-II, 브레멜라노타이드 (bremelanotide), ATL-104, 재조합 인간 마이크로플라스민, AX-200, SEMAX, ACV-1, Xen-2174, CJC-1008, 다이놀핀 A (dynorphin A), SI-6603, LAB GHRH, AER-002, BGC-728, 말라리아 백신 (비로좀 (virosome), PeviPRO), ALTU-135, 파르보바이러스 B19 백신, 인플루엔자 백신 (재조합 뉴라미니다제 (neuraminidase)), 말라리아/HBV 백신, 탄저병 백신, Vacc-5q, Vacc-4x, HIV 백신 (경구용), HPV 백신, Tat Toxoid, YSPSL, CHS-13340, PTH(1-34) 리포좀 크림 (Novasome), Ostabolin-C, PTH 유사체 (국소용, 건선), MBRI-93.02, MTB72F 백신 (결핵), MVA-Ag85A 백신 (결핵), FARA04, BA-210, 재조합 플라크 FIV 백신, AG-702, OxSODrol, rBetV1, Der-p1/Der-p2/Der-p7 알레르겐-표적 백신 (먼지 진드기 알레르기), PR1 펩티드 항원 (백혈병), 돌연변이 ras 백신, HPV-16 E7 리포펩티드 백신, 라비린틴 (labyrinthin) 백신 (선암), CML 백신, WT1-펩티드 백신 (암), IDD-5, CDX-110, 펜트리스(Pentrys), 노렐린(Norelin), CytoFab, P-9808, VT-111, 이크로캅타이드 (icrocaptidee), 텔베르민 (telbermin) (피부과용, 당뇨병성 발 궤양), 루핀트리비르 (rupintrivir), 레티큘로제 (reticulose), rGRF, HA, 알파-갈락토시다제 A, ACE-011, ALTU-140, CGX-1160, 안지오텐신 치료 백신, D-4F, ETC-642, APP-018, rhMBL, SCV-07 (경구용, 결핵), DRF-7295, ABT-828, ErbB2-특이적 면역독소 (항암), DT3SSIL-3, TST-10088, PRO-1762, Combotox, 콜레시스토키닌-B (cholecystokinin-B)/가스트린-수용체 결합 펩티드, 111In-hEGF, AE-37, 트라스니주맙-DM1 (trasnizumab-DM1), 안타고니스트 G, IL-12 (재조합), PM-02734, IMP-321, rhIGF-BP3, BLX-883, CUV-1647 (국소용), L-19 기반 방사선면역치료제 (암), Re-188-P-2045, AMG-386, DC/1540/KLH 백신 (암), VX-001, AVE-9633, AC-9301, NY-ESO-1 백신 (펩티드), NA17.A2 펩티드, 흑색종 백신 (펄스된 항원 치료제), 전립선 암 백신, CBP-501, 재조합 인간 락토페린 (안구 건조), FX-06, AP-214, WAP-8294A (주사형), ACP-HIP, SUN-11031, 펩티드 YY [3-36] (비만, 비강내), FGLL, 아타시셉트 (atacicept), BR3-Fc, BN-003, BA-058, 인간 부갑상선 호르몬 1-34 (비강, 골다공증), F-18-CCR1, AT-1100 (셀리악병/당뇨병), JPD-003, PTH(7-34) 리포좀 크림 (Novasome), 듀라마이신 (안과용, 안구 건조), CAB-2, CTCE-0214, 글리코PEG화 에리트로포이에틴 (GlycoPEGylated erythropoietin), EPO-Fc, CNTO-528, AMG-114, JR-013, 인자 XIII, 아미노칸딘 (aminocandin), PN-951, 716155, SUN-E7001, TH-0318, BAY-73-7977, 테베렐릭스 (즉시 방출), EP-51216, hGH (제어 방출형, Biosphere), OGP-I, 시푸버타이드 (sifuvirtide), TV4710, ALG-889, Org-41259, rhCC10, F-991, 티모펜틴 (thymopentin) (폐 질환), r(m)CRP, 간선택적 인슐린, 수발린 (subalin), L19-IL-2 융합 단백질, 엘라핀, NMK-150, ALTU-139, EN-122004, rhTPO, 트롬보포이에틴 수용체 아고니스트 (혈소판감소성 장애), AL-108, AL-208, 신경 성장 인자 안타고니스트 (통증), SLV-317, CGX-1007, INNO-105, 경구용 테리파라타이드 (엘리겐), GEM-OS1, AC-162352, PRX-302, LFn-p24 융합 백신 (Therapore), EP-1043, S 뉴모니아에 (S pneumoniae) 소아 백신, 말라리아 백신, 네이세리아 메닌기티디스 그룹 B 백신 (Neisseria meningitidis Group B vaccine), 신생아 그룹 B 연쇄상구균 백신, 탄저병 백신, HCV 백신 (gpE1+gpE2+MF-59), 중이염 치료제, HCV 백신 (코어 항원+ISCOMATRIX), hPTH(1-34) (경피용, ViaDerm), 768974, SYN-101, PGN-0052, 아비스쿰닌 (aviscumnine), BIM-23190, 결핵 백신, 다중-에피토프 티로시나제 펩티드, 암 백신, 엔카스팀 (enkastim), APC-8024, GI-5005, ACC-001, TTS-CD3, 혈관-표적화 TNF (고형 종양), 데스모프레신 (desmopressin) (구강 제어-방출형), 오네르셉트 (onercept), 및 TP-9201이다.
일부 구체예에서, 폴리펩티드는 아달리무맙(adalimumab) (HUMIRA), 인플릭시맙(infliximab) (REMICADE™), 리툭시맙(rituximab) (RITUXAN™/MAB THERA™), 에타네르셉트(etanercept) (ENBREL™), 베바시주맙(bevacizumab) (AVASTIN™), 트라스투주맙(trastuzumab) (HERCEPTIN™), 페그릴그라스팀(pegrilgrastim)(NEULASTA™), 또는 바이오시밀러 및 바이오베터(biobetter)를 포함하는 임의의 다른 적합한 폴리펩티드일 수 있다.
다른 적합한 폴리펩티드는 아래 및 US2016/0097074의 표 1에 기재되어 있다:
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
구체예에서, 폴리펩티드는 표 2에 제시된 바와 같은, 호르몬, 혈액 응고/응집 인자, 사이토카인/성장 인자,항체 분자, 융합 단백질, 단백질 백신, 또는 펩티드이다.
Figure pct00005
Figure pct00006
구체예에서, 단백질은 다중특이적 단백질, 예를 들어 표 3에 제시된 바와 같은 이중특이적 항체이다.
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00011
전술한 구체예들은 기록의 선행 기술에 비하여 신규한 것으로 고려되며, 본 발명의 적어도 하나의 양상의 작동 및 전술한 목적의 달성에 중요한 것으로 고려된다. 본 명세서에서 본 구체예를 설명하기 위해 사용된 단어는 일반적으로 정의된 의미의 관점으로 이해될 뿐만 아니라 본 명세서의 특정 정의: 일반적으로 정의된 의미 이상의 구조, 물질, 또는 작용에 포함된다. 따라서 하나의 요소가 하나 이상의 의미를 포함하는 것으로서 본 명세서의 문맥에서 이해될 수 있는 경우, 그 사용은 명세서에 의해 지원되고 상기 요소를 설명하는 단어 또는 단어들에 의해 지원되는 모든 가능한 의미에 대해 포괄적인 것으로 이해되어야 한다.
여기에 기술된 단어 또는 도면 요소의 정의는 문자 그대로 설명된 요소들의 조합을 포함할뿐만 아니라, 실질적으로 동일한 결과를 얻기 위해 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 균등한 구조, 물질, 또는 작용을 포함하는 것을 의미한다. 따라서 2개 이상의 요소의 균등 치환이 설명된 요소 중 임의의 하나 및 그의 다양한 실시예에 대해 이루어질 수 있거나 하나의 요소가 청구범위 내의 2개 이상의 요소에 대해서 치환될 수 있다는 것이 고려된다.
현재 공지되거나 나중에 고안된 당업자에 의해 관찰되는 청구된 주제로부터의 변화는 의도된 범위 내의 균등물 및 그 다양한 실시예로서 명백하게 고려된다. 그러므로, 당업자에게 현재 또는 나중에 공지된 명백한 치환물은 정의된 요소의 범위 내에 속한다고 정의된다. 그러므로 본 개시는 본 명세서에 구체적으로 예시되고 기술된 것과 개념적으로 동등한 것, 즉 명백하게 대체 될 수 있는 것 및 필수 아이디어를 포함하는 것을 포함하는 것으로 이해되어 야한다.
또한 여기에 기술된 기능들은 달리 명시되지 않는 한, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합을 통해 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 명령, 데이터 구조 등의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 사용될 수 있는 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 임의의 이용 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령으로서 저장될 수 있다. 따라서, 어떤 양상들은 여기에 제시된 작동들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 그곳에 저장된 명령들을 갖는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 상기 명령들은 본 명세서에 설명된 작동들을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능하다. 소프트웨어 또는 명령들은 또한 해당 업계에 공지된 전송 매체를 통해 전송될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 여기에 설명된 동작을 수행하기 위한 모듈 및/또는 다른 적절한 수단이 본 명세서에서 설명된 기능을 구현하는데 사용될 수 있다.
본 설명의 범위는 첨부된 청구범위와 관련하여서만 해석되어야 하며, 여기서 발명자는 청구된 내용이 특허될 것이라고 의도된 것이라고 믿는다는 것을 명확히 한다.
실시예 1
1,000 L 일회용 생물반응기
본 실시예에서, 본 발명에 따르는 1,000 L의 일회용 생물반응기가 사용된다. SUB는 감마 조사되고(즉, 멸균 상태로 공급되어 사용 준비됨) 쉘(30) 내부에 배치된다. 쉘(30)은 적합한 컨트롤러 시스템 및 열순환기와 함께 배양물을 가열 및 냉각할 수 있는 재킷 온도 제어 장치를 갖는다. SUB 쉘(30)은 배양물을 교반하기 위한 일체형 모터(모터)를 갖는다. 이는 도 36의 컨트롤러 시스템에 대응한다. 일회용 생물반응기는 교반기, 살포기, 살포기용 가스 필터 유입 포트, 및 분기 라인을 갖는 배기 가스 출구 필터 포트를 갖는다. 또한 7개의 공급물 첨가 포트가 있다. 이상적으로, 2개는 표면아래에 있어서 임펠러 영역에서 배출하고 1개는 임펠러 영역 상부에서 배출한다. 또한 하나는 일회용 생물반응기의 완성 내용물을 수거하도록 설계된 수거 포트이고 하나는 샘플 포트인 2개의 중간 충진 포트, 가스 배출 라인 상의 하나의 응축기 또는 등가물, 및 적어도 6개의 측정 프로브 포트를 갖는다. 이러한 샘플 및 수거 포트는 액체의 첨가 및 제거를 위해 무균 연결을 가능하게 하는 동물 유래 성분이 없는(ADCF) C-플렉스 배관을 갖는다. 또한 가스 필터를 갖는다.
충진 작업 동안 튐(splashing) 또는 발포(foaming)를 피하기 위해 액체가 SUB의 측면 아래로 흐르도록 배향된 충진 라인 또는 라인들을 갖는 것이 또한 바람직하다.
실시예 2
반응기 기하구조
본 실시예는, 상이한 기하구조 및 상이한 충진 용량과 비교하여, 다변수 데이터 분석을 사용하여 포유류 세포 배양 공정의 스케일 업(scale up)에 대한 반응기 기하구조의 변화에 대한 효과에 관한 것이다. 이 접근법은 절반의 용량에서 작업할 때 놀라운 결과를 나타냈으며, 이는 기존의 데이터 분석 방법으로는 발견되지 않았다.
물질 전달 연구는 2개의 제조 스케일 SUB 시스템 및 가스-배출 방법을 사용하는 소형 SUB 시스템으로 수행되었다. 미국 공개공보 US 2011/0312087에 개시된 기하구조(여기서 "Lonza 기하구조"라 함)에 따라 개발된 규모 독립적 kLaO2 모델이 두 SUB 모두에서 kLaO2를 예측하기 위해 사용되었다. 결과는 10 내지 20,000 L에서 미국 공개공보 US 2011/0312087에 개시된 STR 기하구조를 사용하여 생성된 결과와 비교되었다. 용기 기하구조는 물질 전달에 상당한 영향을 미친다.
데이터의 다변량 분석은 상이한 STR-규모 용기 사이의 세포 배양 성능에서 실질적인 차이가 있음을 보여 주었다. 이러한 시험 결과는 도 11-35에 제시된다.
여기에 개시된 바와 같이, 도 11은 6개 상이한 규모에서 미국 공개공보 US 2011/0312087에 개시된 기하구조에 적어도 부분적으로 따라 설계된 일회용 생물반응기로부터 얻은 데이터로 구축된 Van't Reit 모델의 비교 결과를 도시한 것이다.
여기에 개시된 바와 같이, 도 12는, Lonza 기하구조(적색 다이아몬드)를 포함하지 않는 일회용 생물반응기와 비교하여, 6개 상이한 규모에서 적어도 부분적으로 Lonza 기하구조에 따라 설계된 일회용 생물반응기로부터 얻은 데이터로 구축된 Van't Reit 모델의 비교 결과를 도시한 것이다.
여기에 개시된 바와 같이, 도 13은, Lonza 기하구조(적색 다이아몬드)를 포함하지 않는 일회용 생물반응기와 비교하여, 6개 상이한 규모에서 적어도 부분적으로 Lonza 기하구조에 따라 설계된 일회용 생물반응기로부터 얻은 데이터로 구축된 Van't Reit 모델의 비교 결과를 도시한 것이며, 2개의 일회용 생물반응기는 절반 채워졌을 때 적어도 부분적으로 Lonza 기하구조에 따라 구축된 2개의 상이한 규모이며(청색 삼각형), 2개의 일회용 생물반응기는 완전 채워졌을 때 적어도 부분적으로 Lonza 기하구조에 따라 구축된 2개의 상이한 규모이다.
세포 배양 평가는 또한 전술한 2개의 일회용 생물반응기 시스템 및 하나의 스테인레스강/유리에서 모델 세포계를 사용하여 수행하였다. 결과는 10 L STR 및 10 L 에어리프트 용기("ALR")에서 얻은 과거 데이터와 비교되었다. 전체 15회 측정을 4가지 모든 용기 기하구조에서 16일 동안 수행하였다. 데이터는 데이터 해석에 도움이 되도록 저 차원 공간에 고차원 데이터 세트를 투영하는 주요 성분 분석을 사용하여 분석되었다. 주요 성분 분석(PCA) 및 관련 통계 계산은 PLS Tool Box 버전 6.2 (Eigenvector Research, Inc.)를 사용하여 MATLAB 버전 7.11.0.584 (The MathWorks Inc)에서 수행되었다. 결과는 도 14, 15, 및 16에 요약되어 있다. 이러한 데이터는 도 15에 도시된 것과 같이, 처음 네 가지 주요 성분이 데이터집합 분산의 63%를 차지함을 나타낸다. 세포 배양은 ALR, STR, 및 SUB1에서 전체 용량으로 유사하게 수행되었다. 그러나, Lonza 기하구조가 없는 SUB2는 도 16에 도시된 바와 같이, 95% 신뢰 구간을 벗어나서 수행되었다. 또한 ALR과 STR은 도 17에 도시된 바와 같이 주요 성분 1, 2, 및 3에서 유사하게 수행되었다.
도 18-19에 도시된 바와 같이, 절반 용량에서의 작업 효과가 하나의 용기 설계에 대해 2개의 상이한 용기 용량에서 조사되었다. 여기서, 데이터는 적어도 부분적으로 Lonza 기하구조를 포함하는 2가지 규모의 SUB 1의 배양이 완전 용량에서 모든 주요 성분에 대한 STR 배양과 유사하게 수행되었음을 나타낸다. 그러나, 절반 용량일 때, 이러한 동일한 SUB가 2가지 규모에서 처음 3개 주요 성분에 대한 성능에서 실질적인 차이를 나타낸다는 것은 배양 물성의 차이가 있음을 나타낸다.
다변수 데이터 분석은 종래 스케일-다운 모델에서 수행된 배양액과 비교할 때 절반 부피에서 수행된 배양물의 거동에 상당한 차이가 있음을 보여주었다. 예를 들어, 도 20-21에서, SUB2의 배양은 2개의 바이오공정 컨테이너 재료로 3가지 규모에서 수행되었다.
실시예 2에서 수행된 실험은 본 발명의 목적인 일회용 생물반응기를 포함하는 생물반응기 디자인의 중요성을 강조한다. 예를 들어, 주요성분 1에 대한 로딩은 정상적으로 성장 및/또는 배양 진행을 추적한다. STR 데이터로 구축된 모델의 로딩만이 이러한 표준을 따랐다. 그러나, ALR, STR, SUB1 및 SUB2의 4가지 용기 디자인을 모두 포함하도록 시험을 확장한 경우 성장 및/또는 배양 진행이 주요 성분 2로 이관되었다.
또한, 실시예 2는 기하구조 유사성이 성능의 지표임을 나타낸다. 분석 결과 또한 상이한 크기 용기에서 절반-부피의 배양물의 거동에 차이가 있음이 나타났다. 특히, SUB 1 및 STR 배양은 전체 부피에서 잘 군집되나 절반 부피에서는 그렇지 못하다. 전체 부피에서, SUB 1은 STR과 기하학적 유사성 정도가 높다. 그러나, 절반 부피에서, 이러한 기하학적 파라미터 중 단지 하나만 변경되었다. 더욱이, 배양 성과가 근본적으로 변경되었다. 흥미롭게도, kLaO2 성능은 변경되지 않았다. 절반-부피 SUB1의 성능은 절반 부피 배양물이 군집을 형성하지 않는 데이터에 의해 제시되듯이 규모들에 걸쳐 일관되지 않았다.
또한, 바이오공정 컨테이너 재료의 선택은 SUB2 배양 성능에 영향을 미친다. 이는 도 22-35에 의해 추가적으로 지원되며, 여기서 주요 성분은 다양한 충진, 부피, 및 바이오공정 컨테이너 재료에 대해 시간이 지남에 따라 평가된다.
이는 상이한 규모 용기에서 수행된 절반-부피의 배양 사이의 확장성의 결여를 나타냈으며, 이는 동일한 용기가 언제 전체 부피에서 수행되었는지 명백하지 않았다.
일회용 생물반응기 기하구조는 공정을 규모 확장 할 때, 세포 배양 공정 규모 확장 동안 배양물 거동의 차이를 최소화하기 위한 설계 접근법에 의해 품질면에서 핵심 고려 사항이어야 한다. 또한, 다변수 데이터 분석은 생물반응기 공정 성능 비교에서 유용한 보충 통찰력을 제공할 수 있다.
실시예 3
1,000 L 생물반응기 설정
본 발명의 일회용 생물반응기는 WO 2017/072201 A2에 개시된 제조 방법에 사용하기에 적합하며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고 문헌으로 인용된다.
바이오공정 컨테이너 쉘은 재킷이 달린 스테인레스강 컨테이너이며, 이는 SUB 컨테이너에 의해 지지되었다. 쉘은 작업자가 SUB 바이오공정 컨테이너에 맞추도록 외부로 개방된 2개의 도어를 장착했다. 이들은 클램프에 의해 닫혀 고정되어있다. 쉘은 온도 조절을 위해 바닥에 워터 재킷을 장착했다. 이는 본 발명의 컨트롤러에 연결되었다.
쉘의 바닥에는 수거를 위한 배수관 포트와 대조군 프로브 및 샘플링을 위한 2개의 개구가 있다. 영구적 프로브에 대하여, 쉘은 프로브를 지지하기 위해 수평선으로부터 15도 각도로 선반을 설정하였다.
바이오공정 컨테이너 홀더의 상부에는 SUB 컨테이너 임펠러가 자기성 커플링을 통해 연결되는 모터가 있다. 200 리터 쉘에 부착된 모터는 움직일 수 있지만, 1000 리터 쉘에 부착된 모터는 고정되어있다. 가스 필터 홀더, 압력 센서 및 수동 압력 방출 밸브가 모터의 아암에 위치해 있다.
SUB 바이오공정 컨테이너는 압력이 100 mbar를 초과하면 작동하는 압력 방출 밸브를 장착한다. 압력 송신기 및 방출 밸브는 모두 0.22um 필터를 통해 SUB 컨테이너에 연결되었다.
본 발명의 컨트롤러는 산 제어를 위한 하나 및 염기 제어를 위한 하나인 두 개의 왓슨 마로우(Watson Marlow) 펌프, 가스 흐름 제어를 위한 로터미터(rotameter), 인간 기계 인터페이스(HMI), 열순환기 및 타워에 내장된 가스 물질 흐름 컨트롤러(MFC)를 포함한다. pH 프로브, 용존 산소 장력(DOT) 프로브, 온도 프로브, 압력 센서 및 벤트 히터가 외부에 있지만 본 발명의 컨트롤러에 연결된다.
설정치가 모든 제어 파라미터에 대해 HMI 스크린에 입력되었다. 컨트롤러는 배양 온도, 기체 유속 및 펌프 속도를 조절하기 위해 이 값을 사용했다. HMI는 또한 모든 측정된 파라미터의 현재 값을 표시했다.
온도 측정은 SUB 컨테이너 내의 포켓에 삽입된 pt100 프로브를 사용하여 수행되었다.
SUB 컨테이너 내부에는 다음이 있다: (i) 2개의 임펠러 디자인 중에서 선택가능한 교반기 샤프트(도 1A 및 도 1B 참조); (ii) 일회용 광학 pH 및 DOT 프로브; (iii) 조합 살포기(마이크로 (0.15 mm) 마크로 (0.8 mm) 구멍의 옵션); 및 (iv) 표면 및 표면아래 공급 라인.
SUB 바이오공정 컨테이너의 외부에는, 접종물, 배지 및 공급물 첨가용 C 플렉스 라인 및 가스 필터 및 공급물 첨가용 OPTA 컨넥터가 있다. SUB 바이오공정 컨테이너의 바닥에는 영구적 프로브, 샘플 라인, 및 pt100 프로브용 4개의 컨텍터가 있다. 수거 라인은 SUB 바이오공정 컨테이너의 바닥에 있다.
소수성 0.22 μm의 가스 필터가 별도로 오토클레이브에 들어가고 OPTA 연결을 사용하여 SUB 바이오공정 컨테이너에 연결되었다. 각 SUB 바이오공정 컨테이너는 두 개의 가스 출구 필터에 연결되며, 하나는 압력 센서 필터이며, 하나는 헤드스페이스 폭기용 필터이며,필터 각각은 마이크로 또는 마크로 살포기용이다.
압력 필터가 압력 센서에 연결되고 가스 유입 및 유출 필터가 팽창이 시작되기 전에 개방되었다.
살포기 및 헤드스페이스 가스 필터가 실리콘 배관을 사용하여 본 발명의 컨트롤러에 연결되고, 이는 그 후 나일론 배관을 통해 주된 가스 서플라이에 연결되었다. 주된 가스 서플라이 압력은 모든 가스에 대해 1.8 barg로 설정되었다. MFC는 1: 50의 감속비와 최대 100 L/min의 범위를 갖는다. 결과적으로 추가적인 보정된 로터미터는 CO2 밸라스트의 공급을 필요로 하는데 왜냐하면 이러한 유속이 MFC로 제어하기에 너무 낮기 때문이다.
안전상의 이유로, 가스 출구 라인 및 압력 센서 라인이 팽창하는 동안 비틀어지지 않도록 하는 것이 중요했다.
SUB 바이오공정 컨테이너의 팽창은 낮은 가스 유속으로 천천히 시작되었다. 과학자는 교반기 샤프트(8)와 모터가 자기적으로 결합될 때까지 SUB 바이오공정 컨테이너를 제 위치에서 고정해야 했다. SUB 바이오공정 컨테이너의 손상을 방지하기 위해, 바이오공정 컨테이너 내부의 구성요소(교반기 블레이드 또는 딥 튜브)가 바이오공정 컨테이너에 닿지 않도록 팽창되어야 한다. 팽창은 교반기와 모터를 결합할 수 있게 되면 중단되어야 했다.
그 후 교반기 자기 커플링을 모터까지 천천히 들어 올렸다. 일단 SUB 바이오공정 컨테이너를 천천히 회전시켜, 프로브 포트를 프로브 홀더와 정렬시키고 SUB 바이오공정 컨테이너의 밀봉부를 두 개의 도어가 만나는 중간 위치에 정렬시키는 위치에 맞춘다. 최종 위치에 있을 때, 교반기 샤프트(8)는 트라이 클램프를 사용하여 모터에 고정되었다. 필터는 필터 홀더상의 위치에 장착되었다. 벤트 히터가 가스 출구 필터 주위에 설치되었다. SUB 바이오공정 컨테이너가 그 후 완전히 팽창되었다. SUB 바이오공정 컨테이너를 팽창딘 상태로 유지하기 위해 살포기와 헤드스페이스를 통해 연속적인 공기 흐름(파일럿 발효 공정 설명(FPD)에 기술된 에어 캡에서)이 유지되었다.
하나의 표준 pH와 하나의 표준 DOT 프로브가 슬로프 파일럿 플랜트에서 사용된 표준 보정 절차를 사용하여 각 배취를 시작하기 전에 보정되었다. 이러한 프로브를 프로브 슬리브 내에 장착하고 유체 순환에 연결하고 오토클레이브시켰다. 프로브를 연결부를 사용하여 SUB 바이오공정 컨테이너에 끼우고 수평선에서 15° 각도로 놓인 프로브 홀더 선반에 놓았다.
일단 pH 및 DOT 프로브가 끼워지면 적절한 배지 및 완충액을 딥 튜브에 용접된 사전 조사된 0.1 μm 필터를 사용하여 SUB 바이오공정 컨테이너에 공급하였다. 테스트된 바이오공정 컨테이너 홀더는 부하 전지가 없기 때문에, 플로어 저울을 사용하여 배지/완충액의 무게를 측정하였다. 배지 충진/완충액 충진 동안, 일정한 공기 흐름(파일럿 FPD에 기술된 에어 캡에서)은 가스 유입 라인으로 액체가 들어가는 것을 방지하도록 유지되었다.
필요한 부피가 달성되면 재킷을 탈이온수로 채우고 온도 및 교반 제어를 개시하였다. 배지 충진에 이어서, pH가 보유 배지에 대하여 허용가능한 범위를 벗어하는 것을 방지하기 위해 CO2를 사용하는 재활용가능 프로브에 기초하여 pH 조절을 시작하였다. 그 후 일회용 pH 및 DOT 프로브를 활성화했다. pH 및 DOT 프로브를 배지 또는 완충액에서 밤새 평형을 유지시켰다.
샘플 바이오공정 컨테이너는 샘플이 프로브에 의한 환경 경험을 나타내는 것을 보장하기 위해 일회용 pH 및 DOT 프로브 옆에 위치한 샘플 라인 상에 용접되었다. 용기를 채우고 pH와 pCO2를 분석한 다음 날 샘플을 제거하였다. 이러한 측정의 결과를 DOT 및 pH 프로브에서 단일 포인트 교정을 수행하는데 사용하였다.
접종을 위해 딥 튜브 라인에 부착된 무균 c 플렉스 배관을 사용하여 S200 세포 바이오공정 컨테이너를 SUB 바이오공정 컨테이너에 연결하였다. 필요한 양의 접종물을 보정된 왓슨 마로우(Watson Marlow) 600 시리즈 펌프를 사용하여 SUB 바이오공정 컨테이로 펌핑했다.
공급물, 알칼리 및 소포제는 모두 C 플렉스 배관을 사용하여 SUB 바이오공정 컨테이너 상에 용접되었으며, 각각 전용 라인을 가졌다. 알칼리 첨가는 컨트롤 타워에 내장된 왓슨 마로우(Watson Marlow) 100 시리즈 알칼리 펌프를 통해 이루어졌다. 필요에 따라 알칼리를 첨가하여 pH를 조절하였다. 컨트롤 타워에 내장된 두 번째 왓슨 마로우(Watson Marlow) 100 시리즈 펌프를 사용하여 소포제를 수동으로 추가했다.
왓슨 마로우(Watson Marlow) 500 시리즈 펌프를 사용하여 공급물을 첨가하였다. 유속 및 첨가 부피는 공급물의 밀도를 보정하는 적절한 크기의 잔여량을 사용하여 결정하였다. 연속 공급물 SF70 및 400 g/L D 글루코오스의 유속은 생존 세포 농도(VCC) 및 배양물의 글루코오스 농도에 따라 매일 조정되었다. 샷 공급물 SF71, SF72 및 SF73이 FPD에 따라 추가되었다.
샘플 라인에 부착된 샘플 바이오공정 컨테이너를 사용하여 세포 농도, 생존력, 대사 물질 및 용존 가스를 확인하기 위해 생물반응기의 일일 모니터링의 일부로서 샘플을 매일 취했다.
온라인 pH 프로브에 대한 원 포인트 조정을 보정된 오프라인 pH 프로브(pHM220 미터의 Metle Toledo 오프라인 405 DPAS SC K8S/120)로부터의 결과를 사용하여 UKSL 182에 따라 필요시 수행하였다.
실시예 4
생산 시스템에서 일회용 생물반응기의 사용
또 다른 예에서, 이러한 일회용 생물반응기는 WO 2017/072201 A2에 개시된 시스템 및 방법에서 사용될 수 있으며, 그 전체는 참조로 포함된다.
WO 2017/072201 A2에서, 생물반응기는 접종 팽창 및 생산 공정 단계 모두에서 사용된다. 본 발명의 일회사용 생물반응기는 이러한 시스템에 장점을 제공하는데 왜냐하면 이는 상이한 수행에 대해 더욱 신속하고 효율적으로 준비될 수 있으며, 이에 따라 세척 및 멸균에 필요한 생물반응기 "정지 시간"을 감소시킬 수 있기 때문이다.
이는 WO 2017/072201 A2의 시스템이 고품질, 안전 및 비용 효과적인 활성 약제 성분(API) 및 바이오의약 생성물을 더욱 신속하고 비용-효율적인 방식으로 제조할 수 있게 한다. 예를 들어, 크게 감소된 운영 비용(예컨대, 노동, 유틸리티, 및 유지), 개선된 설비 처리량으로, 단백질 및 세포를 제조하는 공정을 설계할 때 사용되는 용기 구조 및 구성요소의 큰 유연성을 있을 것인데, 왜냐하면 일괄 처리 시간이 감소되고, 청결하고 가속된 작업이기 때문이다.
WO 2017/072201 A2에 개시된 방법의 일부로서, 정제 단계가 있다. 정제 과정 동안, 비제한적으로 MabSelect SuRe / MabSelect SuRe LX / MabSelect SuRe pcc (GE Healthcare), Amsphere A 및 Amsphere A3 (JSR micro), Praesto AP 및 Praesto AC (Purolite), KanCapA (Pall), Toyopearl AF-rProtein A HC (Tosoh), Poros MabCapture A (Thermo -Fisher), 등을 비롯한 다양한 수지가 정제 동안 사용될 수 있다. 또 다른 정제 물질은 당업자에게 공지되어 있으며, 이는 완전한 목록은 아니다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 비제한적인 실시예이며 본 발명은 이러한 실시예들의 변형 및 균등물을 포함하도록 의도된 것임을 인식해야 한다.

Claims (131)

  1. 다음을 포함하는 생물반응기:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함; 및
    바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장되고 적어도 하나의 상부 임펠러 및 적어도 하나의 하부 임펠러에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 상부 임펠러 및 상기 하부 임펠러 둘 모두는 폴리머 물질로 제조됨.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 임펠러 및 상기 하부 임펠러는 친수성 표면을 포함하는, 생물반응기.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 것인, 생물반응기.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 임펠러는 하이드로포일 임펠러인, 생물반응기.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 임펠러 대 탱크 지름 비율은 약 0.35 내지 약 0.55, 예컨대 약 0.44 내지 약 0.46인, 생물반응기.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 임펠러 유동수(Nq)는 약 0.4 내지 약 0.9인, 생물반응기.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 하부 임펠러 유동수(Nq)는 약 0.4 내지 약 0.9인, 생물반응기.
  10. 청구항 1에 있어서, 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플을 더욱 포함하며, 상기 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 갖는, 생물반응기.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 배플은 팽창성 유체 주머니를 정의하며, 상기 배플은 팽창되고 수축될 수 있는, 생물반응기.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너와 합체된 것인, 생물반응기.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 배플은 중공 인클로저의 외부에 위치되도록 구성되며, 여기서 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽은 상기 배플의 형상을 따르는, 생물반응기.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 생물반응기는 약 2개 내지 약 6개 배플을 포함하며, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 둘레를 따라 이격되는, 생물반응기.
  15. 청구항 10에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 지름을 가지며 여기서 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 상기 지름의 약 3% 내지 약 20%, 예컨대 약 5% 내지 약 15%의 거리만큼 방사방향에서 안쪽으로 연장되는, 생물반응기.
  16. 청구항 10에 있어서, 상기 배플은 가요성 폴리머 필름으로 제조되는, 생물반응기.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 살포기는 밸러스트 살포기를 포함하며, 상기 밸러스트 살포기는 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하며, 상기 길이방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되며, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 상기 길이방향 부분의 끝단에 위치되며, 상기 측방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 배출하기 위한 복수의 구멍을 정의하는, 생물반응기.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 가요성 필름은 다층 필름을 포함하며, 상기 다층 필름은 상기 중공 인클로저에 대면하는 내부면 및 반대쪽 외부면을 포함하며, 상기 내부면은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 것인, 생물반응기.
  21. 청구항 1에 있어서, 유체를 상기 바이오공정 컨테이너 내로 공급하기 위하여 중공 인클로저 내로 연장되는 적어도 하나의 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 공급 라인은 교반기에 인접하여 배치된 표면아래 유체 출구를 포함하며, 상기 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하고 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지하는 유체 제어 장치와 연결되는, 생물반응기.
  22. 청구항 1에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 상단에 위치한 적어도 하나의 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 공급라인은 바이오공정 컨테이너에 잔류하는 배양 배지 체적 위에 위치하는 표면위 유체 배출부를 포함하며, 상기 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치되는, 생물반응기.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 상부 임펠러는 회전할 때 원주를 형성하고 여기서 공급 라인의 표면위 유체 배출부는 상부 임펠러의 원주 위에 배치되어서 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 원주 내에서 배양 배지와 접촉하는, 생물반응기.
  24. 청구항 1에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 상기 바이오공정 컨테이너의 바닥에 배치된 배수 라인과 유체 연통하며, 여기서 유체 수집 장치가 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 상기 배수 라인 사이에 위치하며, 상기 유체 수집 장치는 유체의 와류 흐름을 바이오공정 컨테이너로부터 배수 라인으로 유도하도록 구성된 형상을 갖는, 생물반응기.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저는 부피를 가지며 상기 배수 라인은 단면적을 가지며 상기 배수 라인의 단면적은 상기 중공 인클로저의 부피에 비례하며, 상기 배수 라인은 상기 중공 인클로저의 부피 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 갖는, 생물반응기.
  26. 다음을 포함하는 생물반응기:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함;
    상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 포트;
    적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 샤프트 및 교반기는 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장됨; 및 길이 방향으로 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플, 상기 배플은 상기 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 가짐.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 배플은 팽창성 유체 주머니를 정의하며, 상기 배플은 팽창되고 수축될 수 있는, 생물반응기.
  28. 청구항 26 또는 27에 있어서, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너와 합체된 것인, 생물반응기.
  29. 청구항 26-28 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플은 중공 인클로저의 외부에 위치되도록 구성되며, 여기서 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽은 상기 배플의 형상을 따르는, 생물반응기.
  30. 청구항 26-29 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 내부에 위치되도록 구성되는, 생물반응기.
  31. 청구항 26-30 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물반응기는 약 2개 내지 약 6개 배플을 포함하며, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 둘레를 따라 이격되는, 생물반응기.
  32. 청구항 26-31 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 지름을 가지며 여기서 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 상기 지름의 약 3% 내지 약 20%, 예컨대 약 5% 내지 약 15%의 거리만큼 방사방향에서 안쪽으로 연장되는, 생물반응기.
  33. 청구항 26-32 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플은 가요성 폴리머 필름으로 제조되는, 생물반응기.
  34. 청구항 26-33 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 살포기는 밸러스트 살포기를 포함하며, 상기 밸러스트 살포기는 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하며, 상기 길이방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되며, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 상기 길이방향 부분의 끝단에 위치되며, 상기 측방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 배출하기 위한 복수의 구멍을 정의하는, 생물반응기.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 생물반응기는 제2 살포기를 포함하는, 생물반응기.
  37. 청구항 26-36 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교반기는 임펠러를 포함하는, 생물반응기.
  38. 청구항 37에 있어서, 상기 생물반응기는 제1 임펠러 및 제2 임펠러를 포함하며, 상기 임펠러들은 회전식 샤프트를 따라 이격되어 있는, 생물반응기.
  39. 청구항 26-38 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 형상-일치 재료는 가요성 필름을 포함하는, 생물반응기.
  40. 청구항 39에 있어서, 상기 가요성 필름은 다층 필름을 포함하며, 상기 다층 필름은 상기 중공 인클로저에 대면하는 내부면 및 반대쪽 외부면을 포함하며, 상기 내부면은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  41. 청구항 40에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 것인, 생물반응기.
  42. 청구항 26-41 중 어느 한 항에 있어서, 유체를 상기 바이오공정 컨테이너 내로 공급하기 위하여 중공 인클로저 내로 연장되는 적어도 하나의 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 공급 라인은 교반기에 인접하여 배치된 표면아래 유체 출구를 포함하며, 상기 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하고 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지하는 유체 제어 장치와 연결되는, 생물반응기.
  43. 청구항 42에 있어서, 상기 유체 제어 장치는 일방향 밸브를 포함하는, 생물반응기.
  44. 청구항 26-43 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 상단에 위치한 적어도 하나의 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 공급라인은 바이오공정 컨테이너에 잔류하는 배양 배지 체적 위에 위치하는 표면위 유체 배출부를 포함하며, 상기 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치되는, 생물반응기.
  45. 청구항 44에 있어서, 상기 교반기는 회전할 때 원주를 형성하고 여기서 공급 라인의 표면위 유체 배출부는 교반기의 원주 위에 배치되어서 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 원주 내에서 배양 배지와 접촉하는, 생물반응기.
  46. 청구항 26-45 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 바닥은 돔-형상을 갖는, 생물반응기.
  47. 청구항 26-46 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 인클로저에 함유된 배양 배지 질량을 나타내기 위해 상기 바이오공정 컨테이너와 작동적으로 연관된 부하 전지를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  48. 청구항 26-47 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 유체를 상기 바이오공정 컨테이너에 공급하기 위한 복수의 서플라이 라인에 연결되기 위한 복수의 포트를 포함하며 여기서 각 포트 및 대응하는 서플라이 라인은 서플라이 라인을 해당 포트에 연결하는데 사용자에게 도움이 되는 일치 표시기를 포함하는, 생물반응기.
  49. 청구항 48에 있어서, 상기 일치 표시기는 각 포트 및 대응하는 서플라이 라인이 컬러 코딩되도록 컬러를 포함하는, 생물반응기.
  50. 청구항 48 또는 49에 있어서, 상기 포트는 범용 컨넥터를 포함하며, 상기 포트는 제1 및 제2 끝단을 가지며, 상기 제 1 끝단은 각각의 서플라이 라인에 재연결가능한 부착을 형성하기 위한 것인, 생물반응기.
  51. 청구항 26-50 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 상기 바이오공정 컨테이너의 바닥에 배치된 배수 라인과 유체 연통하며, 여기서 유체 수집 장치가 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 상기 배수 라인 사이에 위치하며, 상기 유체 수집 장치는 유체의 와류 흐름을 바이오공정 컨테이너로부터 배수 라인으로 유도하도록 구성된 형상을 갖는, 생물반응기.
  52. 청구항 51에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저는 부피를 가지며 상기 배수 라인은 단면적을 가지며 상기 배수 라인의 단면적은 상기 중공 인클로저의 부피에 비례하며, 상기 배수 라인은 상기 중공 인클로저의 부피 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 갖는, 생물반응기.
  53. 청구항 48, 49 또는 50에 있어서, 각 서플라이 라인은 해당 포트의 상류에 위치하는 유체 필터를 포함하는, 생물반응기.
  54. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 중간 부분을 포함하며, 상기 중간 부분은 약 0.8 내지 약 1.5, 예컨대 약 1 내지 약 1.2의 종횡비를 갖는, 생물반응기.
  55. 청구항 36에 있어서, 상기 밸러스트 살포기는 가스를 배양 배지로 방출하기 위한 복수의 제1 구멍을 정의하며 상기 제2 살포기는 가스를 배양 배지로 방출하기 위한 복수의 제2 구멍을 정의하며, 상기 복수의 제2 구멍은 상기 복수의 제1 구멍보다 더 작은 지름을 갖는, 생물반응기.
  56. 청구항 26-55 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전식 샤프트는 친수성 폴리머 물질로 만들어진 적어도 하나의 임펠러를 포함하며, 상기 적어도 하나의 임펠러는 압축식인, 생물반응기.
  57. 다음을 포함하는 생물반응기 시스템:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함;
    상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 재료를 공급하기 위한 복수의 유입 포트;
    상기 바이오공정 컨테이너로부터 유체를 배수하기 위해 바이오공정 컨테이너의 바닥에 위치된 배수 라인;
    적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 샤프트 및 교반기는 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장됨;
    중공 인클로저에서 적어도 하나의 파라미터를 모니터링하기 위하여 바이오공정 컨테이너와 작동적으로 연결된 적어도 하나의 센서, 상기 적어도 하나의 센서는 pH 센서, 용존 이산화탄소 센서, 용존 산소 센서, 또는 부하 전지를 포함함;
    상기 적어도 하나의 센서와 연통하는 컨트롤러, 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 센서로부터 정보를 수신하고, 상기 정보에 기초하여, 중공 인클로저 내에 함유된 배양 배지의 적어도 하나의 파라미터를 미리설정된 한계 이내에서 유지하기 위하여 유체 서플라이로부터 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 흐르는 유체의 유속을 변화시키기 위해 유체 서플라이를 제어하도록 구성됨.
  58. 청구항 57에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너와 유체 연통하는 이산화탄소 기체 서플라이 및 상기 바이오공정 컨테이너와 또한 유체 연통하는 액체 알칼리 서플라이를 더욱 포함하고, 상기 적어도 하나의 센서는 pH 센서를 포함하며 여기서 상기 컨트롤러는 pH를 선택적으로 감소시키기 위해 이산화탄소 기체 서플라이로부터 소정의 양의 이산화탄소 기체를 첨가하거나 또는 pH를 선택적으로 증가시키기 위해 액체 알칼리 서플라이로부터 소정의 양의 알칼리를 첨가함으로써 배양 배지의 pH 수준을 미리설정된 한계 이내에서 조절하도록 구성되는, 생물반응기 시스템.
  59. 청구항 58에 있어서, 상기 시스템은 제1 pH 센서 및 제2 pH 센서를 포함하며, 각각의 pH 센서는 상기 컨트롤러와 연통하는, 생물반응기 시스템.
  60. 청구항 57에 있어서, 산소 기체 서플라이를 더욱 포함하고 상기 적어도 하나의 센서는 용존 산소 센서를 포함하고 여기서 상기 컨트롤러는 용존 산소 센서로부터 수신한 정보에 기초하여 소정의 양의 산소 기체를 산소 기체 서플라이로부터 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내의 배양 배지에 주기적으로 첨가함으로써 배양 배지 내의 용존 산소 수준을 미리설정된 한계 이내에서 조절하는, 생물반응기 시스템.
  61. 청구항 57에 있어서, 이산화탄소 기체 서플라이를 더욱 포함하고 상기 적어도 하나의 센서는 용존 이산화탄소 센서를 포함하고 여기서 상기 컨트롤러는 용존 이산화탄소 센서로부터 수신한 정보에 기초하여 소정의 양의 이산화탄소 기체를 이산화탄소 기체 서플라이로부터 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내의 배양 배지에 주기적으로 첨가함으로써 배양 배지 내의 용존 이산화탄소 수준을 미리설정된 한계 이내에서 조절하는, 생물반응기 시스템.
  62. 청구항 57-61 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너를 둘러싸는 열 재킷을 포함하고, 상기 열 재킷은 가열된 유체 또는 냉각된 유체 중 적어도 하나와 유체 연통하고, 상기 생물반응기 시스템은 바이오공정 컨테이너 안에 함유된 배양 배지의 온도를 센싱하기 위한 온도 센서를 더욱 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 컨트롤러와 연통하고, 상기 컨트롤러는 상기 온도 센서로부터 정보를 수신하고, 상기 정보에 기초하여, 배양 배지를 미리설정된 온도 한계 이내에서 유지하기 위하여 바이오공정 컨테이너에 함유된 배양 배지의 온도를 증가시키거나 감소시키기 위해 열 재킷으로 가는 유체의 흐름을 제어하도록 구성된, 생물반응기 시스템.
  63. 청구항 58-62 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 교반기와 결합된 회전식 샤프트의 회전 속도를 모니터링하기 위한 회전속도계를 더욱 포함하고, 상기 회전속도계는 컨트롤러와 연통하고, 상기 컨트롤러는 샤프트를 회전시키는 모터와 연통하고, 상기 컨트롤러는 회전속도계로부터 수신한 정보에 기초하여 샤프트를 소정의 속도로 회전시키는 방식으로 모터를 제어하도록 구성되는, 생물반응기 시스템.
  64. 청구항 58-63 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하는, 생물반응기 시스템.
  65. 청구항 58-64 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 둘 모두 컨트롤러에 연통되는 pH 센서 및 용존 산소 센서를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 pH 센서 및 상기 용존 산소 센서로부터 정보를 수신하여 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지의 pH 수준 및 용존 산소 수준을 미리설정된 한계 이내에서 유지하기 위하여 바이오공정 컨테이너로 들어가는 상이한 유체의 흐름을 제어하는, 생물반응기 시스템.
  66. 다음을 포함하는 생물반응기:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함;
    적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 샤프트 및 교반기는 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장됨; 및
    유체를 상기 바이오공정 컨테이너 내로 공급하기 위하여 중공 인클로저 내로 연장되는 적어도 하나의 공급 라인, 상기 공급 라인은 교반기에 인접하여 배치된 표면아래 유체 출구를 포함하며, 상기 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하고 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지하는 유체 제어 장치와 연결됨.
  67. 청구항 66에 있어서, 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플을 더욱 포함하며, 상기 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 갖는, 생물반응기.
  68. 청구항 67에 있어서, 상기 배플은 팽창성 유체 주머니를 정의하며, 상기 배플은 팽창되고 수축될 수 있는, 생물반응기.
  69. 청구항 67에 있어서, 상기 배플은 중공 인클로저의 외부에 위치되도록 구성되며, 여기서 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽은 상기 배플의 형상을 따르는, 생물반응기.
  70. 청구항 67, 68, 또는 69에 있어서, 상기 생물반응기는 약 2개 내지 약 6개 배플을 포함하며, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 둘레를 따라 이격되는, 생물반응기.
  71. 청구항 66에 있어서, 상기 생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  72. 청구항 71에 있어서, 상기 살포기는 밸러스트 살포기를 포함하며, 상기 밸러스트 살포기는 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하며, 상기 길이방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되며, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 상기 길이방향 부분의 끝단에 위치되며, 상기 측방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 배출하기 위한 복수의 구멍을 정의하는, 생물반응기.
  73. 청구항 66에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 형상-일치 재료는 가요성 필름을 포함하는, 생물반응기.
  74. 청구항 73에 있어서, 상기 가요성 필름은 다층 필름을 포함하며, 상기 다층 필름은 상기 중공 인클로저에 대면하는 내부면 및 반대쪽 외부면을 포함하며, 상기 내부면은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  75. 청구항 74에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 것인, 생물반응기.
  76. 청구항 66에 있어서, 상기 유체 제어 장치는 일방향 밸브를 포함하는, 생물반응기.
  77. 청구항 66에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 상단에 위치한 제2 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 제2 공급라인은 바이오공정 컨테이너에 잔류하는 배양 배지 체적 위에 위치하는 표면위 유체 배출부를 포함하며, 상기 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치되는, 생물반응기.
  78. 청구항 77에 있어서, 상기 교반기는 회전할 때 원주를 형성하고 여기서 공급 라인의 표면위 유체 배출부는 교반기의 원주 위에 배치되어서 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 원주 내에서 배양 배지와 접촉하는, 생물반응기.
  79. 청구항 66에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 유체를 상기 바이오공정 컨테이너에 공급하기 위한 복수의 서플라이 라인에 연결되기 위한 복수의 포트를 포함하며 여기서 각 포트 및 대응하는 서플라이 라인은 서플라이 라인을 해당 포트에 연결하는데 사용자에게 도움이 되는 일치 표시기를 포함하는, 생물반응기.
  80. 청구항 79에 있어서, 상기 포트는 범용 컨넥터를 포함하며, 상기 포트는 제1 및 제2 끝단을 가지며, 상기 제 1 끝단은 각각의 서플라이 라인에 재연결가능한 부착을 형성하기 위한 것인, 생물반응기.
  81. 청구항 66에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 상기 바이오공정 컨테이너의 바닥에 배치된 배수 라인과 유체 연통하며, 여기서 유체 수집 장치가 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 상기 배수 라인 사이에 위치하며, 상기 유체 수집 장치는 유체의 와류 흐름을 바이오공정 컨테이너로부터 배수 라인으로 유도하도록 구성된 형상을 갖는, 생물반응기.
  82. 청구항 66에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저는 부피를 가지며 상기 배수 라인은 단면적을 가지며 상기 배수 라인의 단면적은 상기 중공 인클로저의 부피에 비례하며, 상기 배수 라인은 상기 중공 인클로저의 부피 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 갖는, 생물반응기.
  83. 청구항 66에 있어서, 상기 교반기는 친수성 폴리머 물질로 만들어진 적어도 하나의 임펠러를 포함하며, 상기 적어도 하나의 임펠러는 압축식인, 생물반응기.
  84. 다음을 포함하는 생물반응기:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함;
    적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 샤프트 및 교반기는 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장됨; 및
    상기 바이오공정 컨테이너의 상단에 위치한 적어도 하나의 공급 라인, 상기 공급라인은 바이오공정 컨테이너에 잔류하는 배양 배지 체적 위에 위치하는 표면위 유체 배출부를 포함하며, 상기 표면위 유체 배출부는 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 측벽과 접촉하지 않고 바이오공정 컨테이너 내에 포함된 배양 배지와 직접 접촉하도록 위치됨.
  85. 청구항 84에 있어서, 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플을 더욱 포함하며, 상기 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 갖는, 생물반응기.
  86. 청구항 85에 있어서, 상기 배플은 팽창성 유체 주머니를 정의하며, 상기 배플은 팽창되고 수축될 수 있는, 생물반응기.
  87. 청구항 85에 있어서, 상기 배플은 중공 인클로저의 외부에 위치되도록 구성되며, 여기서 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽은 상기 배플의 형상을 따르는, 생물반응기.
  88. 청구항 85, 86, 또는 87에 있어서, 상기 생물반응기는 약 2개 내지 약 6개 배플을 포함하며, 상기 배플은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저의 둘레를 따라 이격되는, 생물반응기.
  89. 청구항 84에 있어서, 상기 생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  90. 청구항 89에 있어서, 상기 살포기는 밸러스트 살포기를 포함하며, 상기 밸러스트 살포기는 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하며, 상기 길이방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되며, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 상기 길이방향 부분의 끝단에 위치되며, 상기 측방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 배출하기 위한 복수의 구멍을 정의하는, 생물반응기.
  91. 청구항 84에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 형상-일치 재료는 가요성 필름을 포함하는, 생물반응기.
  92. 청구항 91에 있어서, 상기 가요성 필름은 다층 필름을 포함하며, 상기 다층 필름은 상기 중공 인클로저에 대면하는 내부면 및 반대쪽 외부면을 포함하며, 상기 내부면은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  93. 청구항 92에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 것인, 생물반응기.
  94. 청구항 84에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 상단에 위치한 제2 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 제2 공급라인은 표면아래 유체 출구를 포함하며, 상기 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하는 유체 제어 장치와 연결되는, 생물반응기.
  95. 청구항 94에 있어서, 상기 유체 제어 장치는 일방향 밸브를 포함하는, 생물반응기.
  96. 청구항 84에 있어서, 상기 교반기는 회전할 때 원주를 형성하고 여기서 공급 라인의 표면위 유체 배출부는 교반기의 원주 위에 배치되어서 유체 배출부를 통해 흐르는 유체가 원주 내에서 배양 배지와 접촉하는, 생물반응기.
  97. 청구항 84에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 유체를 상기 바이오공정 컨테이너에 공급하기 위한 복수의 서플라이 라인에 연결되기 위한 복수의 포트를 포함하며 여기서 각 포트 및 대응하는 서플라이 라인은 서플라이 라인을 해당 포트에 연결하는데 사용자에게 도움이 되는 일치 표시기를 포함하는, 생물반응기.
  98. 청구항 97에 있어서, 상기 포트는 범용 컨넥터를 포함하며, 상기 포트는 제1 및 제2 끝단을 가지며, 상기 제 1 끝단은 각각의 서플라이 라인에 재연결가능한 부착을 형성하기 위한 것인, 생물반응기.
  99. 청구항 84에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너는 상기 바이오공정 컨테이너의 바닥에 배치된 배수 라인과 유체 연통하며, 여기서 유체 수집 장치가 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 상기 배수 라인 사이에 위치하며, 상기 유체 수집 장치는 유체의 와류 흐름을 바이오공정 컨테이너로부터 배수 라인으로 유도하도록 구성된 형상을 갖는, 생물반응기.
  100. 청구항 99에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저는 부피를 가지며 상기 배수 라인은 단면적을 가지며 상기 배수 라인의 단면적은 상기 중공 인클로저의 부피에 비례하며, 상기 배수 라인은 상기 중공 인클로저의 부피 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 갖는, 생물반응기.
  101. 청구항 84에 있어서, 상기 교반기는 친수성 폴리머 물질로 만들어진 적어도 하나의 임펠러를 포함하며, 상기 적어도 하나의 임펠러는 압축식인, 생물반응기.
  102. 다음을 포함하는 일회용 생물반응기 제조 방법:
    액체 불투과성이며 가요성인 형상-일치 재료로부터 바이오공정 컨테이너를 구성하는 단계, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의하고, 상기 중공 인클로저는 약 10 리터 내지 약 20,000 리터의 부피를 가지며, 상기 바이오공정 컨테이너는 재료를 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 공급하기 위한 복수의 유입 포트를 포함하고, 각 유입 포트는 지름을 가짐;
    혼합 장치를 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 삽입하는 단계, 상기 혼합 장치는 적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함함;
    적어도 하나의 살포기를 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 삽입하는 단계, 상기 살포기는 길이방향 부분 및 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하고, 상기 길이방향 부분은 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되고, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 길이방향 부분의 끝단에 위치되고, 측방향 부분은 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 방출하기 위한 복수의 구멍을 정의하고, 복수의 구멍은 지름을 가짐;
    배수 라인을 상기 바이오공정 컨테이너의 바닥에 연결하는 단계, 상기 배수 라인은 단면적을 가짐; 및
    여기서, 유입 포트의 지름, 살포기의 복수의 구멍의 지름, 및 배수 라인의 단면적은 중공 인클로저의 부피에 비례하고, 그리고 여기서 상기 배수 라인은 상기 중공 인클로저의 부피 리터 당 약 0.3 mm2 내지 약 0.7 mm2의 단면적을 가짐.
  103. 다음을 포함하는 생물반응기:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함;
    상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 포트;
    복수의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 샤프트 및 교반기는 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장됨;
    상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 유체 연통하는 세포 보유 챔버;
    상기 세포 보유 챔버와 유체 연통하는 여액 출구, 상기 여액 출구는 액체에 대해서는 투과성이나 배양 배지에 함유된 생물학적 물질에 대해서는 불투과성인 바이오필터를 포함하고, 상기 여액 출구는 액체를 상기 세포 보유 챔버로부터 제거하기 위한 것임; 및
    상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 상기 세포 보유 챔버 사이에 배양 배지의 흐름을 교대로 하도록 구성된 유동 조절기.
  104. 청구항 103에 있어서, 상기 유동 조절기는 가압 가스 공급원 및 진공 공급원과 연통하고, 상기 유동 조절기는 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저와 상기 세포 보유 챔버 사이에서 유체를 앞뒤로 순환시키기 위해 상기 세포 보유 챔버에 함유된 유체에 진공 또는 가스 압력을 교대로 인가하도록 구성된, 생물반응기.
  105. 청구항 104에 있어서, 상기 유동 조절기는 상기 세포 보유 챔버에 함유된 유체에 압력 인가와 흡인력 인가를 교대로 수행하는 왕복운동 다이어프램을 포함하는, 생물반응기.
  106. 청구항 103-105 중 어느 한 항에 있어서, 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플을 더욱 포함하며, 상기 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 갖는, 생물반응기.
  107. 청구항 106에 있어서, 상기 배플은 팽창성 유체 주머니를 정의하며, 상기 배플은 팽창되고 수축될 수 있는, 생물반응기.
  108. 청구항 106 또는 청구항 107에 있어서, 상기 배플은 중공 인클로저의 외부에 위치되도록 구성되며, 여기서 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽은 상기 배플의 형상을 따르는, 생물반응기.
  109. 청구항 103에 있어서, 상기 생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  110. 청구항 109에 있어서, 상기 살포기는 밸러스트 살포기를 포함하며, 상기 밸러스트 살포기는 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하며, 상기 길이방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되며, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 상기 길이방향 부분의 끝단에 위치되며, 상기 측방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 배출하기 위한 복수의 구멍을 정의하는, 생물반응기.
  111. 청구항 110에 있어서, 상기 생물반응기는 제2 살포기를 포함하는, 생물반응기.
  112. 청구항 103에 있어서, 상기 바이오공정 컨테이너의 형상-일치 재료는 가요성 필름을 포함하는, 생물반응기.
  113. 청구항 112에 있어서, 상기 가요성 필름은 다층 필름을 포함하며, 상기 다층 필름은 상기 중공 인클로저에 대면하는 내부면 및 반대쪽 외부면을 포함하며, 상기 내부면은 친수성 표면을 형성하도록 개질된 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 생물반응기.
  114. 청구항 113에 있어서, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 것인, 생물반응기.
  115. 청구항 103에 있어서, 유체를 상기 바이오공정 컨테이너 내로 공급하기 위하여 중공 인클로저 내로 연장되는 적어도 하나의 공급 라인을 더욱 포함하며, 상기 공급 라인은 하나의 교반기에 인접하여 배치된 표면아래 유체 출구를 포함하며, 상기 유체 출구는 단지 유체가 유체 출구로부터 흘러나오도록 하고 유체가 반대 방향으로 흐르는 것을 방지하는 유체 제어 장치와 연결되는, 생물반응기.
  116. 다음을 포함하는 생물반응기:
    액체 불투과성 및 가요성 형상-일치 재료로 제조된 바이오공정 컨테이너, 상기 바이오공정 컨테이너는 상단, 바닥, 및 그 사이에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 바이오공정 챔버는 배양 배지를 수용하기 위한 중공 인클로저를 정의함;
    상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저로 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 포트; 및
    적어도 하나의 교반기에 결합된 회전식 샤프트를 포함하는 혼합 장치, 상기 샤프트 및 교반기는 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 연장되며, 상기 교반기는 상기 회전식 샤프트 상으로 압축가능함.
  117. 청구항 116에 있어서, 상기 교반기는 적어도 하나의 블레이드 요소를 포함하는 임펠러를 포함하고, 상기 블레이드 요소는 상기 회전식 샤프트쪽으로 접혀질 수 있는, 생물반응기.
  118. 청구항 116 또는 117에 있어서, 상기 회전식 샤프트로부터 돌출된 압축식 배플 요소를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  119. 청구항 117에 있어서, 상기 회전식 샤프트는 제1 임펠러 및 제2 임펠러에 결합되고, 이들 2개 임펠러 모두는 상기 샤프트 쪽으로 접혀질 수 있는 적어도 하나의 블레이드 요소를 포함하는, 생물반응기.
  120. 청구항 116-119 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 및 교반기는 친수성 폴리머로 제조되는, 생물반응기.
  121. 청구항 120에 있어서, 상기 친수성 폴리머는 조사, 광 또는 플라즈마 유도, 또는 산화에 의해 개질된 폴리에틸렌 폴리머를 포함하는, 생물반응기.
  122. 청구항 116-121 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전식 샤프트는 샤프트 슬리브에 의해 둘러싸인 금속 보강 막대를 포함하고, 상기 샤프트 슬리브는 폴리머성 물질로 구성되는, 생물반응기.
  123. 청구항 122에 있어서, 상기 혼합 장치의 샤프트 위에 위치된 리테이닝 링을 더욱 포함하고, 상기 리테이닝 링은 똑바로 선 위치로 또는 압축된 위치로 각각 교반기를 고정하기 위한 교반기 결합 위치 및 교반기 해제 위치를 포함하는, 생물반응기.
  124. 청구항 123에 있어서, 상기 리테이닝 링은 상기 금속 보강 막대가 상기 샤프트 슬리브 내로 삽입될 때 교반기 해제 위치에서 교반기 결합 위치로 이동하는, 생물반응기.
  125. 청구항 122 또는 123에 있어서, 상기 금속 보강 막대는 함께 부착된 여러 섹션을 포함하는, 생물반응기.
  126. 청구항 122, 123, 124 또는 125 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 보강 막대는 상단을 가지며 여기서 자기성 부재가 상기 금속 보강 막대의 상단에 위치하고, 상기 자기성 부재는 모터에 자기적으로 결합하도록 구성된, 생물반응기.
  127. 청구항 116-126 중 어느 한 항에 있어서, 길이 방향으로 바이오공정 컨테이너의 측벽에 인접하게 연장되도록 구성된 적어도 하나의 배플을 더욱 포함하며, 상기 배플은 혼합 장치에 의한 배양 배지의 혼합 동안 중공 인클로저 내의 유체 흐름에 영향을 줄 충분한 양으로 측벽으로부터 방사방향에서 안쪽으로 연장되는 형상을 갖는, 생물반응기.
  128. 청구항 127에 있어서, 상기 배플은 팽창성 유체 주머니를 정의하며, 상기 배플은 팽창되고 수축될 수 있는, 생물반응기.
  129. 청구항 127 또는 청구항 128에 있어서, 상기 배플은 중공 인클로저의 외부에 위치되도록 구성되며, 여기서 상기 바이오공정 컨테이너의 측벽은 상기 배플의 형상을 따르는, 생물반응기.
  130. 청구항 116에 있어서, 상기 생물반응기는 적어도 하나의 살포기를 더욱 포함하는, 생물반응기.
  131. 청구항 130에 있어서, 상기 살포기는 밸러스트 살포기를 포함하며, 상기 밸러스트 살포기는 길이방향 부분과 측방향 부분을 갖는 가스 튜브를 포함하며, 상기 길이방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너의 중공 인클로저 내로 수직으로 연장되며, 상기 측방향 부분은 교반기 아래의 상기 길이방향 부분의 끝단에 위치되며, 상기 측방향 부분은 상기 바이오공정 컨테이너 내에 함유된 배양 배지 내로 가스를 배출하기 위한 복수의 구멍을 정의하고, 측방향 부분은 샤프트를 안정화시키기 위해 혼합 장치의 샤프트와 결합하는, 생물반응기.
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