KR20210096671A - 소수성 중공 섬유에 의한 포유류 세포 배양물의 관류 및 정화용 필터 - Google Patents

소수성 중공 섬유에 의한 포유류 세포 배양물의 관류 및 정화용 필터 Download PDF

Info

Publication number
KR20210096671A
KR20210096671A KR1020217021301A KR20217021301A KR20210096671A KR 20210096671 A KR20210096671 A KR 20210096671A KR 1020217021301 A KR1020217021301 A KR 1020217021301A KR 20217021301 A KR20217021301 A KR 20217021301A KR 20210096671 A KR20210096671 A KR 20210096671A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
hollow fiber
cell culture
hydrophobic hollow
species
Prior art date
Application number
KR1020217021301A
Other languages
English (en)
Inventor
마이클 브랜스비
데렉 캐럴
필립 유엔
Original Assignee
리플리겐 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 리플리겐 코포레이션 filed Critical 리플리겐 코포레이션
Publication of KR20210096671A publication Critical patent/KR20210096671A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0097—Storing or preservation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B01D69/081—Hollow fibre membranes characterised by the fibre diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/261—Polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/262—Polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/10—Hollow fibers or tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/10—Perfusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0414—Surface modifiers, e.g. comprising ion exchange groups
    • B01D2239/0428—Rendering the filter material hydrophobic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1216—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1225—Fibre length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/25—Recirculation, recycling or bypass, e.g. recirculation of concentrate into the feed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2688—Biological processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/042—Adhesives or glues
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/58—Parts of membrane modules specifically adapted for single use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/10—Cross-flow filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/28—Degradation or stability over time
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/38—Hydrophobic membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes

Abstract

본 개시는 파울링에 대한 저항성뿐만 아니라 높은 고형물 함량을 갖는 용액을 여과하는 능력으로 인해, 세포 배양물의 여과 및 다른 생물학적 관류를 위한 소수성 중공 섬유 필터의 용도에 관한 것이다. 소수성 중공 섬유 필터는 공정 용기 및 전통적인 분리 시스템과 함께 필터 하우징 내에서 이용될 수 있다. 시스템이 교호 접선 흐름 또는 접선 흐름 여과와 함께 이용될 때, 소수성 중공 섬유 필터는 여액의 더욱 효과적인 여과를 초래하여, 높은 수준의 고형물을 함유한 용액에서도, 더 높은 농도의 잔류물을 형성한다.

Description

소수성 중공 섬유에 의한 포유류 세포 배양물의 관류 및 정화용 필터
우선권
본 출원은 2018년 12월 31일에 출원되고 발명의 명칭이 "Filter For Mammalian Cell Culture Perfusion And Clarification With Polypropylene Hollow Fiber"인 미국 특허출원 제62/786,844호에 대한 우선권의 이익, 및 2019년 5월 13일에 출원되고 발명의 명칭이 "Filter For Mammalian Cell Culture Perfusion And Clarification With Polypropylene Hollow Fiber"인 미국 특허출원 제62/846,934호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이러한 출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본 개시의 분야
본 개시의 구현예는 일반적으로 공정 여과 시스템, 및 더욱 구체적으로, 소수성 중공 섬유 멤브레인을 이용하는 시스템에 관한 것이다.
여과는 유체 용액, 혼합물, 또는 현탁액을 분리, 정화, 개질, 및/또는 농축하는 데 이용된다. 이는 생명공학, 제약, 및 의료 산업에 의한 약물, 진단제, 및 화학 물질의 생산, 처리, 및 분석 스테이지(stage)에서 흔히 필요한 단계이다. 여과는 예를 들어, 용액으로부터 원하는 화합물을 제거하거나 부산물을 제거하여 더욱 농축된 매질을 잔류하게 하기 위해 이용될 수 있다. 이들 공정은 필요에 따라 다양한 필터 재료, 기공 크기, 및/또는 다른 필터 변수의 선택에 의해 변경될 수 있다.
세포 배양물을 생산할 때, 발달 중인 배양물로부터 폐기물을 여과하는 것이 흔히 필요하다. 생물학적 제조 공정의 발전은 이제 세포 배양물을 대규모로 생산할 수 있게 하였으며, 흔히 공정 용기 디바이스를 이용하여, 재조합 단백질, 바이러스-유사 입자(VLP), 유전자 요법 입자, 및 백신의 생산을 가능하게 한다. 대사성 폐기물을 제거하고 배양물에 추가 영양소를 다시 채우는 세포 저류 디바이스는 널리 이용 가능하다. 통상적으로, 이러한 저류는 접선 흐름 여과 또는 교호 접선 흐름 여과를 사용하여, 중공 섬유 멤브레인을 이용한 공정 용기 배양물의 관류를 사용함으로써 수행된다.
추가적으로, 바이오프로세싱 작업이 장기간에 걸쳐 있고 심지어 연속적으로 이루어진다는 것이 산업 동향에서 나타난다. 이러한 작업은 수일, 수주, 또는 수개월의 작업에 이를 수 있다. 필터와 같은 여러 통상적인 부품은 파울링 없이 또는 달리 유지보수 또는 교체를 필요로 하지 않으면서, 이러한 기간 동안 적절하게 기능할 수 없다.
중공 섬유 멤브레인은 세포 배양물의 관류 및 정화에서 흔히 이용되지만, 이들 적용에서의 이의 사용은 세포 파편에 의한 멤브레인의 파울링 가능성에 의해 복잡해질 수 있다. 결과적으로 파울링에 의해, 의도된 생성물은 멤브레인을 통과하기보다는 그에 보유될 수 있다. 중공 섬유 멤브레인은 통상적으로, 멤브레인 내에 기공을 생성할 수 있는 폴리에테르설폰(PES), 폴리설폰, 셀룰로스 및 다른 재료로 제조된다. 이들 기공은 통상적으로, 0.2 ㎛ 내지 0.65 ㎛이다. PES는 전통적으로, 세포 파편이 부착되는 것을 방지하는, 이의 음이온성 초하전 특질(anionic supercharged nature)로 인해 바이오프로세싱 적용에서 사용되었다. 그러나, 높은 고형물 함량을 갖는 용액을 여과할 수 있으면서 파울링에 저항하는 개선된 멤브레인이 지속적으로 요구되고 있다.
폴리프로필렌(PP)은 산업용 여과에서 일반적으로 사용되어 온 소수성 재료이다. 특정 분자는 분자와 PES 멤브레인 간의 극성 상호작용으로 인해 PES 멤브레인에 비해 PP 멤브레인에 흡착될 가능성이 희박하다는 것이 알려져 있다. 상세하게는, 폴리페놀, 다당류, 및 탄닌은 PES 멤브레인에 비해 PP 멤브레인에 대한 훨씬 더 낮은 흡착 수준을 갖는 것으로 밝혀졌다. 중공 섬유 멤브레인을 제조하기 위해 폴리프로필렌(PP)이 사용되어 왔지만, 이들 멤브레인은 통상적으로, 이들의 극도의 소수성, 및 펩티드 생물학적 제제의 변성에 기여할 것이라는 확신으로 인해 생명공학적 관류에서 이용되지 않는다.
폴리프로필렌은 본원에서, 파울링에 대한 저항성뿐만 아니라 높은 고형물 함량을 갖는 용액을 여과하는 능력으로 인해, 세포 배양물의 여과 및 다른 생물학적 관류에 적절한 것으로 밝혀졌다. PP 중공 섬유 필터(예를 들어, Membrana에 의해 제조된 것 등)는 공정 용기 및 전통적인 분리 시스템과 함께 필터 하우징 내에서 이용될 수 있다. 시스템이 교호 접선 흐름 또는 접선 흐름 여과와 함께 이용될 때, PP 중공 섬유 필터는 여액의 더욱 효과적인 여과를 초래하여, 높은 수준의 고형물을 함유한 용액에서도, 더 높은 농도의 잔류물을 형성한다. 임의의 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 일부 경우에, 파울링은 적어도 부분적으로, 튜브형 핀치 효과에 의해 감소하며, 이는 여과 공정 동안 필터 플럭스(filter flux)에 대해 적절한 내부 섬유 직경을 선택함으로서 달성된다. 이러한 PP 중공 섬유 필터는 예를 들어, N-1 관류에서 이용될 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 관류 세포 배양을 위한 사전-습윤된 일회용 중공 섬유 필터를 기술한다. 필터는 알코올로 사전-습윤될 수 있고, 완충 용액에 저장될 수 있다.
일 구현예에서, 필터는 필터 하우징을 포함할 수 있고, 필터 하우징은 유입구, 잔류물 유출구, 투과물 유출구, 유입구와 잔류물 유출구 사이에서 연장되어 잔류물 유출구 및 유입구로부터 투과물 유출구를 유체적으로 분리하는, 적어도 하나의 소수성 중공 섬유, 및 필터 하우징에 소수성 중공 섬유를 연결하고 투과물 유출구로부터 유입구 및 잔류물 유출구 중 적어도 하나를 시일링하는 포팅 재료(potting material)를 포함한다.
일부 구현예에서, 소수성 중공 섬유는 복수의 기공을 포함할 수 있다. 기공의 직경은 0.05 um 내지 2.0 um일 수 있다. 소수성 중공 섬유는 10 cm2 내지 90 m2의 표면적을 가질 수 있다. 소수성 중공 섬유는 0.2 mm 내지 5.0 mm의 내부 직경을 가질 수 있다. 소수성 중공 섬유는 50 um 내지 500 um의 벽 두께를 가질 수 있다. 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머일 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 관류 세포 배양 방법을 기술한다. 이러한 방법은 세포 배양액을 소수성 중공 섬유 필터를 통해 순환시켜, 세포 배양액을 여액 및 잔류물로 분리하는 단계, 및 잔류물을 생물 반응기로 되돌려 보내는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 관류 세포 배양은 n-1 배양 및 배지 교환으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 어느 경우에든 여액은 보유되지 않는다. 관류 세포 배양은 높은 생산성의 수확, 농축된 유가 배양, 또는 연속 관류로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 각 경우에, 여액은 관심 바이오 산물을 포함하고 보유된다. 세포 배양은 포유류 세포 배양, 효모 세포 배양, 원핵 세포 배양, 또는 곤충 세포 배양일 수 있다. 세포 배양의 순환은 교호 접선 흐름에 의해 수행될 수 있다. 세포 배양의 순환은 접선 흐름 여과에 의해 수행될 수 있다. 세포 배양액의 순환은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 22.5, 25, 30 ℓ/m2·h의 필터 플럭스에서 수행될 수 있다. 분리 시스템은 연동 펌프헤드를 통한 연동 배관, 자기부상 펌프, ATF 펌프, 및 다른 양변위 일회용 펌프 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 방법은 10, 20, 30, 40, 50일에 걸쳐 수행될 수 있다. 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머일 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 관류 배양 시스템을 조립하는 방법을 기술한다. 이러한 방법은 사전-습윤된 소수성 중공-섬유 필터를 관류 배양 시스템의 필터 하우징 내에 배치하는 단계, 및 선택적으로, 필터 하우징의 투과물 유출구를 투과물 수집 용기에 연결하는 단계를 포함할 수 있으며, (a) 관류 배양 시스템은 공정 용기, 필터 공급물 채널을 한정하기 위해 필터 하우징의 내부에 공정 용기의 내부를 유체적으로 연결하는 제1 도관, 및 선택적으로, 공정 용기에 필터 하우징의 내부를 연결하고 잔류물 채널을 한정하는 제2 도관을 포함하며, (b) 필터 하우징 내에 배치하기 전에, 소수성 중공 섬유 필터는 알코올을 포함하는 용액으로 사전-습윤되고, 완충 수용액에 저장된다.
일부 구현예에서, 필터 하우징은 여과를 위한 유출구를 추가로 포함할 수 있으며, 유출구는 중공-섬유 소수성 필터에 의해 공급물 채널 및 잔류물 채널로부터 유체적으로 분리된다. 세포 배양액의 순환은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 22.5, 25, 30 ℓ/m2·h의 필터 플럭스에서 수행될 수 있다. 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머일 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 관류 세포 배양 방법을 기술한다. 이러한 방법은 소수성 필터를 가로지르도록 세포 배양 배지를 접선 방향으로 통과시켜, 세포 배양 배지의 제1 성분의 농도를 감소시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제1 성분은 재조합 펩티드, 핵산 또는 바이러스 캡시드를 포함하지 않는다.
일부 구현예에서, 본 방법은 10, 20, 30, 40, 50일에 걸쳐 수행될 수 있다. 세포 배양액의 순환은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 22.5, 25, 30 ℓ/m2·h의 필터 플럭스에서 수행될 수 있다. 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머일 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 유체를 여과하는 방법을 기술한다. 이러한 방법은 유체를 소수성 중공 섬유 필터 시스템에 통과시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 따라 유체는 비-층류 방식으로 소수성 중공 섬유 필터를 통해 흐르고, 유체는 잔류물 및 투과물로 분리된다.
일 구현예에서, 시스템의 공급 속도와 소수성 중공 섬유 필터의 내부 직경의 곱은 2500 mm2s-1보다 클 수 있다. 필터 내로의 유체의 흐름을 특징짓는 레이놀즈 수는 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 또는 4000보다 클 수 있다. 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머일 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 유체를 여과하는 방법을 기술한다. 이러한 방법은 공급 속도가 유체의 동적 점성도를 중공 섬유 필터 직경으로 나눈 몫보다 2000, 2300, 2500, 3000, 3500 또는 4000배 더 큰 조건 하에서, 유체를 중공 섬유 필터에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 소수성 중공 섬유 필터를 통한 흐름 방향은 교대될 수 있다. 본 방법은 필터 투과물을 수집하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 소수성 중공 섬유 필터는 원하지 않는 종을 보유할 수 있다. 보유된 원하지 않는 종은 포유류 세포 기원의 종; 미생물 세포 기원의 종; 바이러스 기원의 종; 단백질; 핵산; 다당류; 또는 상기 기술된 것 중 임의의 것의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 원하는 종은 소수성 중공 섬유 필터를 통해 투과물로 나아갈 수 있다. 원하는 종은 포유류 세포 기원의 종; 미생물 세포 기원의 종; 바이러스 기원의 종; 단백질; 핵산; 다당류; 바이러스; 마이크로캐리어; 입자; 또는 상기 기술된 것 중 임의의 것의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 조성물은 본 개시에 기술된 방법에 따라 수집된 투과물을 포함할 수 있다. 조성물 중의 원하는 종의 농도는 유체 중의 원하는 종의 농도보다 적어도 10x, 20x, 40x, 50x, 75x 또는 100x 더 클 수 있다. 원하지 않는 종의 농도는 유체 중의 원하지 않는 종의 농도보다 적어도 10x, 20x, 40x, 50x, 75x 또는 100x 더 적을 수 있다. 본 방법은 유체로부터 투과물을 제거하여, 소수성 중공 섬유 필터에 의해 보유된 원하는 종의 농도를 증가시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 원하는 종의 농도는 5X, 10X, 20X, 40X, 50X, 75X 또는 100X 증가한다. 원하는 종은 포유류 세포 기원의 종; 미생물 세포 기원의 종; 바이러스 기원의 종; 단백질; 핵산; 다당류; 바이러스; 마이크로캐리어; 입자; 또는 상기 기술된 것 중 임의의 것의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
도 1a. 본 개시의 다양한 구현예에서 사용되는 세포 배양물의 정화를 위한 예시적인 시스템.
도 1b. 본 개시의 다양한 구현예에서 사용되는 세포 배양물의 정화를 위한 예시적인 시스템.
도 2a 및 도 2b. 다양한 필터를 이용하여 접선 흐름(TF) 모드 하에서 수행된 IgG 항체의 정화를 나타낸 데이터.
도 3. 15 및 22.5 LMH에서 폴리프로필렌 및 PES 필터를 이용하여 TF 하에서 수행된 IgG 항체의 정화를 나타낸 데이터.
개요
임의의 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 소수성 중공 섬유 필터 시스템에서 달성되는 여과 공정은 통상적으로 사용되는 PES 중공-섬유 접선 흐름 여과 멤브레인에서 발생하는 여과 공정과는 다르며, 여기서, 중간-크기의 입자는 벽의 내부 표면에서 축적되어, 겔 층 또는 필터 케이크의 형성 및 필터의 파울링을 야기할 수 있다.
하기 개시는 비제한적으로, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀을 포함할 수 있는 소수성 중공 섬유 필터에 초점을 맞춘다. 하기 개시는 폴리프로필렌에 초점을 맞춘 것이지만, 당업자는 달리 명시하지 않는 한 임의의 유사한 폴리올레핀이 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
폴리프로필렌(PP)은 본원에서, 파울링에 대한 저항성뿐만 아니라 높은 고형물 함량을 갖는 용액을 여과하는 능력으로 인해, 세포 배양물의 여과 및 다른 생물학적 관류에 적절한 것으로 밝혀졌다. 이들 성능 특징은 다수의 바이오프로세싱 적용에 유리할 수 있다. 본 개시는 연속 관류 세포 배양 및 접선 흐름 여과에 초점을 맞춘다. 이들 적용을 위해 설계된 예시적인 시스템에서, 접선-흐름 PP 중공 섬유 필터 요소는 필터 요소에 의해 서로 분리된 공급물/잔류물 및 투과물(여액으로도 지칭됨) 유체 채널을 한정하기 위해 필터 하우징 내에 배치된다. 공급물/잔류물 유체 채널은 결과적으로, 공정 용기와 필터 하우징의 유입구(유체 공급물에 해당함) 사이의 유체 커플링, 및 선택적으로, 필터 하우징의 유출구(잔류물에 해당함)와 공정 용기 사이의 리턴 커플링(return coupling)에 의해 생물 반응기 또는 다른 공정 용기와 유체 소통한다. PP 중공 섬유 필터 요소를 사용하는 본 개시에 따른 관류 배양 시스템은 파울링 감소와 함께 더욱 효과적인 여액의 여과를 제공하여, 높은 수준의 고형물을 함유한 용액에서도, 잔류물의 더 큰 농도를 야기할 수 있다.
중공 섬유 필터 시스템은 여러 필터 파라미터 및 작동 변수를 특징으로 한다. 필터 파라미터는 중공 섬유 내부 직경(d), 중공 섬유 길이(l), 중공 섬유 단면적(A), 및 필터에서의 중공 섬유 유닛의 수(N)를 포함한다. 작동 변수는 공급 유량(QF), 동적 점성도(μ), 중공 섬유 당 공급 속도(VF), 전단율(γ) 및 레이놀즈 수(Re)를 포함한다. 필터 파라미터와 작동 변수 간의 관계는 표 1에 기술되어 있다:
[표 1]
필터 파라미터와 작동 변수의 관계
Figure pct00001
레이놀즈 수는 유체 흐름 거동을 예측한다. 튜브형 시스템에서 유체 흐름에 적용할 때, 레이놀즈 수가 대략 2300 미만인 경우에 층류가 예상되며, 난류는 4000 초과의 레이놀즈 수에서 예상되며, 이러한 값들 사이에서 층류로부터 난류로의 전이가 일어난다. 중공 섬유 필터에서의 층류 및 난류 거동이 비-투과성 튜브형 시스템의 모델링된 거동과 다소 상이할 수 있다는 것이 주지되지만, 본 발명자는, 본 개시에 따른 중공 섬유 필터 시스템이 공급물 흐름(150)에 대한 레이놀즈 수가 층류 범위를 초과, 예를 들어, 대략 2300, 2500, 3000, 3500, 4000 등을 초과할 때 파울링 없이 매우 높은 플럭스를 견딘다는 것을 발견하였다. 임의의 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 난류 공급물 흐름이 중공 섬유 필터의 벽으로부터 중공 섬유 필터를 통한 벌크 흐름으로의 향상된 입자 수송을 발생시킬 수 있으며, 이는 층류와 비교하여 파울링을 감소시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 이에 따라, 본 개시의 다양한 구현예는 예를 들어, 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 4000 등을 초과하는 Re 값을 특징으로 하는, 난류이거나 층류로부터 난류로의 전이 영역 내에 있는 공급물 흐름을 사용하는 중공 섬유 필터 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 공급 속도, 전단율, 및/또는 중공 섬유 필터 내부 직경이 증가함에 따라 Re가 증가하기 때문에, 본 개시의 특정 방법은 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 4000 등을 초과하는 Re 값을 산출하기 위해 선택된 공급 속도 또는 전단율로 중공 섬유 필터 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 묽은 수용액이 대략 1 센티스토크(cSt)의 동적 점성도를 갖기 때문에, 본 방법의 특정 구현예는 공급 속도와 중공 섬유 필터 직경의 곱이 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 또는 4000 mm2s-1보다 큰 조건 하에서, 중공 섬유 필터 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 다른 구현예에서, 본 방법은 공급 속도가 동적 점성도를 중공 섬유 내부 직경으로 나눈 몫(μ/d)보다 2000, 2300, 2500, 3000, 3500 또는 4000배 더 큰 조건 하에서, 중공 섬유 필터 시스템을 작동시키는 단계를 포함하며, 이러한 몫은 묽은 수용액에 대해 대략 1/d이다.
본 개시의 추가 구현예는 Re 값이 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 4000 등을 초과하는 조건 하에서 작동시키도록 구성된 중공 섬유 필터 시스템에 관한 것이다. 특정 구현예에서, 공급 속도와 중공 섬유 필터 직경의 곱은 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 또는 4000 mm2s-1보다 더 크다. 본 개시의 다른 구현예는 공급 속도가 동적 점성도를 중공 섬유 필터 내부 직경으로 나눈 몫보다 2000, 2300, 2500, 3000, 3500 또는 4000배 더 큰 조건 하에서 작동시키도록 구성된 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 특정 구현예는 비-층류를 증진시키기 위해 선택된 중공 섬유 필터 기하학적 구조를 사용한다. 내경의 증가는 예를 들어, 제공된 전단율에서 난류를 더욱 증진시키는 경향이 있다. 본 개시의 구현예에서 사용되는 중공 섬유 필터는 높은-플럭스 조건 하에서의 작동을 견디기 위해 1 mm보다 큰 내부 직경 및/또는 0.1 mm보다 큰 두께를 갖는 벽을 가질 수 있다. 본 개시의 시스템 및 방법은 교호 접선 흐름(ATF) 셋업에서 또는 일정한 접선 흐름 하에서 사용될 수 있으며, 임의의 적합한 펌프 기술이 공급물 흐름을 유도하기 위해 사용될 수 있다. 중공 섬유 필터 벽은 일정한 또는 가변적인 밀도, 및 결과적으로, 이의 길이 및/또는 둘레에 걸쳐 일정한 또는 가변적 평균 및 최대 기공 직경을 가질 수 있다. 중공 섬유 필터의 기공률은 중공 섬유 필터 벽 표면에 코팅 또는 코팅들을 적용함으로써 추가로 제어될 수 있다. 당업자는 비제한적으로 특정 분자종을 선택적으로 정제하기 위한 친화성 시약의 사용(예를 들어, 단백질 A 코팅은 인간 IgG를 파괴시키기 위해 사용될 수 있음)을 포함하는 중공 섬유 필터 표면의 추가 개질이 가능할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
당업자는 약 2300의 전이 값 또는 바로 위의 레이놀즈 수를 특징으로 하는 공급물 흐름의 경우, 중공 섬유 필터의 길이에 걸친 속도의 감소가 중공 섬유 필터 내에서 2300 Re 전이 값 미만의 흐름을 야기할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 본 발명자는 필터 용량 및 파울링 거동의 개선이 2300이라는 낮은 공급물에서의 Re 값에서 관찰된다는 것을 발견하였으며, 이는 난류가 중공 섬유 필터의 길이 전반에 걸쳐 반드시 유지될 필요가 있는 것은 아니며, 중공 섬유 필터의 길이의 일부에 걸친 난류가 필터 용량 및 파울링 거동을 어느 정도까지 개선하는 데 충분할 수 있다는 것을 나타낸다. 이에 따라, 본 개시의 특정 구현예에서, 중공 섬유 필터 시스템은 공급물에서의 VF가 2300 내지 2500, 또는 2300 내지 3000인 조건 하에서 작동한다. 일부 구현예에서, 중공 섬유 필터 시스템은 난류가 필터에서 중공 섬유 유닛의 길이의 일부를 가로질러 생성되도록 작동한다.
본 개시에 따른 중공 섬유 필터 시스템은 다양한 유체를 여과하고 다양한 가용성 또는 미립자 종을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 것들은 비제한적으로, 포유류 세포 또는 다른 진핵 세포, 박테리아 세포, 예를 들어, E. 콜라이(E. coli)를 포함하는 미생물 세포, 및/또는 합성 나노입자, 예를 들어, 약물 전달을 위한 입자뿐만 아니라 생체 분자, 예를 들어, 폴리펩티드, 폴리뉴클레오티드, 다당류, 및 이들 중 하나 이상의 복합물을 포함한다. 상술한 것으로 제한하지 않으면서, 본 개시의 시스템 및 방법은 면역글로불린 또는 이의 기능적 단편과 같은 재조합 단백질의 생산 및 정제에서 사용될 수 있다. 당업자는 본 개시의 시스템 및 방법이 동물 또는 미생물 배양물의 정화, 상술된 것과 같은 종의 농축 및 분별과 같은, 중공-섬유 TFF 시스템이 현재 이용되는 임의의 환경에서 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 개시에서 사용하기 위한 중공 섬유는 광범위한 길이를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 중공 섬유의 길이는 다른 값들 중에서, 예를 들어, 200 mm 내지 2000 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 중공 섬유, 예를 들어, 상술된 중공 섬유는 바이오프로세싱 및 제약 적용을 위한 접선 흐름 필터를 구성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 접선 흐름 필터가 사용될 수 있는 바이오프로세싱 적용의 예는 세포 배양액이 단백질, 바이러스, 바이러스 유사 입자(VLP), 엑소좀, 지질, DNA, 및 다른 대사물과 같은 더 작은 입자로부터 세포를 분리하기 위해 처리되는 것을 포함한다.
이러한 적용은 세포가 생물 반응기로 되돌아온 잔류물 유체에 보유되면서(그리고, 여기서 동일한 부피의 배지는 통상적으로, 전체 반응기 부피를 유지하기 위해 생물 반응기에 동시에 첨가됨), 더 작은 입자가 투과물 유체로서 세포 배양 배지로부터 연속적으로 제거되는 관류 적용을 포함한다. 이러한 적용은 더 작은 입자(통상적으로, 생물학적 생성물)가 투과물 유체로서의 세포 배양 배지로부터 더욱 빠르게 제거되는 정화 또는 수확 적용을 추가로 포함한다.
중공 섬유, 예를 들어, 상술된 중공 섬유는 입자 분별, 농축 및 세척을 위한 중공 섬유 필터를 구성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 중공 섬유 필터가 사용될 수 있는 적용의 예는 이러한 중공 섬유 필터를 이용하여 더 큰 입자로부터 작은 입자를 제거하는 것, 이러한 중공 섬유 필터를 이용하여 미세입자를 농축하는 것, 및 이러한 중공 섬유 필터를 이용하여 미세입자를 세척하는 것을 포함한다.
본 개시에 따른 관류 시스템은 필터 하우징, 내구성이 있고 (예를 들어, 오토클레이빙, 스팀 세정, 감마선 조사, 화학적 살균 등을 통해) 살균될 수 있는 도관 및 다른 요소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 요소는 일회용일 수 있고, 사용 후 폐기될 수 있다. 일회용으로 유리하게 설계될 수 있는 하나의 시스템 부품은 PP 중공 섬유 필터 요소 자체이다. 또한, 일부 경우에, PP 중공 섬유 필터 요소는 살균된 사전-습윤된 부품으로서 제공될 수 있다. 이의 소수성으로 인해, 이들 필터 요소는 일반적으로, 비극성 또는 약한 극성의 용매, 예를 들어, 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올, 글리콜 등)을 사용하여 습윤되고, 사용 전에 세정되고 평형 상태로 만들어져야 한다. 일부 경우에서, PP 중공 섬유 필터는 탈이온수 또는 PBS와 같은 완충 용액에 저장된 상태로 최종 사용자에게 제공된다. 또한, 이는 사용 전에 알코올로 사전-습윤될 수 있다. 본 개시의 일 양태에서, PP 필터는 고객의 작업장에서 알코올로 습윤될 수 있다. 또 다른 양태에서, PP 필터는 글리세린으로 친수화될 수 있다. 또 다른 양태에서, PP 필터는 제조 동안 습윤될 수 있고, 탈이온수 또는 PBS 완충제로 습윤된 상태로 출하될 수 있다.
본 개시의 관류 시스템은 재사용 가능한 PP 중공 섬유 필터 시스템을 포함할 수 있다. 재사용 가능한 시스템은 (예를 들어, 오토클레이빙, 스팀 세정, 감마선 조사, 화학적 살균 등을 통해) 살균될 수 있는 요소를 포함할 수 있다. 이들 재사용 가능한 시스템은 공정 용기에 대한 무균 연결부를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 관류 시스템은 PP 멤브레인, 필터 하우징, 포팅 재료, 및 필터를 공정 용기에 연결할 수 있는 하나 이상의 도관을 포함하는 중공 섬유 필터; 및 공정 용기를 포함할 수 있다. 본 개시의 공정 용기는 생물 반응기일 수 있다. 본 개시의 PP 멤브레인은 용액으로부터 의도된 생성물을 여과하기 위해 사용될 수 있는 복수의 기공을 포함할 수 있다. 특정 적용의 요건에 따라, 기공 크기는 0.05 ㎛ 내지 0.2 ㎛의 범위일 수 있다. PP 멤브레인은 중공 섬유로 이루어질 수 있으며, 이들 중공 섬유는 0.2 mm 내지 5.0 mm의 내부 직경을 가질 수 있다. 또한, 이들 중공 섬유의 벽 두께는 50 내지 500 ㎛의 범위일 수 있다. 중공 섬유는 중공 섬유 필터를 형성하기 위해 나란히 배열될 수 있다(즉, 번들화될 수 있다). 이러한 번들화는 10 cm2 내지 90 m2의 표면적을 야기할 수 있다.
공정 용기로부터 중공 섬유 필터 하우징으로의 유체 흐름은 통상적으로, 펌프, 예를 들어, 자기부상, 연동식 또는 다이아프램/피스톤 펌프에 의해 구동되며, 이는 유체를 단일 방향으로 추진할 수 있거나, 흐름 방향을 주기적으로 교대할 수 있다.
이들 적용을 위해 설계된 예시적인 시스템에서, 접선-흐름 PP 중공 섬유 필터 요소는 필터 요소에 의해 서로 분리된 공급물/잔류물 및 투과물 유체 채널을 한정하기 위해 필터 하우징 내에 배치된다. 이들 구현예는 PP 멤브레인, 즉 이전에 이러한 목적에 유용한 것으로 여겨지지 않은 재료를 사용한다는 점에서 기존 시스템과 다르다. 본원에 기술된 구현예는 필터가 극도로 소수성이라는 점에서, 즉 이전에 여과 공정을 방해하는 것으로 생각된 양태에 있어서 유리하다. 그러나, 이러한 양태는 다른 재료보다 적은 파울링으로 생물학적 용액을 더욱 효과적으로 여과할 수 있다는 것으로 밝혀졌다.
본 개시는 또한, 중공 섬유 필터 및 공정 용기를 포함하는, 생물학적 용액의 여과를 위한 시스템에 관한 것이다. 중공 섬유 필터는 PP 멤브레인을 포함한다. 다양한 구현예에서, PP 중공 섬유 필터는 공정 용기에 연결될 수 있다. 이들 구현예에서, 필터는 접선 흐름 여과 또는 교호 접선 흐름 여과 중 어느 하나에서 이용될 수 있다. 시스템이 접선 흐름에서 이용될 때, 세포 또는 다른 생물학적 성분은 섬유의 루멘을 통해 다시 반응기로 흐를 수 있다. 시스템이 교호 접선 흐름에서 이용될 때, 세포 또는 다른 생물학적 성분은 멤브레인을 가로지르는 상이한 방향으로 전후로 펌핑되어, 루멘을 통한 여액의 흐름을 유도하고 필터의 파울링을 제한할 수 있다. 본원에 기술된 구현예는 중공 섬유 필터를 포함하는 PP 멤브레인이 소수성이고, 결과적으로, 여액에 의해 기공을 통해 흐를 수 있기 때문에 멤브레인을 통해 더욱 효과적으로 흐를 수 있지만, 멤브레인의 소수성 특질로 인해 파울링 상태를 허용하지 않을 수 있다는 점에서 유리하다.
본 개시는 또한, PP 중공 섬유 필터를 이용하여 생물학적 용액을 여과하는 시스템의 사용 방법을 기술한다. 일단의 구현예에서, PP 중공 섬유 필터는 필터 하우징 내에 배치될 수 있다. 필터 하우징은 제1 도관을 통해 공정 용기에, 및 제2 도관을 통해 여액 용기에 연결될 수 있다. 펌프는 공정 용기에 대해 제1 도관의 반대편에서, 필터 하우징에 부착될 수 있다. 펌프의 활성화는 PP 중공 섬유 필터를 통해 액체를 끌어당길 수 있다. 필터를 통해 이동하는 용액은 여액이고, 시스템으로부터 제거될 수 있다. 멤브레인을 가로지르지 않는 용액은 잔류물이고, 공정 용기로 강제로 다시 들어갈 수 있다. 일부 구현예에서, 액체는 생물학적 액체이다. 또 다른 구현예에서, 용액은 세포를 함유한다. 일부 경우에, 잔류물은 필터를 통해 다시 밀려, 공정 용기로 되돌아간다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 구현예에 따른 예시적인 관류 배양 시스템을 도시한 것이다. 도 1a에 도시된 관류 배양 시스템(100)은 교호 접선 흐름 여과, 및 선택적으로, 정용 여과를 제공하도록 구성된다. 시스템(100)은 공정 용기(110), 예를 들어, 생물 반응기, 및 필터 유닛을 2개의 유체 구획, 즉 공급물/잔류물 채널(130) 및 투과물 채널(140)(여액 채널로도 지칭됨)로 분리하는 필터(미도시됨)를 포함하는 필터 유닛(120)을 포함한다. 필터 유닛(120)은 피스톤 또는 다이아프램 펌프와 같은 양변위 펌프에 커플링된다. 공급물/잔류물 채널(130)은 공정 용기(110)와 필터 유닛(120) 사이에 뻗어 있으며, 투과물 채널(140)은 투과물 용기(170)로 뻗어 있다. 시스템(100)은 또한, 정용 여과 유체 용기(150)를 포함한다. 정용 여과 유체 용기(150)로부터의 유출은 흐름 제어부(155)(본원에서 펌프로서 도시되지만, 이는 밸브 또는 다른 적합한 디바이스일 수 있음)를 통과하여, 정용 여과 유체 용기(150)를 공정 용기(110)와 연결하는 정용 여과 유체 채널(160)로 나아간다.
시스템은 또한, 본원에서 범용 컴퓨터로서 도시된 제어기(180)를 포함하지만, 이는 입력을 수신하고 출력을 전송하고 사전-프로그래밍된 명령을 기초로 하여 자동적으로 작동을 수행할 수 있는 임의의 적합한 디바이스일 수 있다. 제어기(180)는 키보드, 터치스크린 등과 같은 주변 디바이스를 통해 사용자 입력을 수신할 수 있고, 공정 용기(110) 및 공급물/잔류물 채널(130) 중 하나 또는 둘 모두 내의 배양물에서 하나 이상의 변수를 측정하는 하나 이상의 센서(181 내지 183)로부터 공정 데이터 입력을 수신한다. (다만, 도면에서 센서(181 내지 183)는 단지 공급물/잔류물 채널(130)에만 연결된 것으로서 도시됨). 제어기는 또한, 투과물 채널(140) 및 정용 여과 유체 채널(160) 각각에서의 하나 이상의 센서(184, 185)로부터 입력을 선택적으로 수신한다. 이들 센서에 의해 측정된 변수는 비제한적으로, 압력, 흐름, pH, 온도, 탁도, 광학 밀도, 임피던스, 또는 정화 공정의 제어와 관련된 다른 변수를 포함할 수 있다.
이들 입력을 기초로 하여, 그리고, 하기에 더욱 상세히 기술되는 제어 방법을 구현하는 사전-프로그래밍된 제어 알고리즘 또는 휴리스틱(heuristic)의 실행을 통해, 제어기(180)는 하나 이상의 출력을 발생시키고, 양변위 펌프(125), 정용 여과 유체 제어부(155), 및 투과물 채널(140)을 통한 흐름을 조절하는 투과물 밸브(192)를 포함하는, 유체 흐름을 조절하는 시스템(100)의 부품으로 데이터를 전송한다.
다음으로 도 1b로 돌아가서, 대안적인 시스템 설계는 접선 흐름 여과 및 일정-부피 정용 여과를 이용한다. 시스템(200)은 공정 용기(210) 및 여과 유닛(220)을 포함하지만, 이는 별도의 유출 채널(230) 및 회수(잔류물) 채널(235)을 포함하며, 이에 따라, 여과 유닛(220)을 통한 흐름 방향은 도 1a에 도시된 시스템에서와 같이 교대되기 보다는, 시스템의 작동 동안 일정하게 유지된다. 유출 채널(230)은 정용 여과 유체 용기(250)로부터의 정용 여과 채널(255)과 함께 여과 유닛(220)의 단일 공급물 채널(260)로 병합된다. 투과물 채널(240), 투과물 용기(270), 제어기(280), 및 센서(281 내지 285)는 실질적으로, 도 1a에 도시된 시스템에 대해 상술된 바와 같다. 그러나, 중요하게는, 일정-부피 정용 여과 공정은 다수의 유체 채널의 제어를 포함하며, 이에 따라, 제어기(280)는 투과물 채널(240), 공정 용기 출력(process vessel output)(230) 및 정용 여과 유체 출력(diafiltration fluid output)(255) 각각을 통한 흐름을 조절하는 다수의 밸브(291, 292, 293)에 출력을 전송할 것이다.
상술된 관류 배양 시스템의 특정 특징이 시스템의 다른 양태의 변형 없이 변형될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 예를 들어, 도 1b는 일정-부피 정용 여과를 위해 구성된 TFF 시스템을 도시한 것이지만, 당업자는 일정-부피 정용 여과를 제공하지 않는 TFF 시스템이 이용될 수 있으며, 일정-부피 정용 여과를 제공하는 ATF 시스템이 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 2a 및 도 2b는 2개의 별도의 실험에 대하여, 30 LMH의 PES 및 PP 중공 섬유 필터에서의, 시간 경과에 따른 투과물 압력 및 시빙(sieving) 퍼센트를 도시한 것이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b에 대해 상술된 바와 같은 시간 경과에 따른 투과물 압력 및 시빙 퍼센트를 도시한 것이지만, 15 LMH 및 22.5 LMH의 투과물 플럭스에서의 투과물 압력 및 시빙 퍼센트를 도시한다. 이러한 도면은 PES와 PP 중공 섬유 필터 간의 파울링의 차이를 도시한 것이며, PES 필터는 가속화된 파울링을 나타내는 한편, PP 필터는 22.5 LMH라는 높은 투과물 플럭스 하에서도, 높은 시빙 퍼센트를 보유한다.
실시예
하기 실시예는 본 개시의 특정 원리를 예시한 것이고, 본 개시의 범위 또는 내용을 어떠한 방식으로든 제한하는 것을 의도하지는 않는다.
실시예 1 - 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에테르설폰(PES) 필터의 성능 비교.
이러한 실시예는 관류 배양 동안 PP 필터 요소를 이용하여 달성될 수 있는 필터 성능 개선의 경험적 검증을 제공한다. 이러한 실시예에서, PP 필터의 성능을 PES 필터의 성능과 비교하였다.
도 2a 및 도 2b는 하기 필터, 즉, 0.2 PES(1.0 mm), 0.2 PES(0.5 mm), 0.2 PP(1.8 mm), 및 0.2 PP(0.6 mm)에 대한, 공정 시간에 대한 시빙 퍼센트(%)뿐만 아니라, 공정 시간(hr)에 대한 플롯팅된 투과물 압력(psi)을 도시한 것이다. 배치 공정을 중국 햄스터 난소(CHO) 세포를 함유한 생물 반응기에서 1.5 L 작업 부피로 실행하였다. 필터 플럭스를 30 리터/m2·hr로 설정하였다. IgG 항체의 정화를 접선 흐름(TF) 모드 하에서 수행하였다. 이러한 도면은 시간 경과에 따라, 0.2 PP(1.8 mm) 필터가 일관되게 높은 수준의 시빙 퍼센트, 및 일관되게 낮은 투과물 압력이라는 결과를 낳음을 나타낸다. 중요하게는, 유사한 기공 크기를 갖는 PES 및 PP 필터는 본 시험에서 상이하게 거동한다. 0.2 PES(0.5 mm) 필터는 공정의 첫 10시간 내에 시빙 백분율 및 투과물 압력 둘 모두의 빠른 감소를 나타냈다. 반대로, 0.2 PP(0.6 mm) 필터는 20시간을 초과하는 시간 동안 높은 시빙 및 일관된 투과물 압력을 나타냈는데, 이는 심지어 1.0 mm PES 필터를 능가하는 것이다. 이는 재료의 차이(PES 대 PP)가 파울링 성능에 유의미한 영향을 미친다는 것을 나타낸다. 정화 공정을 위한 PP 필터의 사용은 공정 시간의 연장을 가능하게 할 수 있고, 동일한 부피의 배양 배지를 정화하는 데 필요한 표면적을 감소시켜, 잠재적으로, 수율의 증가 및 단가의 감소를 야기할 수 있다. 역사적으로, 이전에 PP는 단백질을 변성시킬 것이라고 가정되었기 때문에, PP 필터는 장기간의 배양에 사용되지 않았다. 임의의 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 상술된 실험으로부터의 결과는 이들 필터가 변성되지 않으며, 실제로 긴 배양 기간에 걸쳐 사용될 수 있음을 시사한다.

Claims (46)

  1. 관류 세포 배양을 위한 사전-습윤된 일회용 중공 섬유 필터로서, 상기 필터는 알코올로 사전-습윤되고, 완충 용액에 저장되는, 필터.
  2. 제1항에 있어서, 필터 하우징을 추가로 포함하며, 상기 필터 하우징은
    유입구;
    잔류물 유출구;
    투과물 유출구;
    상기 유입구와 상기 잔류물 유출구 사이에서 연장되어 상기 잔류물 유출구 및 상기 유입구로부터 상기 투과물 유출구를 유체적으로 분리하는, 적어도 하나의 소수성 중공 섬유; 및
    상기 필터 하우징에 상기 소수성 중공 섬유를 연결하고 상기 투과물 유출구로부터 상기 유입구 및 상기 잔류물 유출구 중 적어도 하나를 시일링하는 포팅 재료(potting material)를 포함하는, 필터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 복수의 기공을 포함하는, 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기공의 직경은 0.05 um 내지 2.0 um인, 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 10 cm2 내지 90 m2의 표면적을 갖는, 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 0.2 mm 내지 5.0 mm의 내부 직경을 갖는, 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 50 um 내지 500 um의 벽 두께를 갖는, 필터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함하는, 필터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머인, 필터.
  10. 관류 세포 배양 방법으로서,
    세포 배양액을 소수성 중공 섬유 필터를 통해 순환시켜, 상기 세포 배양액을 여액 및 잔류물로 분리하는 단계; 및
    상기 잔류물을 상기 생물 반응기로 되돌려 보내는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 관류 세포 배양은 n-1 배양 및 배지 교환으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 어느 경우에든 상기 여액은 보유되지 않는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 관류 세포 배양은 높은 생산성의 수확, 농축된 유가 배양, 또는 연속 관류로 이루어진 군으로부터 선택되며, 각 경우에, 상기 여액은 관심 바이오 산물을 포함하고 보유되는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 세포 배양은 포유류 세포 배양, 효모 세포 배양, 원핵 세포 배양, 또는 곤충 세포 배양인, 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 세포 배양의 순환은 교호 접선 흐름에 의해 수행되는, 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 세포 배양의 순환은 접선 흐름 여과에 의해 수행되는, 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 세포 배양액의 순환은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 22.5, 25, 30 ℓ/m2·h의 필터 플럭스(filter flux)에서 수행되는, 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 분리 시스템은 연동 펌프헤드를 통한 연동 배관, 자기부상 펌프, ATF 펌프, 및 다른 양변위 일회용 펌프 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 방법은 10, 20, 30, 40, 50일에 걸쳐 수행되는, 방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머인, 필터.
  21. 관류 배양 시스템을 조립하는 방법으로서,
    사전-습윤된 소수성 중공-섬유 필터를 상기 관류 배양 시스템의 필터 하우징 내에 배치하는 단계, 및 선택적으로, 상기 필터 하우징의 투과물 유출구를 투과물 수집 용기에 연결하는 단계를 포함하며,
    (a) 상기 관류 배양 시스템은 공정 용기, 필터 공급물 채널을 한정하기 위해 상기 필터 하우징의 내부에 상기 공정 용기의 내부를 유체적으로 연결하는 제1 도관, 및 선택적으로, 상기 공정 용기에 상기 필터 하우징의 내부를 연결하고 잔류물 채널을 한정하는 제2 도관을 포함하며, (b) 상기 필터 하우징 내에 배치하기 전에, 상기 소수성 중공 섬유 필터는 알코올을 포함하는 용액으로 사전-습윤되고, 완충 수용액에 저장되는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 필터 하우징은 여액을 위한 유출구를 추가로 포함하며, 상기 유출구는 상기 중공 섬유 소수성 필터에 의해 상기 공급물 채널 및 상기 잔류물 채널로부터 유체적으로 분리되는, 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 세포 배양액의 순환은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 22.5, 25, 30 ℓ/m2·h의 필터 플럭스에서 수행되는, 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함하는, 필터.
  25. 제24항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머인, 필터.
  26. 관류 세포 배양 방법으로서,
    소수성 필터를 가로지르도록 세포 배양 배지를 접선 방향으로 통과시켜, 상기 세포 배양 배지의 제1 성분의 농도를 감소시키는 단계를 포함하며, 상기 제1 성분은 재조합 펩티드, 핵산 또는 바이러스 캡시드를 포함하지 않는, 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 방법은 10, 20, 30, 40, 50일에 걸쳐 수행되는, 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 세포 배양액의 순환은 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 22.5, 25, 30 ℓ/m2·h의 필터 플럭스에서 수행되는, 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머인, 방법.
  31. 유체를 여과하는 방법으로서,
    상기 유체를 소수성 중공 섬유 필터 시스템에 통과시키는 단계를 포함하며, 이에 따라 상기 유체는 비-층류 방식으로 상기 소수성 중공 섬유 필터를 통해 흐르고, 상기 유체는 잔류물 및 투과물로 분리되는, 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 시스템의 공급 속도와 상기 소수성 중공 섬유 필터의 내부 직경의 곱은 2500 mm2s-1보다 큰, 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 필터로의 상기 유체의 흐름을 특징짓는 레이놀즈 수는 2000, 2300, 2500, 3000, 3500, 또는 4000보다 큰, 방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유는 폴리올레핀 또는 플루오로폴리머를 포함하는, 필터.
  35. 제34항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이의 코폴리머인, 필터.
  36. 제31항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유 필터를 통한 흐름 방향은 교대되는, 방법.
  37. 제31항에 있어서, 필터 투과물을 수집하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 소수성 중공 섬유 필터는 원하지 않는 종을 보유하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 보유된 원하지 않는 종은 포유류 세포 기원의 종; 미생물 세포 기원의 종; 바이러스 기원의 종; 단백질; 핵산; 다당류; 또는 상기 기술된 것 중 임의의 것의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  40. 제37항에 있어서, 원하는 종은 상기 소수성 중공 섬유 필터를 통과하여 투과물로 나아가는, 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 원하는 종은 포유류 세포 기원의 종; 미생물 세포 기원의 종; 바이러스 기원의 종; 단백질; 핵산; 다당류; 바이러스; 마이크로캐리어; 입자; 또는 상기 기술된 것 중 임의의 것의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  42. 제41항의 방법에 따라 수집된 투과물을 포함하는 조성물.
  43. 제42항에 있어서, 상기 조성물 중의 원하는 종의 농도는 상기 유체 중의 상기 원하는 종의 농도보다 적어도 10x, 20x, 40x, 50x, 75x 또는 100x 더 큰, 조성물.
  44. 제42항에 있어서, 원하지 않는 종의 농도는 상기 유체 중의 상기 원하지 않는 종의 농도보다 적어도 10x, 20x, 40x, 50x, 75x 또는 100x 더 적은, 조성물.
  45. 제31항에 있어서, 상기 유체로부터 투과물을 제거하여, 상기 소수성 중공 섬유 필터에 의해 보유된 원하는 종의 농도를 증가시키는 단계를 추가로 포함하며, 상기 원하는 종의 농도는 5X, 10X, 20X, 40X, 50X, 75X 또는 100X 증가하는, 방법.
  46. 유체를 여과하는 방법으로서,
    공급 속도가 상기 유체의 동적 점성도를 중공 섬유 필터 직경으로 나눈 몫보다 2000, 2300, 2500, 3000, 3500 또는 4000배 더 큰 조건 하에서, 상기 유체를 소수성 중공 섬유 필터에 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020217021301A 2018-12-31 2019-12-30 소수성 중공 섬유에 의한 포유류 세포 배양물의 관류 및 정화용 필터 KR20210096671A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862786884P 2018-12-31 2018-12-31
US62/786,884 2018-12-31
US201962846934P 2019-05-13 2019-05-13
US62/846,934 2019-05-13
PCT/US2019/068972 WO2020142445A1 (en) 2018-12-31 2019-12-30 Filter for mammalian cell culture perfusion and clarification with hydrophobic hollow fiber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210096671A true KR20210096671A (ko) 2021-08-05

Family

ID=71122556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217021301A KR20210096671A (ko) 2018-12-31 2019-12-30 소수성 중공 섬유에 의한 포유류 세포 배양물의 관류 및 정화용 필터

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11680239B2 (ko)
EP (1) EP3906107A4 (ko)
JP (1) JP2022516516A (ko)
KR (1) KR20210096671A (ko)
CN (1) CN113226510A (ko)
AU (1) AU2019419406B2 (ko)
CA (1) CA3122774A1 (ko)
SG (1) SG11202106609WA (ko)
WO (1) WO2020142445A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022076318A1 (en) * 2020-10-05 2022-04-14 Bristol-Myers Squibb Company Methods for concentrating proteins

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040631A1 (de) * 1980-10-29 1982-05-27 Merck Patent Gmbh, 6100 Darmstadt Verfahren zur abtrennung von metallkatalysatoren und verwendung von membrantrennvorrichtungen
JPS60232208A (ja) 1984-05-04 1985-11-18 Mitsubishi Rayon Co Ltd 中空繊維を用いた濾過モジユ−ルの処理方法
JP2000032977A (ja) * 1989-02-15 2000-02-02 Hitachi Ltd 細胞培養方法及び装置
JPH04117600U (ja) * 1991-03-28 1992-10-21 三菱レイヨン株式会社 中空糸膜型細胞培養器
FR2717185B1 (fr) * 1994-03-08 1996-07-26 Tech Sep Microfiltration de la bière.
EP0672424A1 (en) 1994-03-16 1995-09-20 Teijin Limited Method of sterilizing a blood dialyzer having semipermeable polymeric membranes by gamma-ray irradiation
JPH10503847A (ja) 1994-08-02 1998-04-07 エフエスエム テクノロジーズ リミテッド ろ過膜装置
EP0830364A1 (en) * 1995-06-08 1998-03-25 Progen Industries Limited Method and apparatus for dna extraction
JPH1042851A (ja) * 1996-04-12 1998-02-17 Kuraray Co Ltd 清酒の製造方法および製造装置
US5914154A (en) 1997-05-30 1999-06-22 Compact Membrane Systems, Inc. Non-porous gas permeable membrane
WO2001058501A1 (en) 2000-02-09 2001-08-16 Minntech Corporation Apparatus and process for removal of carbon dioxide in a bioreactor system
JP2005110695A (ja) * 2005-01-06 2005-04-28 Toyobo Co Ltd 中空糸付き器具及びその使用方法
RU2015103990A (ru) 2008-09-24 2015-10-27 Медиммун, Ллк Способы культивирования клеток, размножения и очистки вирусов
EP2177603A1 (en) * 2008-09-25 2010-04-21 Gambro Lundia AB Device for renal cell expansion
EP2335814B1 (en) * 2008-09-26 2016-12-28 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Use of porous hollow-fiber membrane for producing clarified biomedical culture medium
CN107988166B (zh) * 2011-07-01 2022-03-15 美国安进公司 哺乳动物细胞培养
US9308478B2 (en) * 2011-09-28 2016-04-12 Toray Industries, Inc. Method for hydrophilizing hollow-fiber membrane module
JP2013226486A (ja) * 2012-04-24 2013-11-07 Toray Ind Inc 分離膜モジュールの滅菌方法、化学品の製造方法および膜分離型連続発酵装置
JP2014117190A (ja) * 2012-12-13 2014-06-30 Mitsubishi Rayon Co Ltd 浮遊細胞培養のための装置、モジュール及び方法
DE102013007927B4 (de) 2013-05-10 2014-12-24 Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh Antriebseinheit
US10946345B2 (en) * 2013-05-29 2021-03-16 Em Innovative Properties Company Microporous polyvinylidene fluoride membrane
IL249150B (en) * 2014-06-04 2022-09-01 Amgen Inc Methods for collecting mammalian cell cultures
US10898858B2 (en) * 2014-07-10 2021-01-26 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Membrane distillation apparatus and hydrophobic porous membrane
KR102613876B1 (ko) * 2015-11-10 2023-12-15 리플리겐 코포레이션 일회용 교번 접방향 유동 여과 유닛
WO2017104557A1 (ja) * 2015-12-15 2017-06-22 東洋紡株式会社 細胞培養用中空糸膜および中空糸モジュール
KR20220019059A (ko) * 2016-04-11 2022-02-15 스펙트럼, 인크. 두꺼운 벽의 중공 섬유 접선방향 유동 필터
JP7043125B2 (ja) * 2016-10-28 2022-03-29 旭化成メディカル株式会社 連続培養における有用物質の回収方法
TWM557639U (zh) * 2017-04-10 2018-04-01 光譜實驗室公司 厚壁中空纖維構成之切向流體過濾材

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022516516A (ja) 2022-02-28
EP3906107A4 (en) 2023-02-22
US11680239B2 (en) 2023-06-20
WO2020142445A1 (en) 2020-07-09
AU2019419406B2 (en) 2023-05-18
CA3122774A1 (en) 2020-07-09
CN113226510A (zh) 2021-08-06
EP3906107A1 (en) 2021-11-10
AU2019419406A1 (en) 2021-08-19
SG11202106609WA (en) 2021-07-29
US20200208092A1 (en) 2020-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zydney New developments in membranes for bioprocessing–A review
JP6862000B2 (ja) Ｃｆｆ／ｔｆｆ使い捨て流路における再循環ループ
AU2019231885B2 (en) Tangential flow depth filtration systems and methods of filtration using same
US20090166290A1 (en) Automated low volume crossflow filtration
AU2020343312B2 (en) Scale-down tangential flow depth filtration systems and methods of filtration using same
AU2019419406B2 (en) Filter for mammalian cell culture perfusion and clarification with hydrophobic hollow fiber
US20210047605A1 (en) Control systems and methods for automated clarification of cell culture with high solids content
US20230235263A1 (en) Systems and methods for filtration of cell cultures
US20220323910A1 (en) Systems and methods for tangential flow depth filtration
JP2021523830A (ja) タンジェンシャルフローフィルトレーションのシステムおよび方法
CN116963821A (zh) 用于单程逆流渗滤的系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right