KR20210044250A - 필터 유닛을 갖는 바이오리액터 및 세포 브로스를 처리하는 방법 - Google Patents

필터 유닛을 갖는 바이오리액터 및 세포 브로스를 처리하는 방법 Download PDF

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KR20210044250A
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Abstract

본 발명은 필터 유닛(13, 20)을 갖는 바이오리액터(12) 및 세포 브로스(34, 40)를 처리하는 방법에 관한 것이다.

Description

필터 유닛을 갖는 바이오리액터 및 세포 브로스를 처리하는 방법
본 발명은 필터 유닛을 갖는 바이오리액터 및 세포 브로스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
세포 브로스의 처리는 생물학적 세포들이 사용되는 생화학 공정에서 가장 핵심이다. 특히, 대부분의 상기 언급한 공정들은 하나 또는 이상의 세척, 농축, 분리 및 분획화 단계를 갖는다.
상기 공정들에서, 예컨대, 통상적인 기술들, 예를 들면 원심분리, 교번 접선 유동 여과(alternating tangential flow filtration, ATF)) 및 침강이 사용된다. 이러한 공정들은 분리 단계(여과 및/또는 침강) 동안 유체(예를 들면, 새로운 공급 매체)를 세포 브로스에 직접 공급할 수 없는 단점이 있고; 결과적으로, 두 단계의 분리 공정이 수행되어야 한다. 또한, 이러한 공정들에 필요한 장치들은 넓은 공간을 차지하고 (무시할 정도의 소형화); 그리고 이 공정들은 상당한 시간과 노력과 관련이 있다. 또한, 알려진 방법 중 일부에서 세포들에 상당한 부하가 가해진다.
본 발명의 목적은 연속 처리 모두에 적합한 세포 브로스를 처리하기 위한 방법 및 브로스에 함유된 세포들을 보전하기 위한 방법, 또는 상기 방법을 수행하는데 적합한 바이오리액터를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항들에 특징화된 실시예의 수단들에 의해 달성된다.
제 1 양태에서 본 발명은 필터 유닛을 갖는 바이오리액터에 관한 것이고, 상기 바이오리액터는 내부를 포함하고; 및 상기 필터 유닛은 적어도 하나의 공급 채널, 적어도 하나의 제 1 필터 매체(medium), 적어도 하나의 잔류물 채널, 적어도 하나의 제 2 필터 매체 및 적어도 하나의 투과물 채널을 포함하며, 상기 제 1 필터 매체는 공급 채널 및 잔류물 채널을 서로 구분하도록 배열되고; 및 상기 제 2 필터 매체는 잔류물 채널 및 투과물 채널을 서로 구분하도록 배열되며, 상기 공급 채널은 공급 매체용 적어도 하나의 입구와 유체 전달(fluid conducting) 방식으로 연결되고; 상기 잔류물 채널은 세포 브로스용 적어도 하나의 입구 및 세포 브로스용 적어도 하나의 출구와 유체 전달 방식으로 연결되며; 상기 투과물 채널은 투과물용 적어도 하나의 출구와 유체 전달방식으로 연결되고; 및 상기 반응기의 내부는 세포 브로스용 입구 및 세포 브로스용 출구와 유체 전달 방식으로 연결된다.
세포 브로스 및 공급 매체 모두 본 발명의 바이오리액터의 필터 유닛에 유체를 연속적으로 첨가할 수 있어 바이오리액터는 연속적으로 작동될 수 있다. 그 결과, 본 발명의 바이오리액터는 효율적이고 경제적인 처리가 가능하다. 본 발명은, 특히, 처리 시간 및 필요한 장비의 양을 감소시킨다. 또한, 데드 존(장기간 동안 세포 브로스의 일부가 침강되는 영역)을 피하는 동시에 세포들을 부드럽게 처리한다. 또한, 본 발명의 바이오리액터는 여러 단계 (예를 들면, 새로운 공급 매체의 공급 및 세포 브로스로부터 생산물의 분리 및/또는 세포 일부의 분리(세포의 분획화))를 한 단계로의 통합이 가능하게 한다
일반적으로, 세포 브로스는 하기를 포함하는 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다:
- 물 또는 배양 배지 및
- (생물학적) 세포 및, 선택적으로, 이의 분해 산물(예를 들면 세포 단편) 및
- 선택적으로, 세포들의 대사 산물.
세포 브로스는 예를 들면, 배양 배지, 단백질, 핵산, 세포의 대사 산물 및/또는 세포의 분해 산물뿐만 아니라 세포를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면 세포 브로스는 바람직하게는 배양 배지를 포함한다.
본 발명에 따라, "세포"는 인간, 동물, 식물, 진균, 조류 및 박테리아가 기원으로 갖는 것들, 및 또한 바이러스를 포함한다.
상기 배양 배지는 일반적으로 세포를 배양하는데 사용되는 영양 배지를 의미한다. 상기 배양 배지는 바람직하게는 수용성 배양 배지이다.
본 발명에 따르면, 유체는 액체 또는 기체 혼합물 또는 액체 또는 기체 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들면, 세척 버퍼는 유체를 나타낸다. 배양 배지 또는 그것의 액체 또는 기체 성분들도 유체일 수 있다.
본 발명에 따르면, "바이오리액터"는 세포 브로스가 배양될 수 있는 내부에 반응기를 의하는 것으로 이해된다. 본 발명에 따르면, 상기 내부는 폐쇄된 것일 수 있고, 여기서 문맥 내 "폐쇄된"은 자유 물질이 환경과 어떤 교환도 일어나지 않음을 의미한다. 그러나, 바이오리액터의 내부는 또한 개방된 것일 수 있다. 상기 내부는 바람직하게는 폐쇄되어 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 필터 유닛은 편평한 필터 모듈, 나선형으로 감겨진 섬유 모듈 또는 중공 섬유 모듈이고, 이 경우에 편평한 모듈이 바람직히다. 상기 필터 유닛이 편평한 필터 모듈로 설계된 경우, 상기 제 1 필터 매체 및 제 2 필터 매체는 편평한 형태를 갖는다. 용어 "편평한"은 각 필터 매체(필터 재료)가 실질적으로 단일 평면에 있음을 나타낸다. 바람직하게는 모든 필터 매체는 서로 실질적으로 대체로 평행한 평면상에 있다. 본 발명에 따라 적합한 상기 필터 매체는 특별한 제한이 없으며, 예를 들면 세라믹 막, 부직포 및 폴리머 막일 수 있다.
본 발명에 따르면, 필터 유닛은 내부의 안쪽 또는 바깥쪽에 배열될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 다르면, 필터 유닛은 바이오리액터의 내부의 안쪽에 배열된다. 이러한 배열에서 바이오리액터의 필터 유닛 및 내부 사이의 짧은 경로로 인하여 무용 부피가 감소하여 내부의 바깥쪽에서 세포가 체류하는 시간이 짧다. 또한, 내부의 안쪽 배열은 어떤 추가/별도의 조치, 예를 들면 세포 브로스 및/또는 공급된 공급 매체 등의 온도를 조절하는 것을 요구하지 않는다. 이 배열은 또 다른 장점은 공간 요구 사항이 감소한다는 것이다.
바이오리액터의 내부에서 필터 유닛의 배열의 경우, 상기 바이오리액터는 바람직하게는 공급 매체용 외부 연결부 (16)를 갖는다. 공급 매체는 연결부 (16)를 통해 바깥쪽으로부터 공급 채널로 공급될 수 있다.
특히 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 필터 유닛은 바이오리액터의 외부에 배열된다. 이 구조를 갖는 바이오리액터는 더 간단하고 빠르게 생산되므로, 높은 유연성으로 다양한 용도로 사용할 수 있다. 이 배열은 또한 특히 반복 사용(재사용)에 적합하다. 추가적인 장점은 이 배열을 갖는 바이오리액터는 낮은 수준의 복잡성을 갖도록 설계되었다는 것이다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 공급 매체용 입구는 공급 매체용 펌프에 유체 전달 방식으로 연결되고; 및/또는 세포 브로스용 입구는 세포 브로스용 펌프에 유체 전달 방식으로 연결된다. 이 펌프(이러한 펌프들)에 의해, 공급 매체 및/또는 세포 브로스는 제어된 방식으로 첨가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 원칙상, 펌프들은 일반적으로 원심 펌프 및/또는 예를 들어, 호스 펌프, 다이어프램 펌프, 및 피스톤 펌프와 같은 양변위 펌프(positive displacement pumps)이다.
본 발명에 따르면, 유체 전달 방식으로 펌프에 연결될 수 있는 입구들 또는, 경우에 따라 출구에, 펌프 대신에 가압 용기(예를 들어, 세포 브로스용 입구의 경우에 바이오리액터)를 연결하거나 유체 전달 방식으로 입구들 또는 경우에 따라 출구에 중력압을 생성시키는 수단들을 연결하는 것이 가능하다. 그 결과, 유속 또한 입구 또는 출구에서 시작되고 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 세포 브로스용 입구는 밸브 또는 펌프를 갖는다. 여과 압력이 잔류물 채널 안쪽에서 발생하여 이에 따라 제 2 필터 매체를 통과하는 유량이 밸브 및/또는 펌프에 의해 조정될 수 있다.
또한, 투과물용 출구는 밸브를 갖는 것이 바람직하다. 그 결과, 투과물용 출구는 폐쇄될 수 있다. 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 투과물용 출구는 펌프를 갖는다.
배출되는 투과액의 양은 펌프(및/또는 밸브)에 의해 조절될 수 있다. 이 경우 배출되는 양은 예를 들어 목표 물질 농도 또는 오염 농도의 함수로 조정될 수 있다. 또한, 투과물용 출구에 연결된 펌프는 본 발명의 방법의 바람직한 중간 단계로써 투과물 흐름의 역전을 생성시키는데 사용될 수 있고, 그 결과 필터 매체의 막힘을 방지할 수 있고; 및 특정 환경에서 형성되었을 커버 층을 제거할 수 있다.
제 1 및 제 2 필터 매체는 공급 매체 및 세포 브로스를 여과하는데 적합하다. 제 1 및 제 2 필터 매체는 공급 매체 및 세포 브로스에 대해 적어도 부분적으로 투과성이 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 적어도 제 2 필터 매체는 세포 브로스에 함유된 세포에 대해 투과성이 없다. 이러한 방식으로 및 공급 매체의 흐름 방향의 결과로써 (도 1 및 2 참조), 세포들은 잔류물 채널로부터 조정 채널(투과물 채널 및 공급 채널)로 통과하는 것이 방지된다. 바람직하게는, 제 1 필터 매체는 또한 세포 브로스에 함유된 세포들에 대해 투과성이 없다.
바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 제 2 필터 매체는 세포 브로스에 함유된 세포들 및/또는 세포 단편들에 대해 적어도 부분적으로 투과성이 있다. 그 결과, 세포들의 분획화가 본 발명의 바이오리액터의 필터 유닛으로 수행될 수 있다. 이 실시예에서, 또한, 제 1 필터 매체는 세포 브로스에 함유된 세포들에 대해 바람직하게는 투과성이 없다.
제 1 필터 매체 및 제 1 필터 매체는 각각의 경우에 서로 독립적으로 바람직하게는 0.001 μm 내지 1 mm, 특히, 바람직하게는 0.005 μm 내지 10 μm 크기의 공극을 갖는다. 이 문맥에서 "서로 독립적으로"는 제 1 및 제 2 필터 매체가 동일한 공극 크기 및/또는 재료 물성을 갖는 것이 아님을 의미한다.
본 발명에 따르면, 공극 크기는 적어도 0.1 μm의 공극 크기에 대한(예를 들면, 0.1 내지 10 μm의 평균 공극 크기를 갖는 미세 여과막에 대한) 모세관 유동 공극 특정법을 사용하여 결정된다. 이러한 맥락에서 상기 모세관 유동 공극 측정법은 기체/액체 공극 측정법으로, 차압 가스 압력 수준과 유속은 먼저 습한 상태에서 그 다음 건조한 상태에서 막 샘플의 평균값으로 측정된다. 측정 전, 막 샘플은 존재하는 모든 공극이 이 액체로 채워지는 방식으로 액체와 접촉한다. 공극들을 채우고 샘플을 도입한 후, 측정 세포를 차단하고 측정이 시작되어야 한다. 기체 압력은 측정 시작 후 자동적으로 점진적으로 증가하고; 및 적용된 압력에 대한 공극 직경은 기체 압력에 의해 비워진다. 이 절차는 관련된 공극 영역이 발견될 때까지, 예를 들면 측정 영역에 존재하는 가장 작은 공극 조차에서도 액체가 제거될 때까지 수행된다. 그 다음, 압력은 다시 낮아지고; 및 이제 건조된 샘플에 대한 측정이 자동으로 반복된다. 두 압력/유속 곡선간의 차이는 Young Laplace 방정석을 사용하여 공극 크기 분포를 계산하는데 사용된다(A. Shrestha, "Characterization of porous membranes via porometry", 2012, Mechanical Engineering Graduate Theses & Dissertations, Paper 38, University of Colorado at Boulder 참조).
10 μm 내지 1 mm 이상의 공극 크기를 계산하기 위하여, Journal of Membrane Science 372 (2011), 페이지 66 내지 74에 기술되고 이미지 분석(이미지 분석)에 기반하는 방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 액체-액체 대체 방법은 0.1 μm이하의 공극 크그에 사용된다. 상기 방법은 모세관 유동 공극 측정법과 유사하다. 그러나, 이 경우에, 가스 유속이 아니라, 차압 증가의 함수로 여기에서 측정되는 대체 액체의 유속이다(R. Davila, "Characterization of ultra and nanofiltration commercial filters by liquid-liquid displacement porosimetry", 2013 참고).
잔류물 체널에 위치한 혼합물의 경우, 세포 브로스 및 잔류물이라는 용어는 교환적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 필터 매체는 제 1 필터 멤브레인이다. 제 2 필터 매체는 바람직하게는 제 2 필터 맴브레인이다. 특히 제 1 필터 매체는 제 1 필터 멤브레이고, 제 2 필터 매체는 제 2 필터 멤브레인인 것이 바람직하다. 필터 멤브레인은 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 셀룰로오스 및 이의 유도체; 설폰(PES) 또는 폴리설폰으로 제조될 수 있고, 여기서 이 경우에 가교된 셀룰로오스 수화물이 특히 선호된다.
필터 유닛이 편평한 필터 모듈인 경우, 세포 브로스용 입구는 바람직하게는 필터 유닛의 제 1 가장자리 영역에 부착되고; 및 세포 브로스용 출구는 필터 유닛의 제 2 가장자리 영역에 부착되며, 여기서 상기 제 2 가장자리 영역은 제 1 가장자리 영역과 반대이다. 이 배치는 시작점인 입구에서 끝 점인 출구까지 세포 브로스의 흐름의 실질적으로 균일한 방향을 정의한다. 이러한 이유로 세포 브로스 흐름의 방향은 필터 매체를 따라 흐름 경로와 거의 평행하다. 즉, 본직적으로 편향이 없으며, 그 결과 필터 유닛을 통한 세포 브로스의 안정적이고 신뢰할 수 있는 흐름이 보장된다. 또한, 필터 유닛 내 압력 강하뿐만 아니라 세포 브로스에 포함된 표적 물질에 대한 비 직선 흐름의 원치 않는 영향, 특히 편향, 루프 등이 없는 대체로 직선 흐름 경로에 의한 세포에 미치는 원치 않는 영향을 최소화할 수 있다. 상기 이유로 공급 매체용 입구는 필터 유닛의 제 1 가장자리 영역에 부착되는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 투과물용 출구는 필터 유닛의 제 2 가장자리 영역에 부착된다. 적어도 하나의 투과물용 출구가 필터 유닛의 제 1 가장자리 영역 및 제 2 가장자리 영역 모두에 부착되는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 추가적인 실시예에서, 투과물용 출구는 대체 또는 추가로 필터 유닛의 제 3 및/또는 제 4 가장자리 영역에 부착된다. 공급 채널의 측면에서 필터 유닛의 평면도에서 제 3 가장자리 영역은 흐름 방향의 왼쪽에 위치한다. 제 4 가장자리 영역은 상응하게 우축에 위치하므로 제 3 가장자리 영역 반대편에 위치한다. 출구(들)의 돌출 배치로 인해 특히 높은 투과물 출력 및 설계 이점을 달성할 수 있다.
제 1 가장자리 영역은 바람직하게는 흐름 방향에 반대되는 필터 유닛 길이의 외부 1/3을 포함한다. 상응하게, 제 2 가장자리 영역은 흐름 방향을 따라 필터 유닛 길이의 외부 1/3을 포함한다. 제 3 및 제 4 가장자리 영역에도 동일하게 적용된다. 제 1 내지 제 4 가장자리 영역을 가능한한 작게 설계하는 것이 유리하다. 그러므로, 가장자리 영역은 특히 바람직하게는 각각의 외부 20%, 더욱더 바람직하게는 각각의 외부 10% 및 가장 바람직하게는 각각의 외부 3%를 포함한다.
원칙적으로, 입구 및 출구를 부착하는 방법에 대한 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 입구 및 출구는 세포 브로스가 이미 흐름 방향으로 잔류물 채널로 들어가고 상기 잔류물 채널을 흐름 방향으로 떠나도록 부착될 수 있다. 상응하게, 투과물용 출구는 투과물이 하름 방향으로 투과물 채널을 떠나는 방식으로 부착될 수 있고; 및/또는 공급 매체용 입구는 상기 공급 매체가 흐름 방향으로 공급 채널로 들어가는 방식으로 부탁될 수 있다. 그러나, 입구 및 출구는 바람직하게는 공급 매체가 흐름 방향에 수직으로 공급 채널로 들어가는 방식으로 부착되고; 그 다음 세포 브로스가 흐름 방향에 수직으로 잔류물 채널로 들어가고 흐름방향에 수직으로 잔류물 채널을 떠나는 방식으로 부착될 수 있다. 입구 및 출구를 부착하는 이러한 방법은 필터 카트리지를 형성시키는 복수의 필터 유닛의 배치를 용이하게 한다.
필터 유닛은 바람직하게는 복수의 세포 브로스용 입구, 복수의 세포 브로스용 출구 및 복수의 투과물용 출구를 갖는다.
추가 실시예에 따르면, 필터 유닛은 편평한 필터 모듈이고, 상기 공급 매체용 입구 및 세포 브로스용 입구는 필터 유닛의 중앙 영역에 부착되어 공급 매체 및/또는 세포 브로스는 중앙에서 멀어지는 방향으로 제 1 및 제 2 필터 매체 위를 흐른다. 이 실시예에서 제 1 및 제 2 필터 매체는 바람직하게는 디스크형이므로, 제 1 및 제 2 필터 매체는 균일하게 사용된다.
바람직한 일실시예에서, 공급 채널 및/또는 잔류물 채널의 자유 부피(공급 매체 및/또는 세포 브로스에 이용할 수 있는 공간, 데드 부피 또는 빈 부피)는 세포 브로스용 입구에서 세포 브로스용 출구까지 흐름 방향으로 감소한다. 감소하는 부피(들)로 인해, 필터 유닛은 낮은 압력 손실 및 공급 매체 및 세포 브로스의 실질적으로 편향이 없는 흐름 경로를 갖는다. 결과적으로, 필터 유닛의 영역 성능을 향상시키고 "단일 통과" 모드에서 필터 유닛을 작동시킬 수 있다(재활용없이 세포 브로스의 단일 통과만 발생).
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 흐름 방향에 따라 자유 부피의 감소는 공급 채널의 너비 및/또는 잔류물 채널의 너비가 흐름 방향으로 감소/감소한다는 점에서 달성된다. 너비는 제 1 필터 물질을 따라 흐르고 흐름에 수직이다. 특히, 바람직하게는 전체 필터 유닛의 너비는 흐름 방향으로 감소한다. 잔류물 채널 도는 필터 유닛은 일반적으로 제 1 필터 물질이 위치하는 평면의 법선을 따라 평면도에서 바람직하게는 사다리꼴이다. 공급 채널 및/또는 잔류물 채널 또는 일반적으로 필터 유닛의 기본 사다리꼴 형상은 부등변, 예를 들면, 직사각형, 바람직하게는 이등변일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 공급 채널 및/또는 잔류물 채널 또는, 일반적으로 필터 유닛의 높이는 흐름 방향으로 감소할 수 있다. 예를 들면, 공급 채널 및/또는 잔류물 채널은 쐐기 형상이 되도록 설계될 수 있다. 공급 채널 및/또는 잔류물 채널 또는, 일반적으로 필터 유닛의 높이는 제 1 필터 물질에 수직이고 흐름 방향에 수직으로 이어진다.
필터 유닛의 너비, 길이 및 높이에 대한 특별한 제한은 없다. 길이는 흐름 방향에 평행하고 제 1 필터 물질을 따라 이어진다. 필터 유닛은 바람직하게는 적어도 50mm, 바람직하게는 적어도 150mm, 특히, 바람직하게는 500mm, 가장 바람직하게는 750mm의 길이를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 투과물 채널의 자유 부피는 흐름의 방향으로 변한다. 투과물 채널의 자유 부피는 흐름 방향으로 감소하는 것이 특히 바람직하다. 결과적으로, 예를 들면 바람직하게는 필터 카트리지로 설계된 필터 유닛의 외부 넓이를 유지하는 것이 가능하다.
잔류물 채널 형성에 대한 설명은 투과물 채널에 상응하게 적용되며 그 반대의 경우도마찬가지이다.
"흐름 방향으로 감소하는 자유 부피"는 공급 매체 및/또는 세포 브로스가 흐를 수 있고 흐름 방향에 평행하게 연장되는 법선을 갖는 평면에 놓이는 단면적 A1 및 A1에 평행하고 공급 매체 및/또는 세포 브로스의 입구에서 더 멀리 떨어져 있는 상응하는 단면적 A2가 있음을 의미하고, 여기서 이 경우에 공급 매체 및/또는 세포 브로스가 흐를 수 있는 표면적 A1은 A2보다 더 크고, A1'의 표면적이 A2'의 표면적보다 더 작은 상응하게 정의된 평면 A1' 및 A2'는 없다.
자유 부피의 감소가 일정하거나(A1 = A2 가 모든 A1 및 A2에 대해 유지됨) 연속적일 수 있다(A1 > A2 가 모든 A1 및 A2에 대해 유지됨). 부피 감소는 또한 불연속적일 수 있다: 이는 흐름 방향을 따라 단면적에서 불연속적인 낙하 또는 점프가 발생함을 의미한다.
흐름 방향에서 잔류물 채널의 자유 부피의 변화는 필터 작업에 따라서 바람직하게는 20 내지 1 내지 1.2 내지 1, 바람직하게는 10 내지 1의 범위이다. 이 경우에, "흐름 방향으로 잔류물 채널의 자유 부피 변화"는 세포 브로스용 출구에서 단면적 A2에 대한 세포 브로스용 입구에서 단면적 A1의 비율을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 공급 채널의 두께 및/또는 잔류물 채널의 두께 및 선택적으로 투과물 채널의 두께는 흐름의 방향으로 감소/감소한다.
공급 채널, 잔류물 채널 및 투과물 채널은 일반적으로 스페이서(spacer)를 통해 열린 상태로 유지된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 플랫 스페이서는 잔류물 채널의 자유 부피가 흐름 방향으로 감소하는 방식으로 필터 유닛의 공급 채널 및/또는 잔류물 채널에 장착된다.
필터 유닛에 적합한 스페이서는 종래 기술에 공지되어 있으며, 본 발명의 바이오리액터의 필터 유닛의 공급 채널, 잔류물 채널 및/또는 투과물 채널에 사용될 수 있다. 본 발명에 다르면, 스페이서는 바람직하게는 공급 매체 및/또는 세포 브로스에 이용할 수 있는 자유 부피의 부피 감소를 달성하기 위해서 흐름 방향으로 부피가 증가하는 방식으로 바람직하게는 변형된다. 바람직한 스페이서는 유기 또는 무기 재료, 예를 들면 직조 직물, 편직물, 부직포 또는 압출 메쉬로 만들어진 직물 재료일 수 있다.
스페이서는 유리하게는 비평면 플레이트일 수 있다. 비평면 플레이트는 적어도 하나의 비평면 주 표면을 갖는 플레이트일 수 있다. 플레이트의 주 표면은 가장 큰 표면적과 반대되는 표면이다. 적어도 하나의 비평면 주 표면은 주름지거나 톱니형 표면의 형태로 불규칙성을 가질 수 있다. 또한, 고르지 않은 표면은 원뿔(잘린원뿔), 피라미드(잘린 피라미드), 너브 또는 기타 기하학적 도형과 같은 돌출 요소를 가질 수 있다. 비 평면 플레이트는 또한 주름진 시트와 유사한 주름지거나 톱니 모양일 수 있고, 이 경우 주름지거나 톱니 모양의 형상은 바람직하게는 흐름 방향에 평행하게 연장된다. 비평면 플레이트에 적합한 재료는 개방형 메쉬 매트릭스의 형태의 스페이서에 대해 아래 나열된 것과 동일하다.
바람직한 실시예에 따르면, 스페이서는 개방형 메쉬 매트릭스 또는 압출된 메쉬로 구성된다. 이러한 형태의 스페이서는 종래 기술로 공지되어 있으며, 예를 들면, 독일 특허 출원 DE 100 22 259 A1의 공개 문헌에 기술되어 있다. 이미 상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스페이서는 공급 매체 및/또는 세포 브로스에 이용할 수 있는 자유 부피의 부피 감소를 달성하기 위하여 바람직하게는 흐름 방향으로 그들의 부피가 감소하는 방식으로 변형된다. 원칙적으로, 통상의 스페이서는 본 발명의 필터 유닛, 예를 들면 투과물 채널 및/또는 공급 채널에 또는 흐름 방향으로 감소하는 너비를 갖는 필터 유닛의 모든 채널에도 설치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 감소하는 너비는 예를 들면 채널 또는 일반적으로 필터 유닛의 사다리꼴 구성에 의해 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 개방형 메쉬 매트릭스 및/또는 압출된 메쉬의 메쉬 너비는 흐름 방향을 따라 자유 부피 감소를 달성하기 위하여 흐름 방향으로 감소할 수 있다. 예를 들면, 메쉬 수는 공급 매체용 입구 및/또는 세포 브로스용 입구에 5/cm 내지 15/cm이고; 및 공급 매체용 입구 사이의 중앙 및/또는 세포 브로스용 입구 및 세포 브로스용 출구에 10/cm 내지 30/cm이고 세포 브로스용 출구에 20/cm 내지 40/cm이다.
전술한 것에 대한 대안 또는 추가로써, 개방형 메쉬 매트릭스 또는, 더 일반적으로, 압출된 메쉬는 종 방향 및 횡 방향 실을 교차함으로써 구성될 수 있고 흐름 방향으로 종 방향 및/또는 횡 방향 실의 수 및/또는 두께를 증가시킬 수 있다. 개방형 메쉬 매트릭스는 바람직하게는 유기 고분자, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스터, 폴리비닐 클로라이드 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 혼합물로 구성된다. 또한, 개방형 메쉬 매트릭스는 다른 형태의 고분자들의 섬유로 구성되는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에서, 직물 재료의 여러 층은 자유 채널 부피가 흐름 방향으로 감소하는 방식으로 잔류물 채널에서 서로 위에 배치된다. 그러한 감소는 예를 들면, 흐름 방향으로 서로 위에 배열된 층을 오프셋(offset)함으로써 달성될 수 있다. 서로 위에 배열된 층들은 바람직하게는 제 2 가장자리 영역까지 연장된다. 결과로써, 직물 재료의 부피 증가는 흐름 방향으로 잔류물 채널에서 이용할 수 있으므로, 자유 부피는 흐름방향으로 감소한다. 직물, 편직물, 부직포 또는 압출된 메쉬와 같은 직물재료는 유기 또는 비유기 재료로 제조될 수 있다.
공급 채널 또는 잔류물 채널의 자유 부피 감소를 달성하기 위해 여기 설명된 실시예들은 원하는 대로 서로 조합될 수 있다.
본 발명에 따르면 잔류물 채널은 제 1 필터 재료 및 제 2 필터 재료에 의해 경계가 정해진다. 공급 채널은 적어도 하나의 제 1 필터 재료에 의해 경계가 정해진다. 투과물 채널은 적어도 하나의 제 2 필터 재료에 의해 경계가 정해진다. 잔류물 채널에 인접하여 공급 채널 및 투과물 채널이 있다. 본 발명의 바이오리액터의 필터 유닛은 바람직하게는 공급 채널, 제 1 필터 재료, 잔류물 채널, 제 2 필터 재료, 투과물 채널, 제 2 필터 재료, 잔류물 채널 및 제 1 필터 재료의 복수의 적층된 배열로 이루어지고 바람직하게는 추가 공급 채널로부터 폐쇄되어 있으므로, 적층된 배열은 조합되어 필터 카트리지를 형성한다. 필터 카트리지에 적합한 실시예들은 종래 기술로 공지되어 있다. 이 배열의 각 공급 채널은 바람직하게는 2개의 잔류물 채널의 제 1 필터 재료에 상응하는 각각의 필터 재료에 의해 양측 모두에서 경계가 정해진다. 상응하게는, 이 배열의 각 투과물 채널은 2개의 잔류의 채널의 제 2 필터 재료에 상응하는 각각의 필터 재료에 의해 양측 모두에서 경계가 정해진다. 제 1 필터 매체 및 제 2 필터 매체는 서로 다를 수 있다. 이것은 원칙적으로 다른 형태의 제 1 필터 매체 및 다른 형태의 제 2 필터 매체가 사용될 수 있음을 의미한다. 바람직하게는 동일한 형태의 제 1 필터 매체 및/또는 동일한 형태의 제 2 필터 매체가 사용된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 필터 매체는 서로 독립적으로, 바람직하게는50 mm 내지 10,000 mm, 특히 바람직하게는 150 mm 내지 1,000 mm의 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 제 1 필터 재료에 의한 공급 채널의 경계 및 제 1 및 제 2 필터 재료에 의한 공급 채널의 추가 경계 및/또는 잔류물 채널의 경계가 서로 평행하지 않으면 공급 채널 및/또는 잔류물 채널의 자유 부피는 쐐기 형태로 설계될 수 있으므로, 자유 부피는 흐름 방향으로 감소한다. 공급 채널, 잔류물 채널 및 투과물 채널은 실질적으로 평행한 표면에 의해 양측에서 경계가 정해지는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 바이오리액터의 필터 유닛의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니다. 필터 유닛은 예를 들면 입방체 또는 원통형일 수 있다.
추가 측면에서 본 발명은 세포 브로스를 처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 (A) 적어도 하나의 공급 채널, 적어도 하나의 제 1 필터 매체, 적어도 하나의 잔류물 채널, 적어도 하나의 제 2 필터 매체 및 적어도 하나의 투과물 채널을 포함하고, 상기 제 1 필터 매체는 공급 채널 및 잔류물 채널을 서로 구분하도록 배열되며; 및 상기 제 2 필터 매체는 잔류물 채널 및 투과물 채널을 서로 구분하도록 배열되고, 여기서 상기 공급 채널은 공급 매체용 적어도 하나의 입구와 유체 전달 방식으로 연결되며, 상기 잔류물 채널은 세포 브로스용 적어도 하나의 입구 및 세포브로스용 적어도 하나의 출구와 유체 전달 방식으로 연결되고, 상기 투과물 채널은 투과물용 적어도 하나의 출구와 유체전달방식으로 연결되며, 및 상기 반응기의 내부는 세포 브로스용 입구 및 세포 브로스용 출구와 유체 전달 방식으로 연결되는 필터 유닛을 제공하는 단계; (B) 상기 공급 매체용 입구로 상기 공급 매체를 공급하는 단계; (C) 세포 브로스용 입구로 세포 브로스를 공급하는 단계; (D) 세포 브로스용 출구로 세포 브로스를 배출시키는 단계; 및 (E) 투과물용 출구로부터 투과물을 배출시키는 단계를 포함한다.
바이오리액터, 이의 필터 유닛 및 세포 브로스를 처리하는 방법에 대한 설명은 실질적으로 상호 적용 가능하다.
공급 매체는 특별한 제한이 없으며 유체 또는 현탁액일 수 있다. 공급 매체는 바람직하게는 물 및 선택적으로 기체화 유체를 포함한다. 본 발명에 따라 적합한 기체화 유체의 예로는 산소, 질소, 공기 및 아르곤과 같은 희가스이다. 공급 매체는 수용성 현탁액 또는 수용성 용액인 것이 특히 바람직하다. 공급 매체의 특정 예시적인 실시예는 수용성 배양 배지(영양 용액), (세척) 버퍼 용액, 물이며, 이는 임의로 탈염 또는 증류도리 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 세포 브로스의 처리는 세포를 세척하는 것, 배양 매체를 추가 또는 교환하는 것, 세포 브로스 내 세포의 농도를 변경하는 것, 세포를 분획화하는 것 및/또는 세포에 가스를 처리하는 것을 포함한다.
처리는 세포의 세척 절차(세포 세척)인 것이 특히 바람직하다. "세포 세척"은 본 발명의 맥락에서 세포와는 별도로 세포 브로스의 적어도 하나의 성분이 적어도 부분적으로 제거되는 것을 의미한다. 예를 들면, 세포를 세척할 때, 배양 배지 및 (생물학적) 세포뿐만 아니라 세포 및/또는 불순물의 대사 산물을 포함하는 세포 브로스는 적어도 부분적으로 대사 산물 및/또는 불순물을 제거할 수 있다. 그렇게 함으로써, 단계 (C)에 공급된 세포 브로스의 배양 매체는 공급 매체에 의해 적어도 부분적으로 대체된다. 세포 및/또는 불순물의 대사 산물은 투과물의 구성 성분으로 필터 유닛을 떠난다. 세포 처리가 세포 세척 절차인 경우에 공급 매체는 바람직하게는 세척액, 예를 들면, 세척 버퍼 용액(예를 들면, 살린 용액), 안정화 버퍼 용액(예를 들면, 인산나트륨 버퍼, 시트레이트 버퍼, 아세테이트 버퍼) 또는 (선택적으로 탈염 또는 증류된) 물이다. 그러나, 세포 세척 절차의 경우에 공급 매체는 또한 영양 배지일 수도 있다.
본 발명에 다르면, 대사 산물은 세포로부터 생성된 원하지 않고/않거나 불필요한 대사 산물 및 원하는 대사 산물을 모두 포함한다. 세포의 원하는 대사 산물은 예를 들면, 약학적 활성 성분일 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 단계 (A)에서 본 발명의 상술한 바이오리액터는 필터 유닛을 제공하고; 단계 (C)에서 세포 브로스는 바이오리액터의 내부로부터 세포 브로스용 입구로 공급되며; 및 단계 (D)에서 세포 브로스는 세포 브로스용 출구로부터 바이오리액터의 내부로 배출된다. 본 발명의 이 실시예는 세포를 사용하고 세포 처리가 필요한 방법을 연속적으로 작동시킬 수 있게 한다.
단계 (C)에서 공급되는 세포 브로스의 유량에 대한 단계 (B)에서 공급되는 공급 매체의 유량의 비율을 조정함으로써 세포 브로스에 남아있는 세포 수에 대한 투과물 내 세포 수의 비율은 세포 브로스의 출구에서 일정한 유량으로 세포 분획화를 하는 경우에 조절될 수 있다(분리 정도).
세포 세척 절차의 경우에, 상기 유량 비율은 세포 브로스의 교환 비를 조절하는데 사용될 수 있다(공급 매체에 의해 대체되는 공급된 세포 브로스의 부피 분율). 단계 (C)에서 공급된 세포 브로스의 유량에 대한 단계 (B)에서 공급된 공급 매체의 유량 비율은 바람직하게는 1:10 내지 10:1이다.
단계 (D)에서 배출된 세포 브로스의 유량에 대한 단계 (C)에서 공급된 세포 브로스의 유량의 비율을 조절함으로써, 배출된 세포 브로스에서 세포의 농도가 조절될 수 있다. 이 방식으로 본 발명의 방법은 배출된 세포 브로스에서 세포 농도를 감소시키고 또는 증가시키는 것을 가능하게 한다. 바람직한 실시예에 따르면 단계 (D)에서 배출된 세포 브로스의 유량에 대한 단계 (C)에서 공급된 세포 브로스의 유량의 비율은 1:10 내지 10:1이다.
세포 브로스의 처리를 위한 본 발명의 방법이 세포 브로스 내 세포의 농도의 증가를 포함한다면, 그러면 단계 (D)에서 배출된 세포 브로스의 농도는 바람직하게는 단계 (C)에서 공급된 세포 브로스의 농도의 2 내지 10배이다.
바람직한 실시예에서 본 발명의 방법은 세포 브로스를 세포 브로스용 출구로 공급하는 단계 (C') 및 세포 브로스를 세포 브로스용 입구로부터 배출시키는 단계 (D')를 더 포함한다. 이러한 역 흐름이 예를 들면, 세포 브로스용 입구 및/또는 세포 브로스용 출구에 유체 전달 방식으로 연결된 하나 또는 2개의 펌프에 의해 수행될 수 있다. 바람직한 단계 (C') 및 (D')에 의한 역방향 흐름(예를 들면, 도 1을 참고, 화살표로 표시된 7에서 8로의 흐름 방향 대신에 8에서 7로의 흐름 방향)은 제 1 필터 매체(5) 또는 제 1 필터 매체 상에 특정 상황에서 형성되었을 수 있는 덮개 층의 제거를 유리하게 이끌 수 있다. 그 결과로, 제 2 필터 매체(5)가 막히는 것을 방지하고; 또는 상기 제 1 또는 제 2 필터 매체의 이러한 막힘을 역전시키는 것이 모두 가능하다. 필요에 따라서 역전은 반복될 수 있다. 이는 단계 (C') 및 (D')가 반복될 수 있음을 의미한다.
또한, 투과물 출구에 연결된 펌프를 사용하여 투과물 흐름의 역전을 생성시킬 수 있고, 그렇게 함으로써 본 발명의 방법의 바람직한 중간단계로서 제 2 필터 매체(5)를 통한 흐름의 역전을 생성시킬 수 있다. 결과로, 그러한 역전은 또한 제 2 필터 매체(5)의 막힘에 대한 반대 효과를 가질 수도 있고 특정 상황에서 상기 제 2 필터 매체 상에 형성될 수 있는 덮개 층을 제거할 수 있다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 다양한 공급 매체가 단계 (B)에서 다른 시간에 공급될 수 있다. 이것은 단계 (B)에서 공급되는 공급 매체의 조성물이 시간에 따라 달라질 수 있음을 의미한다. 그러므로 예를 들면 세척 버퍼 및 배양 배지(영양 용액)간에 전환하는 것이 가능하다. 이것은 제 1 공급 매체(예를 들면, 신선한 배양 배지)가 본 발명의 방법의 제 1 단계에 첨가될 수 있고; 및 세 2 공급 매체(예를 들면 세척 버퍼)는 제 2 단계에 첨가될 수 있고, 이 경에 제 1 및 제 2 단계는 필요에 따라 교체될 수 있음을 의미한다. 배양 배지가 상기 두 단계 중 하나에 공급 매체로 첨가되면 투과물용 출구는 바람직하게는 닫혀서 첨가된 배양 배치가 소실되지 않는다. 세척 버퍼가 공급 매체로 다시 첨가되자마자, 투과물 채널이 세포 세척을 위해 다시 열릴 수 있다.
방법의 바람직한 실시예에서 공급 매체는 0.1 내지 4bar 압력으로 공급된다. 공급 매체는 잔류물 출구 압력보다 더 큰 압력으로 공급되는 것이 특히 바람직히다.
또한, 잔류물 채널 및 투과물 채널 사이의 압력은 바람직하게는 0.1 내지 1.5 bar이다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 연속 모드, 즉 공급 매체 및 세포 브로스의 지속적/연속적 첨가로 작동되고 그 결과 특히 효율적이고 경제적인 세포 브로스 처리 방법이 제공될 수 있다. 본 발명에 다르면 세포 브로스를 처리하는 "연속적인" 방법은 공급 매체 및 세포 브로스 모두 연속적으로 첨가되는 방법을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
방법의 바람직한 실시예에서, 서로 독립적인 여러 필터 유닛이 단계 (A)에서 제공되고각각의 상단 필터 유닛의 세포 브로스용 출구는 하단 필터 유닛의 세포 브로스용 입구에 유체 전달 방식으로 연결되는 방식으로 직렬(in series)로 연결된다. 또한, 단계 (C)에서 이 실시예의 세포 브로스는 다른 필터 유닛이 연결되지 않은 상단에 있는 그 필터 유닛(첫번째 필터 유닛)의 세포 브로스용 입구로 공급되고; 및 단계 (D)에서 세포 브로스는 다른 필터 유닛이 연결되지 않은 하단에 있는 그 필터 유닛(마지막 필터 유닛)의 세포 브로스용 출구로부터 배출된다. 결과로, 세포 브로스는 처음부터 마지막까지 직렬로 연결된 필터 유닛을 통과한다. 바람직하게는 2 내지 10개, 특히 바람직하게는 2 내지 5개의 필터 유닛이 직렬로 연결된다. 이 실시예에서 공급 매체는 직렬로 연결된 각각의 필터 유닛에 공급된다. 다른 형태의 공급 매체를 사용하는 것이 가능하지만 각각의 필터 유닛에 동일한 공급 매체를 공급하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 직렬로 연결된 각각의 필터 유닛은 바람직하게는 필터 카트리지의 형태이다.
방법의 바람직한 실시예에서 본 발명에 개시되고 서로 독립적인 복수의 필터 유닛이제공되고 단계 (A)에서 병렬로 연결된다. 병렬 및 직렬 연결은 서로 조합될 수 있다.
방법의 바람직한 다른 실시예에서 단계 (D)에서 배출된 잔류물 (세포 브로스)은 적어도 부분적으로 세포 브로스용 입구로 직접 다시 공급된다. 필터 장치를 한번 통과하는 것으로는 충분하지 않으면, 폐쇄 루프 프로세스(closed loop process)를 사용하여 방법의 개선된 결과를 달성하는 것이 가능하다. 이 맥력에서 공급 매체의 첨가 및 투과물의 제거는 재활용 없이 일어난다. 여러 필터 유닛이 직렬로 연결되면, 원칙적으로 임의의 잔류물 스트림은 세포 브로스용 각 입구에 다시 공급될 수 있다. 그렇게 함으로써, 각 개별 필터 유닛의 세포 브로스는 바람직하게는 동일한 필터 유닛의 세포 브로스용 입구에 다시 공급된다.
본 발명의 방법은 다음 조건에서 바람직하게 작동된다:
PEVK = PER;
x = VEVK/VER, 바람직하게는 x = 1, 특히, 바람직하게는 3 내지 10; 및
k = VER/VAR, 바람직하게는 k = 1;
여기서
PEVK 는 공급 매체에 첨가되는 압력이고
PER는 잔류물 입구 압력이고, 즉, 세포 브로스가 필터 장비에 첨가되는 압력이며,
VAR는 배출된 포 브로스의 유량이고,
VEVK는 공급 매체의 유량이며,
VER는 공급된 세포 브로스의 유량이고,
X는 소위 교환 비(exchange ratio)이며, 및
K는 소위 농도 계수(concentration factor )이다.
본 발명의 방법은 다음 조건에서 바람직하게 작동된다:
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')이 투과물 출구(25) 방식으로 전술한 필터 유닛(13, 20)에 유체 전달 방식으로 연결된다 (도 6 참조).그렇지 않으면, 필터 유닛(13, 20)에 관한 실시예는 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')에 준용된다.
본 발명의 방법의 단계 (E)에서 배출되는 투과물 (36)은 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')에서 후 처리 될 수 있다. 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20 ')은 필터 유닛(13, 20)에 따라 작동된다. 이러한 맥락에서, 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20 ')에 사용되는 필터 매체, 기공 크기를 선택하는 것이 특히 바람직하며, 필터 유닛 (13, 20)으로부터의투과물(36)에 함유된 하나 이상의 표적 물질(제품)은, 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20', 필터 유닛(13,20)의 세포 브로스용 입구(7)에 상응하는)의 잔류물용 입구로부터 잔류물 채널을 통해 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20', 필터 유닛(13, 20)의 세포 브로스용 출구(8, 15, 23)에 상응하는)의 잔류물용 출구로 운반된다. 이것은 적어도 하나의 표적 물질이 바람직하게는 필터 유닛(20')의 잔류물에 남아있음을 의미한다. 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')의 공급 채널은 적어도 하나의 추가 공급 매체용 입구에 유체 전달 방식으로 연결된다. 이 경우에 버퍼 용액은 바람직하게는 공급 매체로 사용된다. 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')은 특히 제 1 필터 유닛(13, 20)의 투과물(36)로부터 잔류 화합물(예를 들면, 배양 배지의 잔류물)을 제거/분리하는데 사용될 수 있다.
도 1 내지 4는 세포 브로스를 처리하기 위한 본 발명의 방법의 바람직한 실시예뿐만아니라 본 발명의 바이오리액터의 바람직한 실시예(필터 유닛)를 개략적으로 도시하며, 여기서 재료의 흐름 패턴 및 흐름 방향은 화살표로 표시된다.
도 1 및 2는 필터 유닛뿐만 아니라 세포 브로스 처리 방법 및 아래 실시예의 실험 설정을 도시한다. 제 2 필터 매체(5, 하단)는 세포(10)를 보유하고 불순물(11)이 통과하도록하여 세포 브로스는 깨끗한 상태로 잔류물 채널(1)을 떠난다. 세포 브로스는 잔류물 재널(1)에 입구(7)를 통해 필터 유닛으로 공급된다. 유체(액체/가스)는 공급 채널 *?*(2)에 입구(6)를 통해 필터 유닛으로 펌핑된다. 유체(공급 매체)는 압력 구배를 통해 잔류물 채널(1)로 도입된고; 동시에 여과는 잔류물 채널(1)과 투과물 채널(3) 사이의 압력 구배를 통해 투과물 채널(3)에서 발생한다. 압력 구배는 예를 들면 잔류물 채널의 출구(8)에 있는 밸브 및/또는 펌프에 의해 제어될 수 있다. 세포(10)는 제 2 필터 매체의 적절한 분리 한계를 선택함으로써 유지되고 제 2 필터 매체를 통과하지 않는다. 반면에 단백질과 같은 작은 분자는 필터 매체를 통과한다. 배양 배지(공급 매체)에도 동일하게 적용된다. 더 작은 성분(세포 브로스의 성분 및 제 2 필터 재료를 통과할 수 있는 공급 매체)은 투과물 출구(9)를 통해 배출된다. 그 결과, 세포 브로스/잔류물 내 더 작은 성분의 농도는 그에 따라 잔류물 출구(8)의 방향으로 감소한다.
도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 5는 편평한 제 1 필터 매체(4) 및 편평한 제 2 필터 매체(5)를 갖는 본 발명의 바이오리액터(12) 및 본 발명의 방법에 적합한 필터 유닛의 하나의 가능한 설계의 분해도를 도시하고, 여기서 공급 매체(38), 세포 브로스(34, 40) 및 투과물 (36)의 흐름 패턴은 화살표로 표시된다. 공급 채널(2), 잔류물 채널(1) 및 투과물 채널(3)은 공급 매체(38), 세포 브로스(34, 40) 또는 경우에 따라 투과물(36)용 스페이서(32)에 의해 열린 상태로 유지된다. 도 5의 분해도에서 필터 유닛의 구성 요소는 명확성을 제공하기 위해 서로 오프셋되어 있다. 실제로, 이 실시예의 구성 요소/층은 가장자리 영역에 홀(통로 개구)이 채널을 형성하는 방식으로 서로 위에 배열된다.
도 6은 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')이 투과물 출구(25)를 통해 필터 유닛(20)에 유체 전달 방식으로 연결되는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시한다.
도 3 및 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예는 다음에 설명될 것이다. 도 3의 실시예에서, 필터 유닛(13)은 바이오리액터(12)의 내부 안쪽에 위치한다. 도 4의 실시예에서, 필터 유닛(20)은 탱크(19)의 내부 바깥쪽에 위치한다.
단일 클론 항체의 획득 및 배양 배지 교환을 위한 바이오리액터에 통합된 필터 유닛
이 바람직한 실시예가 도 3에 도시된다.
필터 유닛(13)은 바이오리액터(12)에 통합된다(예를 들면, 중극 드워프 햄스터의 난소 세포에 의한 단일 클론 항체(=제품)를 제조하기 위한 관류 바이오리액터에). 바이오리액터(12) 내 세포 브로스(34, 40)는 펌프(14)를 통해 필터 유닛(13)의 잔류물 채널(1)로 공급되고 잔류물 출구(15)를 통해 관류 바이오리액터(12)로 직접 다시 상기 잔류물 채널을 떠난다. 그렇게 함으로써, 세포(10)는 공급 또는 투과물 채널(3)을 통과하지 않고 잔류물 채널(1)만을 통과한다. 제품 및 오염물은 필터 매체를 통해 투과물 채널(3)로 이동한다.
배양 배지 및/세척 버퍼는 관류 바이오리액터에 연결부(16)를 통해 임의로 공급된다. 절차는 공급 매체가 연결부(16)를 통해 다른 경로로 변경되도록 한다. 선택적으로 투과물 출구(18)는 예를 들면 신선한 공급 매체를 공급하는 단계에서 닫힐 수 있다. 추가 단계에서 투과물 출구(18)는 다시 열리고; 세척 버퍼가 공급된다.
여과 압력은 잔류물 채널의 출구(15)에서 밸브(17) 또는 펌프(도 3에 도시되지 않음)에 의해 조절된다. 제품 및 오염물(제품, 세포 구성 등에 의한)은 추가 후처리를 위해 투과물 출구(18)을 통해 배출된다.
세포 브로스 농축 및 세척 방법
이 바람직한 실시예는 도 4에 도시된다.
필터 유닛(20)의 잔류물 채널(1)은 세포 브로스를 함유하는 탱크(19)에 펌프(21)를 통해연결된다. 탱크(19)로부터의 세포 브로스는 필터 유닛(20)의 잔류물 채널(1)에 공급된다. 여과 압력은 잔류물 채널(23)의 출구에서 밸브(22) 또는 펌프(도 4에 도시되어 있지 않음)를 통해 조절되고, 출구(23)에서 유량은 입구 유량에 따라 조절된다. 용액은 연결부(24)를 통해 공급 채널(2)에 공급 매체(38)로 공급된다. 오염물 및 용액의 대부분은 투과물 출구(25)를 통해 배출된다. 잔류물 내 세포(10)들은 잔류물 출구(23)를 통해 공급될 수 있고, 그 다음 경우에 따라 다음 단계에 또는 추가 탱크에 또는 원래 탱크(19)에 다시 공급될 수 있다. 세포 브로스는 바람직하게는 2 내지 10배로 농축된다
도 1 및 2는 필터 유닛뿐만 아니라 세포 브로스 처리 방법 및 아래 실시예의 실험 설정을 도시한다.
도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 5는 편평한 제 1 필터 매체(4) 및 편평한 제 2 필터 매체(5)를 갖는 본 발명의 바이오리액터(12) 및 본 발명의 방법에 적합한 필터 유닛의 하나의 가능한 설계의 분해도를 도시한다.
도 6은 적어도 하나의 추가 필터 유닛(20')이 투과물 출구(25)를 통해 필터 유닛(20)에 유체 전달 방식으로 연결되는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시한다
본 발명은 이하 실시예에 의해 설명되지만 이에 제한되지 않는다.
실시예
소 혈청 알부민을 제품으로 효모 세포 현탁액의 세포 세척
기본 테스트 설정은 도 1 및 2에 도시된다. PES로 제조되고, 0.1 mm의 공극 크기를 갖는 멤브레인이 제 1(4) 및 제 2(5) 필터 매체로 사용된다. 멤브레인 영역은 각 경우에 0.216 m2였다. 세포 브로스(물에 용해된 30 g/l baker's 효모, 10.6 g/l 소 혈청 알부민(단백질) 및 0.9% NaCl 용액)는 입구(7)로 도입된다. 수돗물은 공급 채널(2)에 공급 매체로 공급된다. 세척 전 후에 세포 브로스의 단백질 농도 및 각 전체 부피에 대한 질량뿐만아니라 투과물의 단백질 농도 및 질량이 결정된다. 그 결과를 표 1 및 2에 나타냈다.
t
[min]		 P ER
[bar]		 V AR
[ml/min]		 V AP
[ml/min]		 V EVK
[ml/min]		 V ER
[ml/min]		 V ER : V AR
[-]		 V EVK : V ER
[-]
5 0.12 64 64 61 64 1.0 1.0
12 0.13 66 66 62 65 1.0 1.0
20 0.17 66 66 71 62 0.9 0.9
30 0.24 66 66 61 69 1.0 1.1
50 0.37 66 64 61 68 1.0 1.1
t 측정 시간
PER 세포 브로스에 가해진 압력
VAR 잔류물 채널의 출구에서 유량
VAP 투과물 채널의 출구에서 유량
VEVK 공급 채널의 입구에서 유량
VER 잔류물 채널의 입구에서 유량
전도도
(Conductivity)
[mS/cm] 		부피
(Volume)
[ l ] 		질량 농도
Mass Concentration (단백질)
[g/l]		 질량
Mass
(단백질)
[g]
세척 전 세포 브로스 14.55 5 10.6 53.0
투과물 10.52 5.1 6.72 34.3
세척 후 세포 브로스 3.93 4.95 3.1 15.3
결과는 세포 현탁액(잔류물)에서 NaCl 및 단백질 농도의 감소를 나타낸다.
참조 숫자 리스트
1 잔류물 채널(retentate channel)
2 공급 채널(supply channel)
3 투과물 채널(permeate channel)
4 제 1 필터 매체(first filter medium)
5 제 2 필터 매체(second filter medium)
6 공급 매체용 입구(inlet for supply medium)
7 세포 브로스용 입구(inlet for cell broth)
8, 15, 23, (23') 세포 브로스용 출구(또는 잔류물용 출구)(outlet for cell broth (or outlet for retentate))
9, 18, 25, 25' 투과물용 출구(outlet for permeate)
10 세포(cells)
11 불순물(impurities)
12 (관류)바이오리액터((perfusion) bioreactor)
13, 20, 20' 필터 유닛(filter unit)
14, 21, 21' 펌프(pump)
16 공급 매체용 입구 연결부(connection to inlet for supply medium)
17, 22, 22' 밸브(valve)
19 탱크(tank)
24, 24' 공급 매체용 연결구(connection for supply medium)
32 스페이서(spacer)
34, 40 세포 브로스(cell broth)
36 투과물(permeate)
38 공급 매체(supply medium)

Claims (10)

  1. 필터 유닛 (13, 20)을 갖는 바이오리액터 (12)에 있어서,
    상기 바이오리액터 (12)는 내부를 포함하고
    상기 필터 유닛 (13, 20)은
    적어도 하나의 공급 채널 (2),
    적어도 하나의 제 1 필터 매체(medium) (4),
    적어도 하나의 잔류물 채널 (1),
    적어도 하나의 제 2 필터 매체 (5) 및
    적어도 하나의 투과물 채널 (3)을 포함하며,
    상기 제 1 필터 매체 (4)는 공급 채널 (2) 및 잔류물 채널 (1)을 서로 구분하도록 배열되고; 및 상기 제 2 필터 매체 (5)는 잔류물 채널 (1) 및 투과물 채널 (3)을 서로 구분하도록 배열되며,
    여기서
    상기 공급 채널 (2)은 공급 매체 (38)용 적어도 하나의 입구 (6)와 유체 전달(fluid conducting) 방식으로 연결되고,
    상기 잔류물 채널 (1)은 세포 브로스 (40)용 적어도 하나의 입구 (7) 및 세포 브로스 (34)용 적어도 하나의 출구 (8, 15, 23)와 유체 전달 방식으로 연결되며,
    상기 투과물 채널 (6)은 투과물 (36)용 적어도 하나의 출구 (9, 18, 25)와 유체 전달방식으로 연결되고, 및
    상기 반응기의 내부는 세포 브로스 (40)용 입구 (7) 및 세포 브로스 (34)용 출구(8, 15, 23)와 유체 전달 방식으로 연결되는 바이오리액터 (12).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 필터 유닛은 (13, 20) 내부의 안쪽 또는 바깥쪽에 배열되는 바이오리액터 (12).
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터 유닛 (13, 20)은 편평한 필터 모듈, 나선형으로 감겨진 섬유 모듈 또는 중공 섬유 모듈인 바이오리액터 (12).
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 매체 (38)용 입구 (6)는 공급 매체 (38)용 펌프와 유체 전달 방식으로 연결되고; 및/또는 상기 세포 브로스 (40)용 입구 (7)는 세포 브로스 (40)용 펌프 (14, 21)와 유체 전달 방식으로 연결되는 바이오리액터 (12).
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세포 브로스 (34)용 출구(8,15, 23)는 밸브 (17, 22) 또는 펌프를 포함하는 바이오리액터 (12).
  6. 세포 브로스 (34, 40)를 처리하는 방법으로서, 상기 방법은
    (A) 적어도 하나의 공급 채널 (2),
    적어도 하나의 제 1 필터 매체 (4),
    적어도 하나의 잔류물 채널 (1),
    적어도 하나의 제 2 필터 매체 (5) 및
    적어도 하나의 투과물 채널 (3)을 포함하고,
    상기 제 1 필터 매체 (4)는 공급 채널 (2) 및 잔류물 채널 (1)을 서로 구분하도록 배열되며; 및 상기 제 2 필터 매체 (5)는 잔류물 채널 (1) 및 투과물 채널 (3)을서로 구분하도록 배열되고,
    여기서
    상기 공급 채널 (2)은 공급 매체 (38)용 적어도 하나의 입구 (6)와 유체 전달 방식으로 연결되며,
    상기 잔류물 채널 (1)은 세포 브로스 (40)용 적어도 하나의 입구 (7) 및 세포 브로스 (34)용 적어도 하나의 출구 (8, 15, 23)와 유체 전달 방식으로 연결되고,
    상기 투과물 채널 (6)은 투과물 (36)용 적어도 하나의 출구 (9, 18, 25)와 유체전달방식으로 연결되며, 및
    상기 반응기의 내부는 세포 브로스 (40)용 입구 (7) 및 세포 브로스 (34)용출구(8, 15, 23)와 유체 전달 방식으로 연결되는 필터 유닛 (13, 20)을 제공하는 단계;
    (B) 상기 공급 매체 (38)용 입구 (6)로 상기 공급 매체 (38)를 공급하는 단계;
    (C) 세포 브로스 (40)용 입구 (7)로 세포 브로스 (40)를 공급하는 단계;
    (D) 세포 브로스 (34)용 출구(8, 15, 23)로 세포 브로스 (34)를 배출시키는 단계; 및
    (E) 투과물 (36)용 출구 (9, 18, 25)로부터 투과물 (36)을 배출시키는 단계
    를 포함하는 세포 브로스 (34, 40)를 처리하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 세포 브로스 (34, 40)의 처리는 세포 (10)를 세척하는 것, 배양 매체를 추가 또는 교환하는 것, 세포 브로스 (34, 40) 내 세포 (10)의 농도를 변경하는 것, 세포 (10)를 분획화하는 것, 및/또는 세포에 가스를 처리하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 단계 (A)에서, 상기 바이오리액터 (12)는 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서와 같이, 필터 유닛 (13, 20)이 제공되고;
    상기 단계 (C)에서, 상기 세포 브로스 (40)는 바이오리액터 (12)의 내부로부터 세포 브로스 (40)용 입구 (7)로 공급되며; 및
    상기 단계 (D)에서, 상기 세포 브로스 (34)는 세포 브로스 (34)용 출구 (8, 15, 23)로부터 바이오리액터 (12)의 내부로 배출되는 방법.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B)에서 공급된 공급 매체 (38)의 유량 및 단계 (C)에서 공급된 세포 브로스 (40)의 유량의 비율이 1:10 내지 10:1인 방법.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (C)에서 공급된 세포 브로스 (40)의 유량 및 단계 (D)에서 배출된 세포 브로스 (34)의 유량의 비율이 1:10 내지 10:1인 방법.

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