WO2023247798A1 - Modular device and method for continuously producing biotechnological products - Google Patents

Modular device and method for continuously producing biotechnological products Download PDF

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WO2023247798A1
WO2023247798A1 PCT/EP2023/067288 EP2023067288W WO2023247798A1 WO 2023247798 A1 WO2023247798 A1 WO 2023247798A1 EP 2023067288 W EP2023067288 W EP 2023067288W WO 2023247798 A1 WO2023247798 A1 WO 2023247798A1
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WO
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module
flow
separation
product stream
product
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/067288
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German (de)
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Inventor
Bernhard SISSOLAK
Alois Jungbauer
Sebastián Avelino GÓMEZ SÁNCHEZ
Magdalena PAPPENREITER
Gabriele RECANATI
Laura Sandy BARBU
Original Assignee
Bilfinger Life Science Gmbh
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48Automatic or computerized control
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14Extraction; Separation; Purification
    • C07K1/16Extraction; Separation; Purification by chromatography
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14Extraction; Separation; Purification
    • C07K1/34Extraction; Separation; Purification by filtration, ultrafiltration or reverse osmosis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14Extraction; Separation; Purification
    • C07K1/36Extraction; Separation; Purification by a combination of two or more processes of different types
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/44Multiple separable units; Modules
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass

Definitions

  • the invention relates to a device for the continuous purification of biotechnological products, the device having a modular structure with individual modules connected to one another.
  • a process for the production of biopharmaceutical and biological products usually includes a perfusion culture and cell retention system upstream in the case of continuous processing or a fed-batch culture in the case of semi-continuous processing.
  • such a process usually includes the steps of cell separation or the separation of cell fraction components, buffer or media exchange, preferably with concentration, bioburden reduction, preferably with a sterile filter, and capture chromatography.
  • further steps are carried out to clean the product stream, in particular virus inactivation, neutralization, optionally further BioBurden reduction (with sterile filter).
  • further steps usually follow: chromatographic intermediate and fine cleaning, bioburden reduction, e.g. with sterile filters, virus filtration as well as buffer exchange and, preferably, concentration.
  • EP 3 093 335 A1 describes a modular production system for the continuous production or preparation of biopharmaceutical products and a computer-implemented method for process control of the modular system. According to EP 3 093 335 A1, a module or a unit can only be operated semi-continuously if operating the module requires changing an element to carry out the step.
  • the invention relates to a sampling module for use in a method for the continuous purification of a biotechnological product, which is designed to remove a sample from a continuous system without interrupting the product flow, wherein the sampling module preferably has a sample receiving container and a Buffer containers, which are arranged to be simultaneously connectable to the product stream, so that liquid can flow from the product stream into the sample receiving container and buffer from the buffer container into the product stream at the same time and to the same extent.
  • the individual modules are preferably combined into devices that are used to carry out the individual steps of the purification process are suitable, for example a DNA separation device, a protein separation device, a concentration device, or a rebuffering device, a resolubilization device.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the invention
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a device according to the invention for the production and purification of antibodies, divided into sections A-F for clarity.
  • the device includes, connected to the bioreactor, a cell separation device containing a tandem TFF module (Fig. 6 A); a DNA separation device containing a dosing module (Fig. 6 A), a mixing module, a tandem dead-end module and a sampling module (Fig. 6 B); a protein separation device containing a dosing module, two mixing modules and a tandem TFF module (Fig. 6 C), a concentration and
  • Rebuffering device containing a sampling module, a mixing module and a tandem TFF module (Fig. 6 D); a virus inactivation device, containing a dosing module and a mixing module (Fig. 6 E).
  • Rebuffering device containing a mixing module (Fig. 6 F).
  • the numbers on the pumps indicate which pump module they belong to.
  • the inlets and outlets of the individual modules are marked as well as the positions of volume flow and pressure sensors.
  • FIG. 7 shows a flow chart of a device according to the invention for solubilizing and purifying inclusion bodies.
  • the individual modules are named and modules of the same type are numbered consecutively in the order in which they are used in the process. Same numbers on pumps indicate that they belong to a common pump module.
  • Figure 8 shows a photograph of an assembled sampling system with all connections. Components and connections are labeled in the figure.
  • Figure 9 shows the transmembrane and axial pressure of two interconnected TFF modules over the process run. Increase in pressure indicates fouling of the membrane. Switching to the second filter results in a pressure drop. There were six switches in the first stage and two in the second stage.
  • Fig. 10 shows the process development for CaCl2 and PEGeooo precipitation steps.
  • the error bars represent the standard deviation of triplicate determinations.
  • Figure 11 shows screening and testing of depth filters to remove precipitated hcDNA after adding 100 mM CaCl final concentration to the cell culture supernatant.
  • Fig. 12 shows experiments on the critical flux of hollow fiber modules in recycling mode at a shear rate of 1600 s-1 and a concentration of precipitated monoclonal antibodies of 5 g/L in 18% PEGeooo, 100 mM MOPS buffer, pH 7. 0 were carried out. Pore size and inner diameter (ID) for each module are indicated in the figure legend, as is the maximum critical flow (LMH). Modules #1, #2 and #3 had a path length of 30 cm. Only module #4 had a path length of 20 cm.
  • LMH maximum critical flow
  • FIG 13 shows a flowchart of the integrated perfusion capture setup.
  • the clarified cell culture supernatant from the perfusion bioreactor cell retention device (TFF) is subjected to two successive precipitation stages (CaCO or PEGeooo), which are separated from each other by a depth filtration stage.
  • the precipitated antibody is concentrated in the first stage of TFF and passed to the second stage of TFF where it is washed by adding fresh buffer, reconcentrated and collected as a precipitate.
  • Figure 14 shows the concentration profile of trastuzumab.
  • Figure 15 shows the determination of aggregates and monomers (%) based on total area obtained by analytical size exclusion chromatography for cell culture supernatant and redissolved trastuzumab samples obtained during the processes incubated at low pH for 1 hour (viral inactivation).
  • Figure 16 shows the concentration (ppm) of hcDNA (A) and HCPs (B) for the cell culture supernatant used as starting material for the stand-alone capture (white triangle, dashed line), for the stand-alone -Capture obtained redissolved trastuzumab (white circles, dashed line), for the cell culture supernatant from the perfusion process integrated with the capture unit (black triangles, solid line), for the redissolved trastuzumab obtained from the integrated perfusion capture (black circles, solid line). ).
  • the invention relates to a device for the continuous purification of a biotechnological product, the device having a modular structure with individual modules connected to one another, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, characterized in that that the device is designed in such a way that an uninterrupted, continuous product flow is possible from the first to the last module.
  • product stream means the fluid from a heterogeneous cell culture fluid mixture which contains the product, as well as the result of all other process steps of the process according to the invention, i.e. the fluid of the process according to the invention flowing between the individual modules, these Product streams can have different concentrations and degrees of purity.
  • a “continuous process” is understood to mean a process for carrying out at least two successive process steps, in which the output stream of an upstream step is fed to a downstream step.
  • the downstream step begins processing the product stream before the upstream step is completed.
  • a portion of the product stream is always carried in the production line and is called a “continuous product stream.”
  • the term “closed” means the operation of the method according to the invention and the modular system according to the invention, which can be operated in such a way that the product that is produced and/or processed using this method and this modular system does not leak into the room environment is exposed.
  • materials, objects, buffers and the like can be added from the outside, but this addition is carried out in such a way that exposure of the produced and / or processed product to the room environment is avoided .
  • the device is divided into modules. These modules each have their own process engineering functions. It is possible to replace, add or change the order of individual modules.
  • the modules can be locked together in a sterile manner.
  • the modules can preferably be welded or through aseptic connectors such as Steam Thru Connectors®, or Opta® SFT sterile connector.
  • the device is designed to be self-regulating with regard to automatically achieving and maintaining a flow equilibrium of the product stream and/or with regard to pressure distribution in the device.
  • the device is designed such that functional elements of the modules can be serviced or replaced during ongoing operation without interrupting the product flow.
  • all pump motors of the device can be adapted to one another and controlled by manual control value specification.
  • one or more pumps are combined in a pump module.
  • the pump module has one or more pumps and volume flow sensors that are connected to the control of the pump module and ensure constant flow rates.
  • Each pump is preferably connected to an assigned volume flow sensor.
  • the volume flow sensors are particularly preferably ultrasonic volume flow sensors.
  • these are non-invasive clamp-on ultrasonic sensors, i.e. ultrasonic sensors that are clamped to the outside of the pipe ('clamp-on'), which means that no intervention in the product flow is necessary.
  • the pump module has a frame with holders for the individual pumps and the volume flow sensors.
  • the task of the pump module is to ensure constant flow rates over a long process period.
  • the pumps of a pump module can be adapted to each other by setting simple linear Relationships between pumps in terms of pumping rate (P) or volumetric flow rate produced.
  • the pumps used can be magnetically coupled pumps or peristaltic pumps.
  • the pumps of a pump module are in particular assigned to different devices of the device. Each pump has an inlet and an outlet, which are connected to the assigned modules or connecting lines via aseptic connectors.
  • Process range from 2.0 ml/min to 60 ml/min.
  • the modules are controlled individually and independently of one another. In this case there is no communication between the modules in order to avoid error propagation or incorrect control.
  • Control in the application sense means the measurement of the variable to be influenced (controlled variable) and a continuous comparison with the desired value (setpoint). According to the deviation, a controller calculates a manipulated variable that acts on the controlled variable in such a way that it minimizes the deviation and the controlled variable assumes a desired time behavior. This corresponds to a closed sequence of effects.
  • control refers to the process in a system in which one or more input variables influence the output variables based on the system's own laws.
  • the characteristic feature of the control is the open effect path or a closed effect path, in which the output variables influenced by the input variables do not constantly and do not act on themselves again via the same input variables.
  • the individual modules can each be coupled to one another directly or indirectly via a suitable coupling element, preferably sterile.
  • the tandem separation module comprises two identical flow separation units connected in parallel, wherein the two flow separation units can be connected alternately to the product stream.
  • the flow separation units are selected from filters and chromatography columns.
  • it is a tandem tangential flow filter (TFF) or a tandem dead-end filter.
  • the modules are referred to as tandem TFF modules or tandem dead-end filter modules.
  • TFF tandem tangential flow filter
  • the suspension to be filtered is pumped parallel to a membrane or filter medium and the permeate (also called filtrate) is drawn off transversely to the direction of flow.
  • the shear forces that occur on the filter surface due to the turbulent flow can be varied depending on the volume flow.
  • the high speed largely prevents a filter cake (top layer or fouling) from building up on the membrane from the solid particles to be separated. It would increase the filtration resistance and thus the pressure loss across the filter, which reduces the filter performance.
  • the tandem separation module is designed to ensure sterile parallel connection of the flow separation units (filter or chromatography).
  • the module can be made of stainless steel and can therefore be steamed at 121 °C and 1.1 bar.
  • the module preferably includes a Sterilization-In-Place (SIP) system. This means the module is completely sterilized.
  • SIP Sterilization-In-Place
  • the control can automatically switch to the second unit.
  • the first flow separation unit can be washed and removed.
  • An optionally pre-sterilized filter or an optionally pre-sterilized chromatography column is then inserted into the first as a replacement
  • a sterilization step can then take place in which the liquid lines that are open during the exchange are sterilized and optionally additionally become the flow separation unit.
  • the unit can then be filled with buffer and switched to the main stream if the module's parallel unit preferably needs to be replaced.
  • the tandem chromatography module is constructed analogously to the tandem dead-end module.
  • pressure is monitored, preferably the differential pressure is monitored.
  • the most complex tandem separation module is the tandem TFF module (Fig. 1 A).
  • the tandem TFF module includes holders for the filters, preferably with adjustable clamps, for example with a length in the range of 30 - 65 cm and a diameter in the range of ⁇ 0.5 - 5 cm.
  • the Tandem TFF module has either a Clean-In-Place (CIP) system or a SIP system.
  • the tandem TFF module has at least three pressure sensors, for the inlet, the retentate and the permeate. With a SIP system, at least one additional pressure sensor is necessary for the steam supply.
  • the tangential filters are preferably hollow fiber filters or membranes. These can have an area in the range of 100 cm 2 - 900 cm 2 .
  • the tangential filters have one inlet and two outlets for permeate and retentate.
  • TMP transmembrane pressure
  • the threshold value for the transmembrane pressure (TMP) is up to 2.5 bar and the differential pressure is below 2 bar.
  • the invention provides a tandem separation module for use in a process for the continuous purification of a biotechnological product, which comprises two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, connected in parallel, the two flow separation units being alternately connectable to the product stream are, and wherein the tandem separation module has at least one pressure sensor, which is connected to the control of the module, and is particularly preferably designed to be sterilizable.
  • the tandem separation module according to the second aspect is in particular as described in the first aspect.
  • the dosing module is designed to ensure continuous dosing of additives.
  • the dosing module can have a supply container and an intermediate container.
  • a filter unit is preferably arranged between these. This is advantageously equipped with a pressure sensor.
  • the task of the dosing module is to ensure continuous dosing of buffers and other solutions (e.g. precipitant) over a long period of time.
  • the module has a large supply container with a volume of at least 40 l, preferably at least 50 l, particularly preferably at least 60 l, and a smaller intermediate container of less than 1 l, preferably less than 800 ml, particularly preferably less than 500 ml.
  • Both The supply container and the intermediate container are preferably bags.
  • the intermediate container ensures that there are no interruptions in the mass flow when the supply container is replaced.
  • a dead-end filter capsule can be installed upstream of the intermediate container, which is monitored using a pressure sensor.
  • the supply container can be monitored gravimetrically.
  • the device In addition to the at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, the device preferably has at least one sampling module and/or a mixing module.
  • the mixing module is designed to mix several partial streams with a low residence time distribution.
  • the average residence time is calculated as the quotient of the fluid volume in the reactor to the exiting volume flow.
  • the average residence time is a measure of how much time the reaction mass needs on average to flow through a reactor. Included However, the effective residence times of individual particles can be very different, which results in a residence time distribution.
  • a residence time suitable for the reaction can be defined for the corresponding mixing module by dimensioning the mixing module and setting the flow rate.
  • the average residence times are in the range from 5 minutes to 60 minutes.
  • the variance in the residence time should be kept as low as possible.
  • the mixing module preferably has a tubular reactor. Even at a low flow rate of less than 3 ml/min, the variance in the residence time of a tubular reactor with a volume of 2 L is only about half as large as that of a stirred tank with the same volume. In addition, at higher flow speeds, the variance in residence time can be reduced even further. At a flow rate of 7.5 ml/min the variance is only half as large as at around 3 ml/min.
  • the tubular reactor is, in particular, a hose system with a mixing insert.
  • the mixing module is a disposable item.
  • the term “disposable item” means that the corresponding parts that come into contact with the product, in particular apparatus, containers, filters and connecting elements, are suitable for single use with subsequent disposal, whereby these containers can be made of plastic or metal.
  • the term also includes reusable objects, for example made of steel, which are only used once in the method according to the invention and are then no longer used in the method. Such used disposable items can then also be referred to as “disposable” or “single-use” items in the method according to the invention (“SU technology”).
  • the mixing module has a spectrometer for determining the volumetric concentration and/or the mixing efficiency.
  • the mixing module (Fig. 3) serves to mix several streams optimally and homogeneously with the lowest possible residence time distribution. It is possible to connect up to two flow cells in order to measure the mixing efficiency, but also the volumetric concentration (and thus also the protein concentration) using a spectrometric method.
  • the mixing module preferably has no control algorithms implemented.
  • the tubular reactor can consist of a hose system with a mixing insert.
  • the mixing module is a disposable item.
  • the mixing module has at least two inputs and at least one output, preferably two outputs.
  • the sampling module is designed to remove a sample from the continuous system without interrupting the product flow.
  • the sampling module has a sample receiving container and a buffer container, which are arranged to be simultaneously connectable to the product stream, so that at the same time liquid can flow from the product stream into the sample receiving container and buffer can flow from the buffer container into the product stream to the same extent.
  • the task of the sampling module is to take a sample from a continuous system without interrupting the mass flow.
  • the product flow is diverted away from the process direction into a sampling vessel.
  • the path to a buffer container opens which replaces the missing volume flow in the main line in the process direction.
  • the valve turns back to the input position and the product flow flows again in the process direction to the next module.
  • the fill level of the buffer container can be monitored gravimetrically.
  • the buffer flow rate can be monitored via an ultrasonic clamp-on sensor and the pump can be controlled via a feedback loop.
  • the invention provides a previously described sampling module.
  • An example of such a device is a cell disruption or cell separation device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module.
  • An example of such a device is a DNA separation device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module.
  • Another example of such a device is a protein separation device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module.
  • Another example of such a device is a concentration device. This contains in particular a tandem separation module.
  • Another example of such a device is a buffering device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module.
  • Another example of such a device is a resolubilization device. This contains in particular a dosing module and a mixing module.
  • Another example of such a device is a virus inactivation device. This contains in particular a dosing module and a mixing module.
  • the device can be easily adapted for the purification of any type of protein or nucleic acid.
  • the structure - as shown in Example 2 - can be easily adapted to the purification of proteins from inclusion bodies.
  • more protein purification devices can be used as required in order to achieve higher purity if necessary.
  • the invention relates to a method for the continuous purification of a biotechnological product in a device with a modular structure with individual interconnected modules, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, comprising the following Steps:
  • a product stream containing the biotechnological product and impurities to a first purification device of the device, the device comprising at least one tandem separation module, optionally at least one dosing module and optionally a mixing module;
  • the biotechnological product is a protein or a nucleic acid.
  • the protein can be selected from a blood clotting factor, a peptide hormone, a growth factor, an interferon, an interleukin analogue, or a vaccine, or an antibody, preferably antibodies of classes IgG1-4, IgM and IgG, IgE, or derivatives thereof .
  • the protein may also be a protein for food use.
  • the nucleic acid can be selected from DNA, RNA, such as antisense RNA, or antisense oligonucleotides.
  • the process is implemented without storing the product stream in intermediate tanks and/or carried out without elution chromatography.
  • the device is a device according to the first aspect.
  • flow-through chromatography or protein precipitation followed by filtration for example dead-end or tangential flow filtration, is used in the purification device.
  • the tandem separation module has two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, connected in parallel and a pressure sensor.
  • One of the two flow separation units is connected to the product stream and when a threshold value for the pressure is exceeded as a measure of reaching the filling capacity of the flow separation unit, the product stream is switched to the other flow separation unit. This switchover can occur automatically or depend on confirmation from the system operator.
  • TFF transmembrane pressure
  • Ap pt / PR
  • the pressure rise are determined.
  • the threshold value for the TMP is in the range of 2 to 2.5 bar.
  • the threshold value is below 2 bar.
  • additives such as the precipitant for the precipitation
  • the dosing module has a supply container and an intermediate container, between which a filter unit is arranged, which is equipped with a pressure sensor.
  • the intermediate container is connected to the product stream and at the same time the supply container is separated from the product stream when the supply container is empty and/or the pressure at the filter unit exceeds a threshold value. Pressure at the filter unit above the threshold indicates contamination of the dosing module.
  • a sample is removed from the product stream via a sampling module, comprising a sample receiving container and a buffer container, without interrupting the product flow.
  • the sample receiving container and the buffer container are connected to the product stream simultaneously, so that at the same time liquid flows from the product stream into the sample receiving container and to the same extent buffer flows from the buffer container into the product stream.
  • the main flow can be regulated using a cylinder valve designed by yourself, taking into account the 3D rule.
  • a cylinder valve designed by yourself, taking into account the 3D rule.
  • O-ring 2 mm
  • a pin are integrated into the cylinder valve and polytetrafluoroethylene (PTFE) seals are inserted between the tri-clamps.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the sensors are used to monitor the pressure. If the pressure exceeds the maximum permissible pressure, this is detected by the pressure sensors. If the sampling module is used in a system process, an alarm would be triggered if the pressure was exceeded.
  • the present sampling loop is suitable for taking a sample of 2 ml. The advantage of this construction is that Adjust the sample amount by replacing the sampling loop with a longer sampling loop.
  • germ-reduced means a state of reduced germ count, i.e. a number of microorganisms per unit area or volume of almost zero.
  • the germ reduction method can preferably be selected from the group consisting of gamma irradiation, beta irradiation, autoclaving, Ethylene oxide (ETO) treatment, ozone treatment (O3), hydrogen peroxide treatment (H2O2) and steam-in-place (SIP) treatment.
  • the purification comprises one or more of the following steps in suitable devices: cell separation, DNA separation, protein separation, rebuffering, protein concentration and virus inactivation.
  • the biotechnological product is an antibody and the method includes each of the steps mentioned.
  • the flow rate in the cell separation device is in the range from 5 ml/min to 10 ml/min, preferably in the range from 6 ml/min to 9 ml/min, particularly preferably in the range from 6.5 ml Zmin up to 7.5 ml/min.
  • the continuous purification is coupled with continuous protein production.
  • Continuous protein production can be carried out in a continuously operated bioreactor.
  • mAb purification can consist of the following 6 process steps:
  • FIG. 6 A schematic modular structure of the device for the continuous purification of monoclonal antibodies is shown in Fig. 6 and as a flow chart in Fig. 5.
  • the cell suspension obtained from the bioreactor process is first freed from the cells by filtration (cell separation device) and transferred to the DNA separation device, containing a dosing module, a tubular reactor module and a tandem dead-end module as well as pumps of a pump module.
  • IB purification and resolubilization includes the following steps:
  • FIG. 1 A schematic modular structure of the device for the continuous processing of inclusion bodies is shown in FIG. 1
  • IBs also called inclusion bodies, arise from a microbial process, namely protein expression in bacteria, especially Escherichia Coli. During expression, the target protein produced in large quantities is misfolded, aggregation occurs and thus the formation of IBs, in which the target protein is not folded correctly but is present in high purity. After cell rupture, the IBs can be separated from cell debris and remaining medium by centrifugation.
  • the diluted slurry is introduced into the continuous system via pumps.
  • the IBs are solubilized with a chaotropic or neutral detergent in high molarity, e.g.: 8 M guanidine hydrochloride or 6 M urea.
  • a chaotropic or neutral detergent in high molarity, e.g.: 8 M guanidine hydrochloride or 6 M urea.
  • DTT dithiothreitol
  • the protein After solubilization, the protein refolds.
  • the solubilized protein By rebuffering, for example with a 100mM Tris-HCl buffer system with stabilizing additives such as 300 mM NaCl and 50 mM arginine at a pH of 7, the solubilized protein is folded into its active form.
  • Example 3 Production of a recombinant IgG1 and purification using the continuous process according to the invention in a modular production plant
  • IgG1 (trade name Trastuzumab, PI 8.4-8.6) was used in this study.
  • CHO cells were cultured in perfusion mode in a Labfors 5 benchtop bioreactor (Infors Ht, Switzerland). Cell proliferation was carried out in shake flask cultures (Corning, New York, USA) with a working volume of up to 500 mL. The bioreactors were seeded with a cell density of 3-5 x 10 6 cells/mL. Perfusion was initiated on the same day with 0.5 WD by continuously supplying fresh perfusion medium and removing harvest from the permeate.
  • a perfusion rate of 0.5 WD was maintained until a cell density of 10 x 10 6 cells/mL was reached and was gradually increased with cell density up to 1 WD until the live cell concentration (VCC) set point of 60 ⁇ 10 x 10 6 cells/mL was reached.
  • VCC live cell concentration
  • Cell bleed was applied via an automated bleed feedback loop with VCC prediction from an online capacitance probe (Incyte, Hamilton, Switzerland). The working volume was maintained at 2 L by maintaining constant inflow and outflow rates. Feedback loops of bioreactor weight, feed, and bleed were used to adjust pump flow rates.
  • the cultures were perfused with a medium consisting of 4Cell XtraCHO production medium (Sartorius) with Feed A and Feed B (6%/1%) supplement (Sartorius) and 60 mM D-glucose.
  • the setpoints of the process temperature, dissolved oxygen concentration and culture pH Values were 37°C, 40% and 7.0 ⁇ 0.1, respectively.
  • supernatant was harvested from the bioreactor using an ATF 2 (Repligen, Waltham, MA) cell capture device equipped with a polyethersulfone HF with a pore size of 0.2 pm and a surface area of 0.13 m 2 at a shear rate of 1500 s -1 (Repligen, Waltham, MA).
  • the supernatant was harvested over TFF using a polyvinylidene fluoride HF (Asahi Kasei, Tokyo, Japan) with a pore size of 0.2 pm and a membrane area of 0.08 m 2 at a shear rate of 1000 s -1 .
  • a magnetically levitated pump (Levitronix, Framingham, MA, USA) was used for recirculation.
  • Resolubization of captured trastuzumab was performed batchwise with a 50 mM phosphate buffer pH 2.5 at a sample:buffer volumetric dilution ratio of 1:5.
  • the samples were incubated for 60 minutes at low pH ( ⁇ 3.5) on the end-to-end shaker (Stuart Rotator SB3; Cole-Parmer, Vernon Hills, IL) and by adding 200 mM phosphate buffer pH 8, 0 neutralized with a volumetric dilution ratio sample:buffer of 4:1. This ratio resulted in a solution with a final pH of 6.5. Samples were then analyzed immediately, stored at 4°C or frozen at -20°C for longer storage.
  • All tubing used in the setup was silicone tubing (3.2 mm ID) or PharMed® BPT tubing (Saint-Gobain, Courbevoie, France, 3.2 mm ID) on the heads of the peristaltic pumps.
  • the tubular reactors were manufactured in-house by inserting static mixers (HT-40-6.30-24-AC; material acetal; Stamixco AG, Wollunter, Switzerland) into standard flexible laboratory tubing (Tygon® R-3603, 4.8 mm inner diameter; Saint- Gobain, Courbevoie, France) were inserted, which were arranged in a spiral and stacked vertically.
  • the length of the tubular reactors was determined according to the residence time required for efficient precipitation (5 minutes for CaCL precipitation, 15 minutes for PEGeooo precipitation).
  • Continuous depth filtration can be achieved by implementing redundancies and operating filters in tandem mode.
  • the size of the filters must match the product mass flow to avoid frequent equipment changes, which pose a risk of process errors.
  • the Ertelalsop B4E7 depth filter caused the lowest pressure increase during screening.

Abstract

The present invention relates to a device for continuously purifying a biotechnological product, wherein the device has a modular structure with individual modules connected to one another, wherein the modules comprise at least one tandem separation module, at least one pump module and at least one metering module, characterised in that the device is designed such that an uninterrupted continuous product flow is possible from the first to the last module. The invention also relates to a method for continuously purifying a biotechnological product in a device having a module structure with individual modules connected to one another, wherein the modules comprise at least one tandem separation module, at least one pump module and at least one metering module.

Description

MODULARE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR KONTINUIERLICHEN HERSTELLUNG VON BIOTECHNOLOGISCHEN PRODUKTEN MODULAR DEVICE AND METHOD FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTS
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufreinigung von biotechnologischen Produkten, wobei die Vorrichtung einen modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen aufweist. The invention relates to a device for the continuous purification of biotechnological products, the device having a modular structure with individual modules connected to one another.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
Ein Verfahren zur Herstellung von biopharmazeutischen und biologischen Produkten umfasst in der Regel upstream bei kontinuierlicher Prozessführung eine Perfusionskultur und Zellrückhaltesystem oder bei semikontinuierlicher Prozessführung eine Fed-Batch-Kultur. A process for the production of biopharmaceutical and biological products usually includes a perfusion culture and cell retention system upstream in the case of continuous processing or a fed-batch culture in the case of semi-continuous processing.
Downstream umfasst ein solches Verfahren in der Regel die Schritte Zellabtrennung bzw. die Abtrennung der Zellbruchbestandteile, Puffer- bzw. Medienaustausch bevorzugt mit Konzentrierung, BioBurden-Reduzierung bevorzugt mit Sterilfilter, und Capture Chromatographie. Üblicherweise werden weitere Schritte zur Reinigung des Produktstroms durchgeführt, insbesondere eine Virusinaktivierung, Neutralisation, optional eine weitere BioBurden-Reduzierung (mit Sterilfilter). Angesichts der hohen Qualitätsstandards bei der Herstellung von Biopharmazeutika folgen üblicherweise darüber hinaus weitere Schritte: Chromatographische Zwischen- und Feinreinigung, BioBurden Reduzierung z.B. mit Sterilfilter, Virenfiltration sowie Pufferaustausch und bevorzugt Konzentrierung. Downstream, such a process usually includes the steps of cell separation or the separation of cell fraction components, buffer or media exchange, preferably with concentration, bioburden reduction, preferably with a sterile filter, and capture chromatography. Usually, further steps are carried out to clean the product stream, in particular virus inactivation, neutralization, optionally further BioBurden reduction (with sterile filter). Given the high quality standards in the production of biopharmaceuticals, further steps usually follow: chromatographic intermediate and fine cleaning, bioburden reduction, e.g. with sterile filters, virus filtration as well as buffer exchange and, preferably, concentration.
Um in der Proteinaufreinigung von monoklonalen Antikörpern (mAb) eine hohe Reinheit zu gewährleisten, werden üblicherweise drei aufeinander folgende Chromatographie-Schritte praktiziert. Im ersten Schritt der Aufreinigung soll der mAb in größtmöglicher Ausbeute aus dem verunreinigten Überstand isoliert werden (Capture). Stand der Technik ist die Aufreinigung über die Affinitätschromatographie. Die Antikörper verfügen über eine Region, die spezifisch an Protein A bindet. Die Protein A Chromatographie erreicht hohe Ausbeuten (>90%) und ein Großteil der Verunreinigungen, Wirtzell-Proteine (host cell proteins, HCP) und DNA, werden hier schon abgetrennt. In diesem Schritt erfolgt zumeist auch die erste Virusinaktivierung. Die Elution erfolgt durch Reduzierung des pH-Wertes (< 3). Bevor das Eluat wieder neutralisiert wird, wird es über einen längeren Zeitraum auf niedrigem pH-Wert gehalten, um die Virusinaktivierung durchzuführen. In order to ensure high purity in the protein purification of monoclonal antibodies (mAb), three consecutive chromatography steps are usually practiced. In the first step of the purification, the mAb should be isolated from the contaminated supernatant in the highest possible yield (capture). The state of the art is purification using affinity chromatography. The antibodies have a region that specifically binds to protein A. Protein A chromatography achieves high yields (>90%) and a large part of the impurities, host cell proteins (HCP) and DNA, are already separated here. The first virus inactivation usually occurs in this step. Elution occurs by reducing the pH value (< 3). Before the eluate is neutralized again, it is kept at a low pH value for a longer period of time in order to carry out virus inactivation.
Aufgrund des meist großen Batchvolumens (>2000 L) werden dafür auch großvolumige Chromatographie-Säulen benötigt (Durchmesser> 1 m). Das Chromatographie-Gel macht dabei einen signifikanten Anteil der Produktionskosten aus. Die Verwendung von Protein A kann auch problematisch für die Produktqualität sein. Aus Sicht der geforderten Qualitätsattribute ist Protein A auch ein wichtiger Aspekt. Es kann sich aus dem Material lösen und findet sich dann im Eluat. Due to the usually large batch volume (>2000 L), large-volume chromatography columns are also required (diameter> 1 m). The chromatography gel accounts for a significant portion of the production costs. The use of Protein A can also be problematic for product quality. From the perspective of the required quality attributes, Protein A is also an important aspect. It can dissolve from the material and is then found in the eluate.
Im Bereich der Chromatographie gibt es Bestrebungen eine kontinuierliche Prozessführung zu gewährleisten. Bekannte Methoden dafür sind die Simulated Moving Bed Chromatography (SMBC) oder die Periodic Counter Current Chromatography (PCCC). Diese Methoden ahmen eine kontinuierliche Prozessführung nach, in dem mehrere Säulen seriell miteinander verschaltet sind. Der Produktstrom bleibt stets diskontinuierlich. In the field of chromatography, there are efforts to ensure continuous process control. Well-known methods for this are Simulated Moving Bed Chromatography (SMBC) or Periodic Counter Current Chromatography (PCCC). These methods imitate a continuous process control in which several columns are connected to each other in series. The product flow always remains discontinuous.
WO 2012/078677 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von biopharmazeutischen Produkten durch Chromatographie und deren Integration in eine Produktionsanlage, insbesondere in eine Einweganlage. Insbesondere beschreibt die WO 2012/078677 die Verwendung von Behältern (=Bags) zwischen in Reihe geschalteten Einheiten. WO 2012/078677 describes a method and a system for the continuous production of biopharmaceutical products by chromatography and their integration into a production system, in particular into a disposable system. In particular, WO 2012/078677 describes the use of containers (=bags) between units connected in series.
WO 2014/137903 beschreibt eine Lösung für die integrierte kontinuierliche Herstellung einer Proteinsubstanz in einer Produktionsanlage, die Kolonnen zur Durchführung der Produktionsschritte umfasst, die in Reihe geschaltet sind. WO 2014/137903 offenbart, dass der Produktstrom im kontinuierlichen Prozess idealerweise so gesteuert wird, dass möglichst jeder Schritt oder jede Einheit gleichzeitig mit einer ähnlichen Zuführungsrate läuft, um die Produktionszeit zu minimieren. WO 2014/137903 offenbart den Einsatz von Behältern zwischen aufeinanderfolgenden Einheiten, die den Produktstrom für eine gewisse Zeit aufnehmen können. WO 2014/137903 describes a solution for the integrated continuous production of a protein substance in a production plant that includes columns for carrying out the production steps that are connected in series. WHERE 2014/137903 discloses that the product flow in the continuous process is ideally controlled so that, if possible, each step or unit runs simultaneously at a similar feed rate in order to minimize production time. WO 2014/137903 discloses the use of containers between successive units that can accommodate the product flow for a certain time.
EP 3 093 335 A1 beschreibt eine modular aufgebaute Produktionsanlage zur kontinuierlichen Herstellung bzw. Aufbereitung von biopharmazeutischen Produkten und ein computerimplementiertes Verfahren zur Prozesssteuerung der modular aufgebauten Anlage. Gemäß EP 3 093 335 A1 kann ein Modul bzw. eine Unit nur semi-kontinuierlich betrieben werden, wenn das Betreiben des Moduls den Wechsel eines Elements zur Durchführung des Schrittes voraussetzt. EP 3 093 335 A1 describes a modular production system for the continuous production or preparation of biopharmaceutical products and a computer-implemented method for process control of the modular system. According to EP 3 093 335 A1, a module or a unit can only be operated semi-continuously if operating the module requires changing an element to carry out the step.
Nachteile der bekannten kontinuierlichen bzw. semikontinuierlichen Systeme sind dass diese Systeme nur kurze Prozess-Laufzeiten von wenigen Stunden gewährleisten können. Die Systeme können in der Regel nicht während des Prozesses geöffnet und wieder in den Ur-Zustand rücküberführt werden und erlauben deshalb keine In-Process Maintenance. Es sind entweder unsterile Multiuse Systeme oder sind voll sterilisierbare Single-Use Systeme (Agilitech). The disadvantages of the known continuous or semi-continuous systems are that these systems can only guarantee short process times of a few hours. The systems generally cannot be opened during the process and returned to their original state and therefore do not allow in-process maintenance. They are either non-sterile multi-use systems or are fully sterilizable single-use systems (Agilitech).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung basiert unter anderem auf der Entwicklung von Tandem-Abtrennungsmodulen, die zur Anwendung einer Vorrichtung mit einem real kontinuierlichen Produktstrom geeignet sind und sowohl betrieben als auch gewartet werden, ohne den Massenfluss zu unterbrechen. Ferner basiert die Erfindung auf geeigneten Steuerungs- und Überwachungskonzepten für einen voll automatisierten Betrieb, die beispielsweise über erfindungsgemäße Pumpenmodule den Produktstrom steuern und einen kontinuierlichen Produktstrom gewährleisten, ohne den Einsatz von Behältern zwischen aufeinanderfolgenden Modulen. Folglich betrifft die die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, wobei die Vorrichtung einen modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen aufweist, wobei die Module mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, mindestens ein Pumpenmodul, und mindestens ein Dosierungsmodul umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass vom ersten bis zum letzten Modul ein ununterbrochener kontinuierlicher Produktstrom ermöglicht wird. The present invention is based, among other things, on the development of tandem separation modules that are suitable for using a device with a truly continuous product flow and can be both operated and maintained without interrupting the mass flow. Furthermore, the invention is based on suitable control and monitoring concepts for fully automated operation, which, for example, control the product flow via pump modules according to the invention and ensure a continuous product flow without the use of containers between successive modules. Consequently, according to a first aspect, the invention relates to a device for the continuous purification of a biotechnological product, the device having a modular structure with individual modules connected to one another, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, characterized in that the device is designed in such a way that an uninterrupted, continuous product flow is made possible from the first to the last module.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Tandem- Abtrennungsmodul zur Verwendung in einem Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass das Tandem-Abtrennungsmodul zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten, ausgewählt aus Filter und Chromatographie-Säulen, in Parallelschaltung umfasst, wobei die zwei Durchflussabtrennungseinheiten alternierend mit dem Produktstrom verbindbar sind, und wobei das Tandem-Abtrennungsmodul mindestens einen Drucksensor aufweist, die mit der Steuerung des Moduls verbunden sind, und besonders bevorzugt sterilisierbar ausgestaltet ist. According to a second aspect, the invention relates to a tandem separation module for use in a process for the continuous purification of a biotechnological product, characterized in that the tandem separation module comprises two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, connected in parallel, the two Flow separation units can be alternately connected to the product stream, and wherein the tandem separation module has at least one pressure sensor, which is connected to the control of the module, and is particularly preferably designed to be sterilizable.
Über ein optional enthaltenes erfindungsgemäßes Probenentnahmemodul wird eine Probeentnahme ohne Massenflussunterbrechung erreicht. Using an optionally included sampling module according to the invention, sampling is achieved without interrupting the mass flow.
Folglich betrifft die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein Probenentnahmemodul zur Verwendung in einem Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, ausgestaltet ist, um eine Probe aus einem kontinuierlichen System zu entnehmen, ohne dabei den Produktstrom zu unterbrechen, wobei das Probenentnahmemodul bevorzugt einen Probenaufnahmebehälter und einen Pufferbehälter, die mit dem Produktstrom simultan verbindbar angeordnet sind, umfasst, so dass gleichzeitig und in gleichen Maße Flüssigkeit aus dem Produktstrom in den Probenaufnahmebehälter und Puffer aus dem Pufferbehälter in den Produktstrom fließen kann. Consequently, according to a third aspect, the invention relates to a sampling module for use in a method for the continuous purification of a biotechnological product, which is designed to remove a sample from a continuous system without interrupting the product flow, wherein the sampling module preferably has a sample receiving container and a Buffer containers, which are arranged to be simultaneously connectable to the product stream, so that liquid can flow from the product stream into the sample receiving container and buffer from the buffer container into the product stream at the same time and to the same extent.
Zur Ausgestaltung der Vorrichtung sind die einzelne Module bevorzugt zu Einrichtungen zusammengefasst, die für die Durchführung der einzelnen Schritte des Aufreinigungsverfahren geeignet sind, beispielsweise eine DNA- Abtrennungseinrichtung, eine Proteinabtrennungseinrichtung, eine Konzentrierungseinrichtung, oder eine Umpufferungseinrichtung, eine Resolubilisierungseinrichtung. To design the device, the individual modules are preferably combined into devices that are used to carry out the individual steps of the purification process are suitable, for example a DNA separation device, a protein separation device, a concentration device, or a rebuffering device, a resolubilization device.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts in einer Vorrichtung mit einem modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen, wobei die Module mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, mindestens ein Pumpenmodul, und mindestens ein Dosierungsmodul umfassen, umfassend die folgenden Schritte: According to a fourth aspect, the invention relates to a method for the continuous purification of a biotechnological product in a device with a modular structure with individual interconnected modules, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, comprising the following Steps:
- kontinuierliches Zuführen eines das biotechnologische Produkt und Verunreinigungen enthaltenden Produktstroms zu einer ersten Aufreinigungseinrichtung der Vorrichtung, wobei die Einrichtung mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, gegebenenfalls mindestens ein Dosierungsmodul und gegebenenfalls ein Durchmischungsmodul umfasst;- continuously feeding a product stream containing the biotechnological product and impurities to a first purification device of the device, the device comprising at least one tandem separation module, optionally at least one dosing module and optionally a mixing module;
- ununterbrochener kontinuierlicher Transport des Produktstroms von einem Modul der Aufreinigungseinrichtung zum Nächsten, - uninterrupted, continuous transport of the product stream from one module of the purification device to the next,
- kontinuierliches Ausgeben des Produktstroms mit reduzierten Verunreinigungen aus der Einrichtung. - Continuous output of the product stream with reduced impurities from the facility.
FIGUREN CHARACTERS
Fig. 1 zeigt schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Tandem- Abtrennungsmodule: A) ein Tandem-Tangentialfluss-Filtration (TFF) Modul, umfassend zwei parallel geschaltete TFF; B) ein Tandem- Dead- End-Filter-Modul, umfassend zwei parallel geschaltete Dead-End-Filter. 1 shows schematic representations of the tandem separation modules according to the invention: A) a tandem tangential flow filtration (TFF) module, comprising two TFFs connected in parallel; B) a tandem dead-end filter module comprising two dead-end filters connected in parallel.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßenFig. 2 shows a schematic representation of the invention
Dosierungsmoduls. dosage module.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fig. 3 shows a schematic representation of the invention
Probenentnahmemoduls. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Durchmischungsmoduls. Sampling module. Fig. 4 shows a schematic representation of the mixing module according to the invention.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung und Aufreinigung von Antikörpern. Die einzelnen Module sind benannt und Module der gleichen Art in der Reihenfolge, in der sie im Prozess zum Einsatz kommen, fortlaufend nummeriert. Gleiche Nummern bei Pumpen geben die Zugehörigkeit zu einem gemeinsamen Pumpenmodul an. Fig. 5 shows a flow chart of a device according to the invention for producing and purifying antibodies. The individual modules are named and modules of the same type are numbered consecutively in the order in which they are used in the process. Same numbers on pumps indicate that they belong to a common pump module.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung und Aufreinigung von Antikörpern, aufgrund der Übersichtlichkeit aufgeteilt auf die Abschnitte A-F. Die Vorrichtung umfasst angebunden an den Bioreaktor eine Zellabtrennungseinrichtung enthaltend ein Tandem-TFF-Modul (Fig. 6 A); eine DNA- Abtrennungseinrichtung, enthaltend ein Dosierungsmodul (Fig. 6 A), ein Durchmischungsmodul, ein Tandem-Dead-End-Modul und ein Probennahme-Modul (Fig. 6 B); eine Proteinabtrennungseinrichtung, enthaltend ein Dosierungsmodul, zwei Durchmischungsmodule und ein Tandem-TFF-Modul (Fig. 6 C), eine Konzentrierungs- undFig. 6 shows a schematic representation of a device according to the invention for the production and purification of antibodies, divided into sections A-F for clarity. The device includes, connected to the bioreactor, a cell separation device containing a tandem TFF module (Fig. 6 A); a DNA separation device containing a dosing module (Fig. 6 A), a mixing module, a tandem dead-end module and a sampling module (Fig. 6 B); a protein separation device containing a dosing module, two mixing modules and a tandem TFF module (Fig. 6 C), a concentration and
Umpufferungseinrichtung, enthaltend ein Probennahmemodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem-TFF-Modul (Fig. 6 D); einer Virusinaktivierungseinrichtung, enthaltend ein Dosierungsmodul und ein Durchmischungsmodul (Fig. 6 E) Umpufferungseinrichtung, enthaltend ein Durchmischungsmodul (Fig. 6 F). Die Nummern an den Pumpen zeigen die Zugehörigkeit zu einem Pumpenmodul. Zu- und Abläufe der einzelnen Module sind gekennzeichnet sowie die Positionen von Volumenstrom- und Drucksensoren. Rebuffering device containing a sampling module, a mixing module and a tandem TFF module (Fig. 6 D); a virus inactivation device, containing a dosing module and a mixing module (Fig. 6 E). Rebuffering device, containing a mixing module (Fig. 6 F). The numbers on the pumps indicate which pump module they belong to. The inlets and outlets of the individual modules are marked as well as the positions of volume flow and pressure sensors.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Solubilisierung und Aufreinigung von Inclusion Bodies. Die einzelnen Module sind benannt und Module der gleichen Art in der Reihenfolge, in der sie im Prozess zum Einsatz kommen, fortlaufend nummeriert. Gleiche Nummern bei Pumpen geben die Zugehörigkeit zu einem gemeinsamen Pumpenmodul an. 7 shows a flow chart of a device according to the invention for solubilizing and purifying inclusion bodies. The individual modules are named and modules of the same type are numbered consecutively in the order in which they are used in the process. Same numbers on pumps indicate that they belong to a common pump module.
Fig. 8 zeigt eine Fotografie eines zusammengebauten Probenahmesystem mit alle Anschlüssen. Bauteile und Anschlüsse sind in der Figur beschriftet. Figure 8 shows a photograph of an assembled sampling system with all connections. Components and connections are labeled in the figure.
Fig. 9 zeigt den Transmembran- und Axial-Druck von zwei zusammengeschalteten TFF-Modulen über den Prozesslauf hinweg. Druckanstieg deutet auf Fouling der Membran hin. Umschalten auf zweiten Filter führt zu einem Druckabfall. In der ersten Stufe erfolgten sechs Umschaltungen in der zweiten Stufe zwei. Figure 9 shows the transmembrane and axial pressure of two interconnected TFF modules over the process run. Increase in pressure indicates fouling of the membrane. Switching to the second filter results in a pressure drop. There were six switches in the first stage and two in the second stage.
Fig. 10 zeigt die Prozessentwicklung für CaCl2- und PEGeooo-Fällungsschritte. A) Konzentration der löslichen hcDNA bei steigenden CaCI2- Konzentrationen (0-350 mM). B, C, D) Ausbeute der Trastuzumab- Fällung, Konzentration der löslichen hcDNA, Konzentration der löslichen HCPs mit (weiße Kreise, gestrichelte Linie) oder ohne (schwarze Kreise, durchgezogene Linie) CaCO-Vorbehandlung des Zellkulturüberstands bei steigenden Konzentrationen von PEGeooo (0-15 % w/w). Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichung von dreifachen Bestimmungen dar. Fig. 10 shows the process development for CaCl2 and PEGeooo precipitation steps. A) Concentration of soluble hcDNA with increasing CaCl2 concentrations (0-350 mM). B, C, D) Trastuzumab precipitation yield, concentration of soluble hcDNA, concentration of soluble HCPs with (white circles, dashed line) or without (black circles, solid line) CaCO pretreatment of the cell culture supernatant at increasing concentrations of PEGeooo (0 -15% w/w). The error bars represent the standard deviation of triplicate determinations.
Fig. 11 zeigt Screening und Test von Tiefenfiltern zur Entfernung von ausgefällter hcDNA nach Zugabe von 100 mM CaCL-Endkonzentration zum Zellkulturüberstand. A) Screening von Tiefenfiltern bei einer volumetrischen Belastung von 250 L/m2. B) Langzeittest für den Tiefenfilter Ertelalsop B4E7 für den Einsatz in einem kontinuierlichen Prozess. Sowohl das Screening als auch der Langzeittest wurden bei einer Durchflussmenge von 1 ,7 mL/min (40 LMH) durchgeführt. Figure 11 shows screening and testing of depth filters to remove precipitated hcDNA after adding 100 mM CaCl final concentration to the cell culture supernatant. A) Screening of depth filters at a volumetric load of 250 L/m2. B) Long-term test for the Ertelalsp B4E7 depth filter for use in a continuous process. Both the screening and the long-term test were carried out at a flow rate of 1.7 mL/min (40 LMH).
Fig. 12 zeigt Experimente zum kritischen Flux von Hohlfasermodulen, die im Recycling-Modus bei einer Scherrate von 1600 s-1 und einer Konzentration an ausgefällten monoklonalen Antikörpern von 5 g/L in 18 % PEGeooo, 100 mM MOPS-Puffer, pH 7,0 durchgeführt wurden. Porengröße und Innendurchmesser (ID) für jedes Modul sind in der Legende der Abbildung angegeben, ebenso wie der maximale kritische Fluss (LMH). Die Module Nr. 1 , Nr. 2 und Nr. 3 hatten eine Pfadlänge von 30 cm. Nur Modul #4 hatte eine Weglänge von 20 cm. Fig. 12 shows experiments on the critical flux of hollow fiber modules in recycling mode at a shear rate of 1600 s-1 and a concentration of precipitated monoclonal antibodies of 5 g/L in 18% PEGeooo, 100 mM MOPS buffer, pH 7. 0 were carried out. Pore size and inner diameter (ID) for each module are indicated in the figure legend, as is the maximum critical flow (LMH). Modules #1, #2 and #3 had a path length of 30 cm. Only module #4 had a path length of 20 cm.
Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm des integrierten Perfusions-Capture-Aufbaus. Der geklärte Zellkulturüberstand aus dem Perfusionsbioreaktor- Zellrückhaltegerät (TFF) wird zwei aufeinander folgenden Fällungsstufen (CaCO bzw. PEGeooo) unterzogen, die durch eine Tiefenfiltrationsstufe voneinander getrennt sind. Der ausgefällte Antikörper wird in der ersten Stufe der TFF konzentriert und zur zweiten Stufe der TFF geleitet, wo er durch Zugabe von frischem Puffer gewaschen, erneut konzentriert und als Präzipitat gesammelt wird. Figure 13 shows a flowchart of the integrated perfusion capture setup. The clarified cell culture supernatant from the perfusion bioreactor cell retention device (TFF) is subjected to two successive precipitation stages (CaCO or PEGeooo), which are separated from each other by a depth filtration stage. The precipitated antibody is concentrated in the first stage of TFF and passed to the second stage of TFF where it is washed by adding fresh buffer, reconcentrated and collected as a precipitate.
Fig. 14 zeigt das Konzentrationsprofil von Trastuzumab. Schwarze Kreise, durchgezogene Linie, Trastuzumab-Konzentrationsprofil im Abfluss am Ausgang der Abscheidungseinheit; schwarze Dreiecke, durchgezogene Linie und weiße Dreiecke, gestrichelte Linie, Trastuzumab- Konzentrationsprofil im Permeat von Stufe 1 bzw. Stufe 2 der TFF; blaue Kreise, blau gestrichelte Linie, Trastuzumab-Konzentrationsprofil am Ausgang der Abscheidungseinheit, berechnet mittels Massenbilanz auf der Grundlage des Perfusionstiters und der Verluste im Permeat der TFF. A) Stand-alone-Abscheidung, B) integrierte Perfusionsabscheidung. Figure 14 shows the concentration profile of trastuzumab. Black circles, solid line, trastuzumab concentration profile in the effluent at the exit of the capture unit; black triangles, solid line and white triangles, dashed line, trastuzumab concentration profile in permeate from stage 1 and stage 2 of TFF, respectively; blue circles, blue dashed line, trastuzumab concentration profile at the exit of the capture unit, calculated by mass balance based on the perfusion titer and losses in the permeate of the TFF. A) Stand-alone separation, B) integrated perfusion separation.
Fig. 15 zeigt die Bestimmung von Aggregaten und Monomeren (%), bezogen auf die Gesamtfläche, erhalten durch analytische Größenausschlusschromatographie für Zellkulturüberstand und wieder aufgelöste Trastuzumab-Proben, die während der Prozesse gewonnen wurden, inkubiert bei niedrigem pH-Wert für 1 Stunde (virale Inaktivierung). A) Aggregate und Monomere (%) für die eigenständige Erfassung über sieben Tage kontinuierlichen Prozesses. B) Aggregate und Monomere (%) für die integrierte Perfusionsabscheidung über acht Tage Prozessdauer. C) Aggregate und Monomere (%) für Zellkultur- Überstandsproben aus dem Perfusionsprozess über acht Tage Prozessintegration für die integrierte Perfusionserfassung. Figure 15 shows the determination of aggregates and monomers (%) based on total area obtained by analytical size exclusion chromatography for cell culture supernatant and redissolved trastuzumab samples obtained during the processes incubated at low pH for 1 hour (viral inactivation). A) Aggregates and monomers (%) for independent recording over seven days of continuous process. B) Aggregates and monomers (%) for integrated perfusion deposition over an eight-day process duration. C) Aggregates and monomers (%) for cell culture Supernatant samples from the perfusion process over eight days of process integration for integrated perfusion capture.
Fig. 16 zeigt die Konzentration (ppm) von hcDNA (A) und HCPs (B) für den Zellkulturüberstand, der als Ausgangsmaterial für das Stand-alone- Capture verwendet wurde (weißes Dreieck, gestrichelte Linie), für das aus dem Stand-alone-Capture gewonnene wiederaufgelöste Trastuzumab (weiße Kreise, gestrichelte Linie), für den Zellkulturüberstand aus dem mit der Capture-Einheit integrierten Perfusionsprozess (schwarze Dreiecke, durchgezogene Linie), für das aus dem integrierten Perfusions-Capture gewonnene wiederaufgelöste Trastuzumab (schwarze Kreise, durchgezogene Linie). Figure 16 shows the concentration (ppm) of hcDNA (A) and HCPs (B) for the cell culture supernatant used as starting material for the stand-alone capture (white triangle, dashed line), for the stand-alone -Capture obtained redissolved trastuzumab (white circles, dashed line), for the cell culture supernatant from the perfusion process integrated with the capture unit (black triangles, solid line), for the redissolved trastuzumab obtained from the integrated perfusion capture (black circles, solid line). ).
Fig. 17 zeigt die kumulative Verteilungsfunktion der Capture-Einheit, erhalten durch Salzimpulsinjektion (Rohrreaktor für Antikörperausfällung und zwei Stufen der TFF. Schwarze durchgezogene Linie, experimentelle Daten; orange gestrichelte Linie, gelbe gestrichelte Linie, schwarze gestrichelte Linie, theoretische kumulative Verteilungsfunktion, die durch Anwendung des Tank-in-Serien-Modells für eine Reihe von CSTRs von 1 , 5 bzw. 10 CSTRs erhalten wurde. Figure 17 shows the cumulative distribution function of the capture unit obtained by salt pulse injection (tubular reactor for antibody precipitation and two stages of TFF. Black solid line, experimental data; orange dashed line, yellow dashed line, black dashed line, theoretical cumulative distribution function shown by Application of the tank-in-series model for a series of CSTRs of 1, 5 and 10 CSTRs was obtained, respectively.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, wobei die Vorrichtung einen modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen aufweist, wobei die Module mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, mindestens ein Pumpenmodul, und mindestens ein Dosierungsmodul umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass vom ersten bis zum letzten Modul ein ununterbrochener kontinuierlicher Produktstrom ermöglicht wird. Der Begriff „Produktstrom" meint im Rahmen der Erfindung das Fluid aus einer heterogenen Zellkultur-Fluid-Mischung, welche das Produkt enthält, sowie das Ergebnis jeder anderen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, also das zwischen den einzelnen Modulen strömende Fluid des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei diese Produktströme unterschiedliche Konzentrationen und Reinheitsgrade aufweisen können. According to a first aspect, the invention relates to a device for the continuous purification of a biotechnological product, the device having a modular structure with individual modules connected to one another, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, characterized in that that the device is designed in such a way that an uninterrupted, continuous product flow is possible from the first to the last module. In the context of the invention, the term “product stream” means the fluid from a heterogeneous cell culture fluid mixture which contains the product, as well as the result of all other process steps of the process according to the invention, i.e. the fluid of the process according to the invention flowing between the individual modules, these Product streams can have different concentrations and degrees of purity.
Unter einem „kontinuierlichen Verfahren“ versteht man im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Durchführung von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten, bei dem der Ausgangsstrom eines vorgelagerten Schrittes einem nachgelagerten Schritt zugeführt wird. Der nachgeschaltete Schritt beginnt mit der Verarbeitung des Produktstroms, bevor der vorgeschaltete Schritt abgeschlossen ist. Typischerweise wird bei einem kontinuierlichen Prozess ein Teil des Produktstroms immer in der Produktionslinie befördert und als "kontinuierlicher Produktstrom" bezeichnet. In the context of the invention, a “continuous process” is understood to mean a process for carrying out at least two successive process steps, in which the output stream of an upstream step is fed to a downstream step. The downstream step begins processing the product stream before the upstream step is completed. Typically, in a continuous process, a portion of the product stream is always carried in the production line and is called a "continuous product stream."
Der Begriff "geschlossen" bedeutet im Rahmen der Erfindung die Fahrweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen modularen Anlage, welche so gefahren werden kann, dass das Produkt, welches mit diesem Verfahren und dieser modularen Anlage produziert und/oder aufbereitet wird, nicht an die Raumumgebung exponiert wird. In das erfindungsgemäße geschlossene Verfahren und die entsprechende erfindungsgemäße geschlossene modulare Anlage können von außen Materialien, Gegenstände, Puffer und dergleichen zugegeben werden, wobei aber diese Zugabe in einer solchen Weise erfolgt, dass eine Exposition des produzierten und/oder aufbereiteten Produktes an die Raumumgebung vermieden wird. In the context of the invention, the term “closed” means the operation of the method according to the invention and the modular system according to the invention, which can be operated in such a way that the product that is produced and/or processed using this method and this modular system does not leak into the room environment is exposed. In the closed process according to the invention and the corresponding closed modular system according to the invention, materials, objects, buffers and the like can be added from the outside, but this addition is carried out in such a way that exposure of the produced and / or processed product to the room environment is avoided .
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung in Module unterteilt. Diese Module haben jeweils eigene verfahrenstechnische Funktionen. Es ist möglich, einzelne Module auszutauschen, hinzuzufügen oder deren Reihenfolge zu ändern. In der Vorrichtung gibt es Verbindungsleitungen zwischen den verschiedenen Modulen der Vorrichtung. Die Module sind steril zusammenschließbar. Dabei können bevorzugt die Module durch Verschweißen oder durch aseptische Konnektoren wie Steam Thru Connectors®, oder Opta® SFT Sterilkonnektor miteinander verbunden werden. According to the invention, the device is divided into modules. These modules each have their own process engineering functions. It is possible to replace, add or change the order of individual modules. In the device there are connecting lines between the various modules of the device. The modules can be locked together in a sterile manner. The modules can preferably be welded or through aseptic connectors such as Steam Thru Connectors®, or Opta® SFT sterile connector.
Dieser ununterbrochene kontinuierliche Produktstrom wird durch eine geeignete Kombination der Module und eine Steuerung und Regelung der Fließgeschwindigkeit des Produktstroms von einem Modul zum nächsten erreicht. This uninterrupted continuous flow of product is achieved through an appropriate combination of modules and control and regulation of the flow rate of the product stream from one module to the next.
Die Vorrichtung ist gemäß einer Ausführungsform hinsichtlich eines automatischen Erreichens und Aufrechterhaltens eines Fließgleichgewichts des Produktstroms und/oder hinsichtlich einer Druckverteilung in der Vorrichtung selbstregulierend ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass bei laufendem Betrieb ohne Unterbrechung des Produktstroms Funktionselemente der Module gewartet oder ausgetauscht werden können. According to one embodiment, the device is designed to be self-regulating with regard to automatically achieving and maintaining a flow equilibrium of the product stream and/or with regard to pressure distribution in the device. According to one embodiment, the device is designed such that functional elements of the modules can be serviced or replaced during ongoing operation without interrupting the product flow.
Für die Automatisierung der Vorrichtung können alle Pumpenmotoren der Vorrichtung aufeinander angepasst und durch manuelle Stellwertvorgabe gesteuert werden. Dazu sind eine oder mehrere Pumpen in einem Pumpenmodul zusammengefasst. To automate the device, all pump motors of the device can be adapted to one another and controlled by manual control value specification. For this purpose, one or more pumps are combined in a pump module.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung weist das Pumpenmodul eine oder mehrere Pumpen und Volumenstromsensoren auf, die mit der Steuerung des Pumpenmoduls verbunden sind, und konstante Flussraten gewährleisten. Bevorzugt ist jede Pumpe mit einem zugeordneten Volumenstromsensor verbunden. Die Volumenstromsensoren sind besonders bevorzugt Ultraschallvolumenstromsensoren. Insbesondere handelt es sich um nicht-invasive Clamp- On Ultraschallsensoren, also Ultraschallsensoren, die an der Außenseite des Rohres angeklemmt werden (engl. ,clamp-on‘), wodurch kein Eingriff in den Produktstrom erforderlich ist. Gemäß einer Ausführungsform weist das Pumpenmodul einen Rahmen mit Halterungen für die einzelnen Pumpen und die Volumenstromsensoren auf. According to one embodiment of the device, the pump module has one or more pumps and volume flow sensors that are connected to the control of the pump module and ensure constant flow rates. Each pump is preferably connected to an assigned volume flow sensor. The volume flow sensors are particularly preferably ultrasonic volume flow sensors. In particular, these are non-invasive clamp-on ultrasonic sensors, i.e. ultrasonic sensors that are clamped to the outside of the pipe ('clamp-on'), which means that no intervention in the product flow is necessary. According to one embodiment, the pump module has a frame with holders for the individual pumps and the volume flow sensors.
Aufgabe des Pumpenmoduls ist es, über einen langen Prozesszeitraum konstante Flussraten zu gewährleisten. Die Pumpen eines Pumpenmoduls können aufeinander angepasst werden durch die Einstellung von einfachen linearen Beziehungen zwischen den Pumpen bezüglich der Pumprate (P) oder der erzeugten volumetrischen Flussrate. The task of the pump module is to ensure constant flow rates over a long process period. The pumps of a pump module can be adapted to each other by setting simple linear Relationships between pumps in terms of pumping rate (P) or volumetric flow rate produced.
Z.B.: P1 = P2+P3 or P1 = x*P E.g.: P1 = P2+P3 or P1 = x*P
Durch eine Rückkopplungsschleife wird gegebenenfalls die Pumpendrehzahl an die gewünschte Flussrate angepasst. Die verwendeten Pumpen können magnetisch gekoppelte Pumpen oder Peristaltikpumpen sein. Die Pumpen eines Pumpenmoduls sind insbesondere unterschiedlichen Einrichtungen der Vorrichtung zugeordnet. Jede Pumpe hat einen Zulauf und einen Ablauf, der über aseptische Konnektoren mit den zugeordneten Modulen bzw. den Verbindungsleitungen verbunden ist. If necessary, the pump speed is adjusted to the desired flow rate using a feedback loop. The pumps used can be magnetically coupled pumps or peristaltic pumps. The pumps of a pump module are in particular assigned to different devices of the device. Each pump has an inlet and an outlet, which are connected to the assigned modules or connecting lines via aseptic connectors.
Die eingestellten Flussraten bzw. Fließgeschwindigkeiten variieren regelmäßig von Verfahrensschritt zu Verfahrensschritt um jeweils das technisch/ökonomische Optimum für den Verfahrensschritt zu erreichen. Die Fließgeschwindigkeit kann im Bereich von 0,5 ml/min bis 100 ml/min liegen. Beispielsweise kann die Fließgeschwindigkeit bei 0,5 ml/min, 1 ,0 ml/min, 1 ,5 ml/min, 2,0 ml/min, 2,5 ml/min, 3,0 ml/min, 4,0 ml/min, 5,0 ml/min, 6,0 ml/min, 7,0 ml/min, 8,0 ml/min, 9,0 ml/min, 10,0 ml/min, 11 ,0 ml/min, 12,0 ml/min, 13,0 ml/min, 14,0 ml/min, 15,0 ml/min, 16,0 ml/min, 17,0 ml/min, 18,0 ml/min, 19,0 ml/min, 20,0 ml/min, 25,0 ml/min, 30,0 ml/min, 35,0 ml/min, 40,0 ml/min, 45,0 ml/min, 50,0 ml/min, 55,0 ml/min, 60,0 ml/min, 65,0 ml/min, 70,0 ml/min, 75,0 ml/min, 80,0 ml/min, 85,0 ml/min, 90,0 ml/min, 95,0 ml/min, oder 100 ml/min liegen. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Fließgeschwindigkeit während des gesamtenThe set flow rates or flow speeds vary regularly from process step to process step in order to achieve the technical/economic optimum for each process step. The flow rate can range from 0.5 ml/min to 100 ml/min. For example, the flow rate can be 0.5 ml/min, 1.0 ml/min, 1.5 ml/min, 2.0 ml/min, 2.5 ml/min, 3.0 ml/min, 4.0 ml/min, 5.0 ml/min, 6.0 ml/min, 7.0 ml/min, 8.0 ml/min, 9.0 ml/min, 10.0 ml/min, 11.0 ml /min, 12.0 ml/min, 13.0 ml/min, 14.0 ml/min, 15.0 ml/min, 16.0 ml/min, 17.0 ml/min, 18.0 ml/ min, 19.0 ml/min, 20.0 ml/min, 25.0 ml/min, 30.0 ml/min, 35.0 ml/min, 40.0 ml/min, 45.0 ml/min , 50.0 ml/min, 55.0 ml/min, 60.0 ml/min, 65.0 ml/min, 70.0 ml/min, 75.0 ml/min, 80.0 ml/min, 85.0 ml/min, 90.0 ml/min, 95.0 ml/min, or 100 ml/min. According to one embodiment, the flow rate is throughout
Verfahrens im Bereich von 1 ,0 ml/min bis 80 ml/min liegen. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Fließgeschwindigkeit während des gesamtenProcess in the range from 1.0 ml / min to 80 ml / min. According to one embodiment, the flow rate is throughout
Verfahrens im Bereich von 2,0 ml/min bis 60 ml/min liegen. Process range from 2.0 ml/min to 60 ml/min.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Module einzeln und unabhängig voneinander geregelt. Es besteht in diesem Fall keine Kommunikation zwischen den Modulen, um eine Fehlerfortpflanzung bzw. Fehlsteuerung zu vermeiden. Alternativ ist es auch möglich die Steuerung mit einem Advanced Process Control System zu verknüpfen. Dieses erlaubt eine Optimierung des Verfahrens und kann beispielsweise eine modelprädiktive Steuerung, eine Softsensorik und fortgeschrittene Real-time Spektroskopie-Verfahren ermöglichen. According to one embodiment, the modules are controlled individually and independently of one another. In this case there is no communication between the modules in order to avoid error propagation or incorrect control. Alternatively, it is also possible to link the control with an Advanced Process Control System. This allows the process to be optimized and can For example, model predictive control, soft sensor technology and advanced real-time spectroscopy methods are possible.
Unter Regelung im Sinne der Anwendung versteht man die Messung der zu beeinflussenden Größe (Regelgröße) und einen kontinuierlichen Vergleich mit dem gewünschten Wert (Sollwert). Entsprechend der Abweichung errechnet ein Regler eine Stellgröße, die so auf die Regelgröße einwirkt, dass sie die Abweichung minimiert und die Regelgröße ein gewünschtes Zeitverhalten annimmt. Dies entspricht einem geschlossenen Wirkungsablauf. Control in the application sense means the measurement of the variable to be influenced (controlled variable) and a continuous comparison with the desired value (setpoint). According to the deviation, a controller calculates a manipulated variable that acts on the controlled variable in such a way that it minimizes the deviation and the controlled variable assumes a desired time behavior. This corresponds to a closed sequence of effects.
Im Vergleich dazu bezeichnet Steuerung den Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Eingangsgrößen aufgrund systemeigener Gesetzmäßigkeiten die Ausgangsgrößen beeinflussen. Kennzeichnend für die Steuerung ist der offene Wirkungspfad oder ein geschlossener Wirkungspfad, bei dem die von den Eingangsgrößen beeinflussten Ausgangsgrößen nicht ständig und nicht wieder über dieselben Eingangsgrößen auf sich selbst einwirken. In comparison, control refers to the process in a system in which one or more input variables influence the output variables based on the system's own laws. The characteristic feature of the control is the open effect path or a closed effect path, in which the output variables influenced by the input variables do not constantly and do not act on themselves again via the same input variables.
Die einzelnen Module können direkt oder indirekt jeweils über ein geeignetes Kopplungselement, vorzugsweise steril, miteinander gekoppelt sein. The individual modules can each be coupled to one another directly or indirectly via a suitable coupling element, preferably sterile.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Tandem-Abtrennungsmodul zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten in Parallelschaltung, wobei die zwei Durchflussabtrennungseinheiten alternierend mit dem Produktstrom verbindbar sind. According to one embodiment, the tandem separation module comprises two identical flow separation units connected in parallel, wherein the two flow separation units can be connected alternately to the product stream.
Die Durchflussabtrennungseinheiten sind ausgewählt aus Filtern und Chromatographie-Säulen. Insbesondere handelt es sich um ein Tandem- Tangentialfluss-Filter (TFF) oder einen Tandem-Dead-End-Filter. Entsprechend werden die Module als Tandem-TFF-Modul oder Tandem-Dead-End-Filter-Modul bezeichnet. Bei der Tangentialflussfiltration wird die zu filtrierende Suspension parallel einer Membran oder eines Filtermediums gepumpt und das Permeat (auch Filtrat genannt) quer zur Fließrichtung abgezogen. Die aufgrund der turbulenten Strömung an der Filteroberfläche auftretenden Scherkräfte lassen sich in Abhängigkeit vom Volumenstrom variieren. Durch die hohe Geschwindigkeit wird weitgehend vermieden, dass sich ein Filterkuchen (Deckschicht oder Fouling) aus den abzutrennenden Feststoffpartikeln auf der Membran aufbaut. Er würde den Filtrationswiderstand und damit den Druckverlust über den Filter erhöhen, was die Filterleistung reduziert. The flow separation units are selected from filters and chromatography columns. In particular, it is a tandem tangential flow filter (TFF) or a tandem dead-end filter. Accordingly, the modules are referred to as tandem TFF modules or tandem dead-end filter modules. In tangential flow filtration, the suspension to be filtered is pumped parallel to a membrane or filter medium and the permeate (also called filtrate) is drawn off transversely to the direction of flow. The shear forces that occur on the filter surface due to the turbulent flow can be varied depending on the volume flow. The high speed largely prevents a filter cake (top layer or fouling) from building up on the membrane from the solid particles to be separated. It would increase the filtration resistance and thus the pressure loss across the filter, which reduces the filter performance.
Während beim Dead-End-Filter die abzuscheidenden Feststoffe als Filterkuchen gewonnen werden, kann in der Querstromfiltration der Feststoff nur soweit konzentriert werden, dass die Suspension noch pumpbar ist. Der rückgeführte Teil des Flüssigkeitsstroms wird Retentat genannt. While in the dead-end filter the solids to be separated are obtained as filter cakes, in cross-flow filtration the solids can only be concentrated to such an extent that the suspension can still be pumped. The returned portion of the liquid stream is called retentate.
Alternativ können Chromatographie-Säulen als Durchflussabtrennungseinheiten eingesetzt werden, die ein Chromatographieharz mit funktionellen Gruppen aufweisen, die nicht an das gewünschte biotechnologische Produkt binden. Stattdessen sollten die Chromatographie-Säulen Harze aufweisen die an die anzureichernden Verunreinigungen im Produktstrom binden. Alternatively, chromatography columns can be used as flow separation units that contain a chromatography resin with functional groups that do not bind to the desired biotechnological product. Instead, the chromatography columns should have resins that bind to the impurities to be enriched in the product stream.
Wichtig ist, dass die Tandem-Abtrennungsmodule keine Chromatographiesäulen aufweisen, die einen Elutionsschritt benötigen, da sonst keine kontinuierliche Prozessführung möglich ist. Insbesondere weist die gesamte Vorrichtung keine Abtrennungsmodule mit Elutionsschritt auf. It is important that the tandem separation modules do not have any chromatography columns that require an elution step, otherwise continuous process control is not possible. In particular, the entire device does not have any separation modules with an elution step.
Das Tandem-Abtrennungsmodul kann mindestens einen Drucksensor enthalten. Drucksenoren sind vorzugsweise mit der Steuerung der Vorrichtung oder des Moduls verbunden. Über den Drucksensor kann die Beladung des Filters oder der Chromatographiesäule gemessen werden. The tandem separation module can contain at least one pressure sensor. Pressure sensors are preferably connected to the control of the device or module. The load on the filter or chromatography column can be measured using the pressure sensor.
Das Tandem-Abtrennungsmodul ist so aufgebaut, dass es eine sterile Parallelschaltung der Durchflussabtrennungseinheiten (Filter oder Chromatographie) gewährleistet. Das Modul kann aus Edelstahl bestehen und somit bei 121 °C und 1.1 bar bedampft werden. Das Modul umfasst vorzugsweise ein Sterilization-In-Place (SIP) System. Dadurch ist das Modul vollständig sterilisiert. Sobald eine Durchflussabtrennungseinheit ausgetauscht werden muss, kann die Steuerung automatisch auf die zweite Einheit schalten. Die erste Durchflussabtrennungseinheit kann gewaschen und entnommen werden. Ein gegebenenfalls vorab sterilisierter Filter oder eine gegebenenfalls vorab sterilisierte Chromatographie-Säule wird dann als Ersatz in die ersteThe tandem separation module is designed to ensure sterile parallel connection of the flow separation units (filter or chromatography). The module can be made of stainless steel and can therefore be steamed at 121 °C and 1.1 bar. The module preferably includes a Sterilization-In-Place (SIP) system. This means the module is completely sterilized. As soon as a flow separation unit needs to be replaced, The control can automatically switch to the second unit. The first flow separation unit can be washed and removed. An optionally pre-sterilized filter or an optionally pre-sterilized chromatography column is then inserted into the first as a replacement
Durchflussabtrennungseinheit eingesetzt. Anschließend kann ein Sterilisationsschritt erfolgen, in dem die während des Austauschs offenen Flüssigkeitsleitungen sterilisiert und optional zusätzliche die Durchflussabtrennungseinheit werden. Danach kann die Einheit mit Puffer befüllt werden und in den Hauptstrom geschaltet werden, wenn die parallele Einheit des Moduls vorzugsweise ausgetauscht werden muss. Flow separation unit used. A sterilization step can then take place in which the liquid lines that are open during the exchange are sterilized and optionally additionally become the flow separation unit. The unit can then be filled with buffer and switched to the main stream if the module's parallel unit preferably needs to be replaced.
Zur Überwachung der Sterilisation kann das Tandem-Abtrennungsmodul einen Temperatursensor aufweisen. Die Steuerung der Ventile erfolgt automatisch. To monitor sterilization, the tandem separation module can have a temperature sensor. The valves are controlled automatically.
Das Tandem-Dead-End-Filter-Modul ist in Fig. 1 B dargestellt. Es ist das am wenigstens komplexe Tandem-Abtrennungsmodul, da es keinen Retentat-Ablauf umfasst und die Überwachung und Steuerung des Systems wenig komplex ausfällt. Das System kann mittels Drucksensoren überwacht werden, also über den Eingangs-Druck pf oder den Differential-Druck Ap = pf / PR. Bei Druckanstieg über einen Schwellenwert, z.B. 2 bar Eingangsdruck, kann die Steuerung automatisch auf die parallele Einheit schalten. The tandem dead-end filter module is shown in Figure 1B. It is the least complex tandem separation module because it does not include a retentate process and the monitoring and control of the system is not very complex. The system can be monitored using pressure sensors, i.e. via the input pressure pf or the differential pressure Ap = pf / PR. If the pressure rises above a threshold value, e.g. 2 bar inlet pressure, the control can automatically switch to the parallel unit.
Das Tandem-Chromatographie-Modul ist analog zu dem Tandem-Dead-End- Modul aufgebaut. Auch hier erfolgt eine Drucküberwachung, vorzugsweise eine Überwachung des Differentialdrucks. The tandem chromatography module is constructed analogously to the tandem dead-end module. Here too, pressure is monitored, preferably the differential pressure is monitored.
Das komplexeste Tandem-Abtrennungsmodul ist das Tandem-TFF-Modul (Fig. 1 A). Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Tandem-TFF-Modul Halterung für die Filter vorzugsweise mit einstellbaren Klammem, beispielsweise mit einer Länge im Bereich von 30 - 65 cm und einem Durchmesser im Bereich von Diameter ~ 0.5 - 5 cm. Das Tandem-TFF-Modul verfügt entweder über ein Clean- In-Place (CIP) System oder ein SIP System. Das Tandem-TFF-Modul verfügt über mindestens drei Drucksensoren, für den Zulauf, das Retentat und das Permeat. Bei einem SIP-System ist mindestens ein weiterer Drucksensor für den Dampfzulauf notwendig. The most complex tandem separation module is the tandem TFF module (Fig. 1 A). According to one embodiment, the tandem TFF module includes holders for the filters, preferably with adjustable clamps, for example with a length in the range of 30 - 65 cm and a diameter in the range of ~0.5 - 5 cm. The Tandem TFF module has either a Clean-In-Place (CIP) system or a SIP system. The tandem TFF module has at least three pressure sensors, for the inlet, the retentate and the permeate. With a SIP system, at least one additional pressure sensor is necessary for the steam supply.
Bei den Tangential-Filtern handelt es sich bevorzugt um Hohlfaserfilter oder Membranen. Diese können eine Fläche im Bereich von 100 cm2 - 900 cm2 aufweisen. Die Tangential-Filter verfügen über einen Zulauf und zwei Abläufe für Permeat und Retentat. The tangential filters are preferably hollow fiber filters or membranes. These can have an area in the range of 100 cm 2 - 900 cm 2 . The tangential filters have one inlet and two outlets for permeate and retentate.
Aufgrund der vorhandenen Retentat-Ablaufs werden mehr Ventile benötigt und gegebenenfalls eine Trennung der beiden Permeat-Abläufe notwendig (aufgrund des Sterilisation-Prozesses). Als Steuerungsgröße dient der Transmembran-Druck (TMP). Dieser ergibt sich aus den gemessenen Drücken des Zulaufs, des Retentats und des Permeats. Due to the existing retentate drain, more valves are required and a separation of the two permeate drains may be necessary (due to the sterilization process). The transmembrane pressure (TMP) serves as the control variable. This results from the measured pressures of the feed, the retentate and the permeate.
TMP = (pt + pr) / 2 +pP TMP = (pt + p r ) / 2 +p P
PF = Druck Zulauf pp = Druck Permeat PR= Druck Retentat PF = pressure inlet pp = pressure permeate PR= pressure retentate
Alternativ kann auch der Differentialdruck also der Quotient aus dem Zulaufdruck und dem Retentatdruck (PR) Ap = pt / PR die Steuerungsgröße sein. Der Schwellenwert für den Transmembran-Druck (TMP) liegt bei bis zu 2.5 bar und beim der Differentialdruck bei unterhalb von 2 bar. Alternatively, the differential pressure, i.e. the quotient of the inlet pressure and the retentate pressure (PR) Ap = pt / PR, can also be the control variable. The threshold value for the transmembrane pressure (TMP) is up to 2.5 bar and the differential pressure is below 2 bar.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Tandem-Abtrennungsmodul zur Verwendung in einem Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts bereit, das zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten, ausgewählt aus Filter und Chromatographie-Säulen, in Parallelschaltung umfasst, wobei die zwei Durchflussabtrennungseinheiten alternierend mit dem Produktstrom verbindbar sind, und wobei das Tandem- Abtrennungsmodul mindestens einen Drucksensor, der mit der Steuerung des Moduls verbunden ist, und besonders bevorzugt sterilisierbar ausgestaltet ist. Das Tandem-Abtrennungsmodul gemäß dem zweiten Aspekt ist insbesondere wie im ersten Aspekt beschrieben. According to a second aspect, the invention provides a tandem separation module for use in a process for the continuous purification of a biotechnological product, which comprises two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, connected in parallel, the two flow separation units being alternately connectable to the product stream are, and wherein the tandem separation module has at least one pressure sensor, which is connected to the control of the module, and is particularly preferably designed to be sterilizable. The tandem separation module according to the second aspect is in particular as described in the first aspect.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dosierungsmodul ausgebildet, um eine kontinuierliche Dosierung von Zugabestoffen zu gewährleisten. Das Dosierungsmodul kann einen Versorgungsbehälter und einen Zwischenbehälter aufweisen. Zwischen diesen ist bevorzugt eine Filtereinheit angeordnet. Diese ist vorteilhafterweise mit einem Drucksensor ausgestattet ist. According to one embodiment, the dosing module is designed to ensure continuous dosing of additives. The dosing module can have a supply container and an intermediate container. A filter unit is preferably arranged between these. This is advantageously equipped with a pressure sensor.
Aufgabe des Dosierungsmoduls (Fig. 2) ist es, eine kontinuierliche Dosierung von Puffern und anderen Lösungen (z.B.: Präzipitant) über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Das Modul besitzt einen großen Versorgungsbehälter mit einem Volumen von mindestens 40 I, bevorzugt mindestens 50 I, besonders bevorzugt mindestens 60 I, und einen kleineren Zwischenbehälter von weniger als 1 I, bevorzugt weniger als 800 ml, besonders bevorzugt von weniger als 500 ml. Sowohl beim Versorgungsbehälter als auch Zwischenbehälter handelt es sich bevorzugt um Beutel. Der Zwischenbehälter gewährleistet, dass es bei dem Austausch des Versorgungsbehälters zu keinen Unterbrechungen des Massenflusses kommt. Um die Sterilität des Systems zu wahren, kann eine Dead- End-Filter-Kapsel dem Zwischenbehälter vorgeschaltet sein, die mittels eines Drucksensors überwacht wird. Der Versorgungsbehälter kann gravimetrisch überwacht werden. The task of the dosing module (Fig. 2) is to ensure continuous dosing of buffers and other solutions (e.g. precipitant) over a long period of time. The module has a large supply container with a volume of at least 40 l, preferably at least 50 l, particularly preferably at least 60 l, and a smaller intermediate container of less than 1 l, preferably less than 800 ml, particularly preferably less than 500 ml. Both The supply container and the intermediate container are preferably bags. The intermediate container ensures that there are no interruptions in the mass flow when the supply container is replaced. In order to maintain the sterility of the system, a dead-end filter capsule can be installed upstream of the intermediate container, which is monitored using a pressure sensor. The supply container can be monitored gravimetrically.
Neben dem mindestens einen Tandem-Abtrennungsmodul, mindestens einem Pumpenmodul, und mindestens einem Dosierungsmodul weist die Vorrichtung bevorzugt mindestens ein Probenentnahmemodul und/oder oder ein Durchmischungsmodul auf. In addition to the at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, the device preferably has at least one sampling module and/or a mixing module.
Gemäß ist einer Ausführungsform ist das Durchmischungsmodul ausgebildet, um mehrere Teilströme mit einer geringen Verweilzeitverteilung zu vermischen. Die mittlere Verweilzeit berechnet als Quotient des Fluidvolumens im Reaktor zum austretenden Volumenstrom. Die mittlere Verweilzeit ist ein Maß dafür, wieviel Zeit die Reaktionsmasse im Mittel benötigt, um einen Reaktor zu durchströmen. Dabei können allerdings die effektiven Verweilzeiten einzelner Teilchen sehr unterschiedlich sein, wodurch sich eine Verweilzeitverteilung ergibt. According to one embodiment, the mixing module is designed to mix several partial streams with a low residence time distribution. The average residence time is calculated as the quotient of the fluid volume in the reactor to the exiting volume flow. The average residence time is a measure of how much time the reaction mass needs on average to flow through a reactor. Included However, the effective residence times of individual particles can be very different, which results in a residence time distribution.
Je nach durchzuführender Reaktion kann für das entsprechende Durchmischungsmodul eine für die Reaktion geeignete Verweilzeit über die Dimensionierung des Durchmischungsmoduls und Einstellung der Fließgeschwindigkeit definiert werden. Im Verfahren gemäß Beispiel 1 liegen die mittleren Verweilzeiten im Bereich von 5 min bis 60 min. Für eine homogene Umsetzung bzw. Vermischung soll die Varianz der Verweilzeit möglichst geringgehalten werden. Das Durchmischungsmodul weist bevorzugt einen Röhrenreaktor auf. Schon bei einer geringen Strömungsgeschwindigkeit von unter 3 ml/min ist die Varianz der Verweilzeit eines Röhrenreaktors mit einem Volumen von 2 L nur etwa halb so groß wie bei einem Rührkessel mit gleichem Volumen. Zudem kann bei höheren Fließgeschwindigkeiten die Varianz der Verweilzeit noch weiter reduziert werden. Bei einer Fließgeschwindigkeit von 7.5 ml/min ist die Varianz nur halb so groß wie bei etwa 3 ml/min. Bei dem Röhrenreaktor handelt es sich insbesondere um ein Schlauchsystem mit Mischeinsatz. Vorzugsweise ist das Durchmischungsmodul ein Einwegartikel. Depending on the reaction to be carried out, a residence time suitable for the reaction can be defined for the corresponding mixing module by dimensioning the mixing module and setting the flow rate. In the process according to Example 1, the average residence times are in the range from 5 minutes to 60 minutes. For a homogeneous reaction or mixing, the variance in the residence time should be kept as low as possible. The mixing module preferably has a tubular reactor. Even at a low flow rate of less than 3 ml/min, the variance in the residence time of a tubular reactor with a volume of 2 L is only about half as large as that of a stirred tank with the same volume. In addition, at higher flow speeds, the variance in residence time can be reduced even further. At a flow rate of 7.5 ml/min the variance is only half as large as at around 3 ml/min. The tubular reactor is, in particular, a hose system with a mixing insert. Preferably the mixing module is a disposable item.
Der Begriff "Einwegartikel" bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die entsprechenden produktberührenden Teile, insbesondere Apparate, Behälter, Filter und Verbindungselemente, zum einmaligen Gebrauch mit anschließender Entsorgung geeignet sind, wobei diese Behälter aus Kunststoff oder Metall bestehen können. Im Rahmen der Erfindung umfasst der Begriff auch wiederverwendbare Gegenstände, beispielsweise aus Stahl, die nur einmal im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden und danach nicht mehr im Verfahren verwendet werden. Solche gebrauchten Einwegartikel können dann im erfindungsgemäßen Verfahren auch als "disposabel“ oder "Single Use" Artikel bezeichnet werden ("SU-Technologie"). In the context of the invention, the term “disposable item” means that the corresponding parts that come into contact with the product, in particular apparatus, containers, filters and connecting elements, are suitable for single use with subsequent disposal, whereby these containers can be made of plastic or metal. In the context of the invention, the term also includes reusable objects, for example made of steel, which are only used once in the method according to the invention and are then no longer used in the method. Such used disposable items can then also be referred to as “disposable” or “single-use” items in the method according to the invention (“SU technology”).
Gemäß einer Ausführungsform weist das Durchmischungsmodul ein Spektrometer zur Bestimmung der volumetrischen Konzentration und/oder der Vermischungseffizienz auf. Das Durchmischungsmodul (Fig. 3) dient also dazu, mehrere Ströme optimal homogen zu vermengen bei geringst möglicher Verweilzeitverteilung. Es besteht die Möglichkeit der Anbindung von bis zu zwei Flusszellen, um mittels einer spektrometrischen Methode die Vermischungseffizienz, aber auch die volumentrische Konzentration (und damit auch die Proteinkonzentration) zu messen. Das Durchmischungsmodul hat vorzugsweise keine Steuerungsalgorithmen implementiert. Der Röhrenreaktor kann aus einem Schlauchsystem mit Mischeinsatz bestehen. Vorzugsweise ist das Durchmischungsmodul ein Einwegartikel. Das Durchmischungsmodul weist mindestens zwei Eingänge und mindestens einen Ausgang, bevorzugt zwei Ausgänge, auf. According to one embodiment, the mixing module has a spectrometer for determining the volumetric concentration and/or the mixing efficiency. The mixing module (Fig. 3) serves to mix several streams optimally and homogeneously with the lowest possible residence time distribution. It is possible to connect up to two flow cells in order to measure the mixing efficiency, but also the volumetric concentration (and thus also the protein concentration) using a spectrometric method. The mixing module preferably has no control algorithms implemented. The tubular reactor can consist of a hose system with a mixing insert. Preferably the mixing module is a disposable item. The mixing module has at least two inputs and at least one output, preferably two outputs.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Probenentnahmemodul ausgestaltet, um eine Probe aus dem kontinuierlichen System zu entnehmen, ohne dabei den Produktstrom zu unterbrechen. Gemäß einer Ausführungsform weist das Probenentnahmemodul einen Probenaufnahmebehälter und einen Pufferbehälter auf, die mit dem Produktstrom simultan verbindbar angeordnet sind, so dass gleichzeitig im gleichen Maße Flüssigkeit aus dem Produktstrom in den Probenaufnahmebehälter und Puffer aus dem Pufferbehälter in den Produktstrom fließen kann. According to one embodiment, the sampling module is designed to remove a sample from the continuous system without interrupting the product flow. According to one embodiment, the sampling module has a sample receiving container and a buffer container, which are arranged to be simultaneously connectable to the product stream, so that at the same time liquid can flow from the product stream into the sample receiving container and buffer can flow from the buffer container into the product stream to the same extent.
Aufgabe des Probenentnahmemoduls ist es, eine Probe aus einem kontinuierlichen System zu ziehen, ohne dabei den Massenfluss zu unterbrechen. Bei der Probenentnahme wird der Produktstrom weg von der Prozessrichtung in ein Probeentnahmegefäß umgelenkt. Simultan öffnet sich der Weg zu einem Pufferbehälter der den fehlenden Volumenstrom in der Hauptleitung in Prozessrichtung ersetzt. Nach erfolgter Probeentnahme dreht das Ventil wieder auf die Eingangsstellung und der Produktstrom fließt wieder in Prozessrichtung zum nächsten Modul. Der Füllstand des Pufferbehälters kann dabei gravimetrisch überwacht werden. Die Puffer-Flussrate kann über einen Ultraschall-Clamp-on- Sensor überwacht werden und die Pumpe über einen Feedback-Loop gesteuert werden. Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein zuvor beschriebenes Probenentnahmemodul bereit. The task of the sampling module is to take a sample from a continuous system without interrupting the mass flow. During sampling, the product flow is diverted away from the process direction into a sampling vessel. At the same time, the path to a buffer container opens which replaces the missing volume flow in the main line in the process direction. After the sample has been taken, the valve turns back to the input position and the product flow flows again in the process direction to the next module. The fill level of the buffer container can be monitored gravimetrically. The buffer flow rate can be monitored via an ultrasonic clamp-on sensor and the pump can be controlled via a feedback loop. According to a third aspect, the invention provides a previously described sampling module.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Durchführung mehrerer Aufreinigungsschritte ausgebildet. Dafür weist die Vorrichtung bevorzugt mehrere aus den Modulen aufgebaute Einrichtungen auf. According to one embodiment, the device is designed to carry out several purification steps. For this purpose, the device preferably has several devices constructed from the modules.
Ein Beispiel solch einer Einrichtung ist eine Zellaufschluss- bzw. Zellabtrennungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem-Abtrennungsmodul. Ein Beispiel solch einer Einrichtung ist eine DNA-Abtrennungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem- Abtrennungsmodul. Ein weiteres Beispiel solch einer Einrichtung ist eine Proteinabtrennungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem-Abtrennungsmodul. Ein weiteres Beispiel solch einer Einrichtung ist eine Konzentrierungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Tandem-Abtrennungsmodul. Ein weiteres Beispiel solch einer Einrichtung ist eine Umpufferungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem- Abtrennungsmodul. Ein weiteres Beispiel solch einer Einrichtung ist eine Resolubilisierungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Dosierungsmodul und ein Durchmischungsmodul. Ein weiteres Beispiel solch einer Einrichtung ist eine Virusinaktivierungseinrichtung. Diese enthält insbesondere ein Dosierungsmodul und ein Durchmischungsmodul. An example of such a device is a cell disruption or cell separation device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module. An example of such a device is a DNA separation device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module. Another example of such a device is a protein separation device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module. Another example of such a device is a concentration device. This contains in particular a tandem separation module. Another example of such a device is a buffering device. This contains in particular a dosing module, a mixing module and a tandem separation module. Another example of such a device is a resolubilization device. This contains in particular a dosing module and a mixing module. Another example of such a device is a virus inactivation device. This contains in particular a dosing module and a mixing module.
Aufgrund der modularen Bauweise kann die Vorrichtung in einfacher Weise für die Aufreinigung jeder Art von Proteinen oder Nukleinsäuren angepasst. Beispielsweise kann der Aufbau - wie in Beispiel 2 gezeigt - in einfacher Weise an die Aufreinigung von Proteinen aus Inclusion Bodies angepasst werden. Genau so können je nach Bedarf mehr Proteinaufreinigungseinrichtungen eingesetzt werden, um ggf. eine höhere Reinheit zu erreichen. Due to the modular design, the device can be easily adapted for the purification of any type of protein or nucleic acid. For example, the structure - as shown in Example 2 - can be easily adapted to the purification of proteins from inclusion bodies. In exactly the same way, more protein purification devices can be used as required in order to achieve higher purity if necessary.
Die Vorrichtung enthält vorzugsweise keine Zwischentanks zwischen den Modulen und/oder Einrichtungen. Ein Verzicht auf Zwischentank wird durch den dauerhaften Betrieb ohne Unterbrechung für den Austausch von Materialien, den Verzicht auf Aufreinigungsmodule, die einen Elutionsschritt erfordern, sowie geeigneten zueinanderpassende Fließgeschwindigkeiten der einzelnen Prozessabschnitte erreicht. The device preferably does not contain any intermediate tanks between the modules and/or devices. This eliminates the need for an intermediate tank Permanent operation without interruption for the exchange of materials, the elimination of purification modules that require an elution step, and suitable, matching flow velocities of the individual process sections are achieved.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts in einer Vorrichtung mit einem modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen, wobei die Module mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, mindestens ein Pumpenmodul, und mindestens ein Dosierungsmodul umfassen, umfassend die folgenden Schritte: According to a fourth aspect, the invention relates to a method for the continuous purification of a biotechnological product in a device with a modular structure with individual interconnected modules, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, comprising the following Steps:
- kontinuierliches Zuführen eines das biotechnologische Produkt und Verunreinigungen enthaltenden Produktstroms zur einer ersten Aufreinigungseinrichtung der Vorrichtung, wobei die Einrichtung mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, gegebenenfalls mindestens ein Dosierungsmodul und gegebenenfalls ein Durchmischungsmodul umfasst;- continuously feeding a product stream containing the biotechnological product and impurities to a first purification device of the device, the device comprising at least one tandem separation module, optionally at least one dosing module and optionally a mixing module;
- ununterbrochener kontinuierlicher Transport des Produktstroms von einem Modul der Aufreinigungseinrichtung zum Nächsten, und - uninterrupted, continuous transport of the product stream from one module of the purification device to the next, and
- kontinuierliches Ausgeben des Produktstroms mit reduzierten Verunreinigungen aus der Einrichtung. - Continuous output of the product stream with reduced impurities from the facility.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist das biotechnologische Produkt ein Protein oder eine Nukleinsäure. Das Protein kann ausgewählt sein aus einem Blutgerinnungsfaktor, einem Peptid-Hormon, einem Wachstumsfaktor, einem Interferon, einem Interleukin-Analogon, oder einem Impfstoff, oder einem Antikörper, bevorzugt Antikörper der Klassen lgG1-4, IgM und IgG, IgE, oder Derivaten davon. Das Protein kann ferner ein Protein zur Verwendung als Nahrungsmittel sein. Die Nukleinsäure kann ausgewählt sein aus DNA, RNA, wie Antisense-RNA, oder Antisense-Oligonukleotiden. According to one embodiment of the method, the biotechnological product is a protein or a nucleic acid. The protein can be selected from a blood clotting factor, a peptide hormone, a growth factor, an interferon, an interleukin analogue, or a vaccine, or an antibody, preferably antibodies of classes IgG1-4, IgM and IgG, IgE, or derivatives thereof . The protein may also be a protein for food use. The nucleic acid can be selected from DNA, RNA, such as antisense RNA, or antisense oligonucleotides.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren ohne Lagerung des Produktstroms in Zwischentanks realisiert und/oder ohne Elutionschromatographie ausgeführt. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Vorrichtung eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt. Gemäß einer Ausführungsform wird in der Aufreinigungseinrichtung eine Flow- Through-Chromatographie oder eine Proteinfällung gefolgt von einer Filtration, beispielsweise eine Dead-End- oder Tangentialfluss-Filtration, verwendet. According to one embodiment, the process is implemented without storing the product stream in intermediate tanks and/or carried out without elution chromatography. According to an embodiment of the method, the device is a device according to the first aspect. According to one embodiment, flow-through chromatography or protein precipitation followed by filtration, for example dead-end or tangential flow filtration, is used in the purification device.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Tandem-Abtrennungsmodul zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten, ausgewählt aus Filter und Chromatographie-Säulen, in Parallelschaltung und einen Drucksensor auf. Eine der beiden Durchflussabtrennungseinheiten steht mit dem Produktstrom in Verbindung und bei Überschreiten eines Schwellenwerts für den Druck als Maß für das Erreichen der Füllkapazität der Durchflussabtrennungseinheit, wird der Produktstrom auf die andere Durchflussabtrennungseinheit umgeschaltet. Diese Umschaltung kann automatisch erfolgen oder von einer Bestätigung des Operateurs der Anlage abhängig sein. Bei einem Tandem-TFF-Modul wird der Transmembrandruck (TMP), der Differentialdruck Ap = pt / PR und/oder der Druckanstieg bestimmt. Beim Tandem-Dead End-Modul Der Schwellenwert liegt für den TMP im Bereich von 2 bis 2,5 bar. Für den Differentialdruck liegt der Schwellenwert unterhalb von 2 bar. According to one embodiment, the tandem separation module has two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, connected in parallel and a pressure sensor. One of the two flow separation units is connected to the product stream and when a threshold value for the pressure is exceeded as a measure of reaching the filling capacity of the flow separation unit, the product stream is switched to the other flow separation unit. This switchover can occur automatically or depend on confirmation from the system operator. In a tandem TFF module, the transmembrane pressure (TMP), the differential pressure Ap = pt / PR and/or the pressure rise are determined. For the tandem dead end module, the threshold value for the TMP is in the range of 2 to 2.5 bar. For the differential pressure, the threshold value is below 2 bar.
Die Tandemoperation erlaubt das kontinuierliche Hin- und Herschalten zwischen den Einheiten (Tiefenfilter, Membranen, etc.) Durch die Drucküberwachung wird eine Überschreitung des kritischen Drucks verhindert und somit die kontinuierliche Operation ermöglicht (siehe auch Figur 9). Bei erhöhten Druck wird der Massenfluss auf die zweite Stufe gelenkt. Dadurch entsteht ein Druckabfall. Der Prozess wird dabei nicht gestoppt und läuft kontinuierlich weiter. Der Gleichgewichtszustand bleibt erhalten. The tandem operation allows continuous switching back and forth between the units (depth filters, membranes, etc.). The pressure monitoring prevents the critical pressure from being exceeded and thus enables continuous operation (see also Figure 9). At increased pressure, the mass flow is directed to the second stage. This creates a pressure drop. The process is not stopped and continues continuously. The state of equilibrium is maintained.
Beim Druckanstieg existiert kein konkreter Schwellenwert, sondern ein beispielsweise exponentieller Anstieg signalisiert das Erreichen der Füllkapazität. Als zusätzliche Sicherheitsfunktion kann in der Regel schon unterhalb des Schwellenwerts ein Alarmsignal ausgelöst werden. Dann kann die erste Durchflussabtrennungseinheit unter Sterilisation der Verbindungstücke gegen eine neue Durchflussabtrennungseinheit ausgetauscht werden. When the pressure increases, there is no specific threshold value, but rather an exponential increase, for example, signals that the filling capacity has been reached. As an additional safety function, an alarm signal can usually be triggered below the threshold value. Then the first flow separation unit can be exchanged for a new flow separation unit while sterilizing the connecting pieces.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden Zugabestoffe, wie der Präzipitant für die Fällung, über ein Dosierungsmodul dem Produktstrom zugeführt. Das Dosierungsmodul weist dabei einen Versorgungsbehälter und einen Zwischenbehälter auf, zwischen denen eine Filtereinheit angeordnet ist, die mit einem Drucksensor ausgestattet ist. Der Zwischenbehälter wird mit dem Produktstrom verbunden und gleichzeitig der Versorgungsbehälter vom Produktstrom getrennt, wenn der Versorgungsbehälter leer ist und/oder der Druck an der Filtereinheit einen Schwellenwert überschreitet. Druck an der Filtereinheit oberhalb des Schwellenwerts zeigt eine Kontamination des Dosierungsmoduls an. According to one embodiment of the method, additives, such as the precipitant for the precipitation, are fed to the product stream via a dosing module. The dosing module has a supply container and an intermediate container, between which a filter unit is arranged, which is equipped with a pressure sensor. The intermediate container is connected to the product stream and at the same time the supply container is separated from the product stream when the supply container is empty and/or the pressure at the filter unit exceeds a threshold value. Pressure at the filter unit above the threshold indicates contamination of the dosing module.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird über ein Probenentnahmemodul, umfassend einen Probenaufnahmebehälter und einen Pufferbehälter, eine Probe aus dem Produktstrom entnommen, ohne dabei den Produktstrom zu unterbrechen. Dabei werden der Probenaufnahmebehälter und der Pufferbehälter mit dem Produktstrom simultan verbunden, so dass gleichzeitig Flüssigkeit aus dem Produktstrom in den Probenaufnahmebehälter und im gleichen Maße Puffer aus dem Pufferbehälter in den Produktstrom fließt. According to one embodiment of the method, a sample is removed from the product stream via a sampling module, comprising a sample receiving container and a buffer container, without interrupting the product flow. The sample receiving container and the buffer container are connected to the product stream simultaneously, so that at the same time liquid flows from the product stream into the sample receiving container and to the same extent buffer flows from the buffer container into the product stream.
Der Hauptfluss kann über einen eigenhändig designten Zylinderhahn unter Beachtung der 3D Regel geregelt werden. Um das Probenentnahmemodul abzudichten wird beispielsweise ein O-Ring (D = 2 mm) und ein Stift in den Zylinderhahn integriert sowie Polytetrafluoroethylen (PTFE)-Dichtungen zwischen den Tri-Clamps eingestezt. The main flow can be regulated using a cylinder valve designed by yourself, taking into account the 3D rule. To seal the sampling module, for example, an O-ring (D = 2 mm) and a pin are integrated into the cylinder valve and polytetrafluoroethylene (PTFE) seals are inserted between the tri-clamps.
Die Sensoren dienen zur Überwachung des Druckes. Überschreitet der Druck den max. zulässigen Druck wird dies durch die Drucksensoren erkannt. Bei Einsatz des Probenentnahmemoduls in einem Anlagenprozess würde bei Überschreiten des Druckes ein Alarm ausgelöst werden. Der vorliegende Sampling loop ist für eine Probenahme von 2 ml geeignet. Der Vorteil dieser Konstruktion ist die Anpassung der Probemenge durch Ersetzen des Sampling loops durch einen längeren Sampling loop. The sensors are used to monitor the pressure. If the pressure exceeds the maximum permissible pressure, this is detected by the pressure sensors. If the sampling module is used in a system process, an alarm would be triggered if the pressure was exceeded. The present sampling loop is suitable for taking a sample of 2 ml. The advantage of this construction is that Adjust the sample amount by replacing the sampling loop with a longer sampling loop.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind alle in Modulen eingesetzten, produkt-berührten Einheiten oder Elemente keimreduziert. Der Begriff „keimreduziert" meint im Rahmen der Erfindung einen Zustand reduzierter Keimzahl, also einer Zahl an Mikroorganismen pro Flächen- oder Volumeneinheit von nahezu Null. Bevorzugt kann die Keimreduktionsmethode ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Gamma-Bestrahlung, Beta- Bestrahlung, Autoklavieren, Ethylenoxid (ETO)- Behandlung, Ozon-Behandlung (O3), Wasserstoffperoxid-Behandlung (H2O2) und Steam- in-place (SIP) Behandlung. In a further embodiment of the method according to the invention, all units or elements used in modules that come into contact with the product are germ-reduced. In the context of the invention, the term “germ-reduced” means a state of reduced germ count, i.e. a number of microorganisms per unit area or volume of almost zero. The germ reduction method can preferably be selected from the group consisting of gamma irradiation, beta irradiation, autoclaving, Ethylene oxide (ETO) treatment, ozone treatment (O3), hydrogen peroxide treatment (H2O2) and steam-in-place (SIP) treatment.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Aufreinigung einen oder mehrere der folgenden Schritte in dafür geeigneten Eirichtungen: Zellabtrennung, DNA-Abtrennung, Proteinabtrennung, Umpufferung, Proteinkonzentration und Virusinaktivierung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das biotechnologische Produkt ein Antikörper und das Verfahren umfasst jeden der genannten Schritte. Gemäß einer Ausführungsform der Antikörperaufreinigung liegt die Fließgeschwindigkeit in der Zell- Abtrennungseinrichtung im Bereich von 5 ml/min bis 10 ml/min, bevorzugt im Bereich von 6 ml /min bis 9 ml/min, besonders bevorzugt im Bereich von 6,5 ml Zmin bis 7,5 ml/min. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Fließgeschwindigkeit in der DNA-Abtrennungseinrichtung im Bereich von 5 ml/min bis 10 ml/min, bevorzugt im Bereich von 6 ml /min bis 9 ml/min, besonders bevorzugt im Bereich von 7 ml /min bis 8 ml/min. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Fließgeschwindigkeit in der Protein-Abtrennungseinrichtung im Bereich von 7 ml/min bis 14 ml/min, bevorzugt im Bereich von 8 ml /min bis 12 ml/min, besonders bevorzugt im Bereich von 9 ml /min bis 11 ml/min. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Fließgeschwindigkeit in der Umpufferungseinrichtung, der Konzentrierungseinrichtung und der Virusinaktivierungseinrichtung im Bereich von 0.5 ml/min bis 5,0 ml/min, bevorzugt im Bereich von 1 ,0 ml /min bis 3,0 ml/min, besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,0 ml /min bis 2,0 ml/min. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Fließgleichgewicht der kontinuierlichen Aufreinigung über einen Zeitraum von mindestens einer Woche, bevorzugt mindestens 4 Wochen, besonders bevorzugt mindestens 3 Monaten, vorzugsweise mindestens 6 Monaten aufrechterhalten. Eine derart lange Laufzeit von mehreren Wochen kontinuierlichem Betriebs wird ermöglicht durch den geschlossenen und keim reduzierten Betrieb der Vorrichtung, sowie die Möglichkeit der Wartung der einzelnen Module und den Matenalaustausch im laufenden Betrieb etwa durch den Einsatz der Tandem-Abtrennungsmodule mit Durchflusseinheiten. According to one embodiment of the method, the purification comprises one or more of the following steps in suitable devices: cell separation, DNA separation, protein separation, rebuffering, protein concentration and virus inactivation. In a preferred embodiment, the biotechnological product is an antibody and the method includes each of the steps mentioned. According to one embodiment of the antibody purification, the flow rate in the cell separation device is in the range from 5 ml/min to 10 ml/min, preferably in the range from 6 ml/min to 9 ml/min, particularly preferably in the range from 6.5 ml Zmin up to 7.5 ml/min. According to one embodiment, the flow rate in the DNA separation device is in the range from 5 ml/min to 10 ml/min, preferably in the range from 6 ml/min to 9 ml/min, particularly preferably in the range from 7 ml/min to 8 ml /min. According to one embodiment, the flow rate in the protein separation device is in the range from 7 ml/min to 14 ml/min, preferably in the range from 8 ml/min to 12 ml/min, particularly preferably in the range from 9 ml/min to 11 ml /min. According to one embodiment, the flow rate in the buffering device, the concentration device and the virus inactivation device is in the range from 0.5 ml/min to 5.0 ml/min, preferably in the range from 1.0 ml/min to 3.0 ml/min, particularly preferred in the range from 1.0 ml / min to 2.0 ml / min. According to one embodiment of the method, the steady state of the continuous purification is maintained over a period of at least one week, preferably at least 4 weeks, particularly preferably at least 3 months, preferably at least 6 months. Such a long running time of several weeks of continuous operation is made possible by the closed and germ-reduced operation of the device, as well as the possibility of maintaining the individual modules and exchanging materials during ongoing operation, for example through the use of tandem separation modules with flow units.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die kontinuierliche Aufreinigung mit einer kontinuierlichen Proteinherstellung gekoppelt. Die kontinuierliche Proteinherstellung kann in einem kontinuierlich betriebenen Bioreaktor durchgeführt werden. According to one embodiment of the method, the continuous purification is coupled with continuous protein production. Continuous protein production can be carried out in a continuously operated bioreactor.
BEISPIELE EXAMPLES
Beispiel 1 - Aufreinigung von monoklonalen Antikörpern (mAbs) aus Zellkulturüberständen Example 1 - Purification of monoclonal antibodies (mAbs) from cell culture supernatants
Die mAb-Aufreinigung kann aus den folgenden 6 Prozessschritten bestehen: mAb purification can consist of the following 6 process steps:
• Zellaufschluss bzw. Zellabtrennung • Cell disruption or cell separation
• DNA Abtrennung bzw. Fällung • DNA separation or precipitation
• (selektive) Protein Fällung • (selective) protein precipitation
• Konzentrierung • Concentration
• Waschen & Um puffern • Wash & Buffer
• Resolubilisierung • Resolubilization
• Neutralisation • Neutralization
Ein schematischer modularer Aufbau der Vorrichtung für die kontinuierliche Aufreinigung von monoklonalen Antikörpern ist in Fig. 6 dargestellt sowie als Flussdiagramm in Fig. 5. Die aus dem Bioreaktorprozess gewonnene Zellsuspension wird zunächst durch Filtration von den Zellen befreit (Zellabtrennungseinrichtung) und in die DNA- Abtrennungseinrichtung, enthaltend ein Dosierungsmodul, ein Rohrreaktor-Modul und ein Tandem-Dead-End-modul sowie Pumpen eines Pumpenmoduls überführt. A schematic modular structure of the device for the continuous purification of monoclonal antibodies is shown in Fig. 6 and as a flow chart in Fig. 5. The cell suspension obtained from the bioreactor process is first freed from the cells by filtration (cell separation device) and transferred to the DNA separation device, containing a dosing module, a tubular reactor module and a tandem dead-end module as well as pumps of a pump module.
Über das Dosierungsmodul wird aus einer CaCl2 Stock-Lösung die CaCL Konzentration im Produktstrom auf 100 mM eingestellt. Gegebenenfalls ist vorher die Addition einer minimalen Konzentration von Phosphat in den Überstand notwendig. Die Reaktionszeit der DNA-Fällung beläuft sich auf wenige Minuten. Eine optimale Mischung sowie die notwendige Verweilzeit, wird über die Länge des Rohrreaktor-Moduls erreicht. Das Präzipitat wird anschließend in dem Tandem Dead-End-Modul über Tiefenfilter (23 cm2 bis 250 cm2) abgetrennt. Über den Druck (max. 2 - 2.5 bar) wird System überwacht und bei Fouling des Filters automatisiert auf den zweiten Filter geschaltet. Der Filter kann ausgetauscht werden, die Wegstrecke bedämpft (121 °C, 1.1 bar) und wieder steril in das System eingefügt werden (Funktional geschlossenes System). The dosing module is used to adjust the CaCl concentration in the product stream to 100 mM from a CaCl2 stock solution. It may be necessary to add a minimal concentration of phosphate to the supernatant beforehand. The reaction time for DNA precipitation is a few minutes. An optimal mixture and the necessary residence time are achieved over the length of the tubular reactor module. The precipitate is then separated in the tandem dead-end module using depth filters (23 cm 2 to 250 cm 2 ). The system is monitored via the pressure (max. 2 - 2.5 bar) and automatically switched to the second filter if the filter fouls. The filter can be replaced, the path is dampened (121 °C, 1.1 bar) and reinserted into the system in a sterile manner (functionally closed system).
Die Proteinpräzipitation erfolgt in einer Proteinabtrennungseinrichtung, enthaltend ein Dosierungsmodul, für die Zugabe chaotroper Substanzen. Die mAb Fällung erfolgt bei einer PEGeooo (Polyethylenglycol) Konzentration von 12 - 15 Vol.-%. Auch diese Substanz wird aus einer ca. 50 Vol.-% Stocklösung über ein Dosierungsmodul hinzugefügt. Die Reaktionszeit dieser Fällung beträgt rund 20 min und die optimale Verweilzeit und Mischung wird wie im ersten Schritt über ein Rohrreaktor-Modul ermöglicht. The protein precipitation takes place in a protein separation device containing a dosing module for the addition of chaotropic substances. The mAb precipitation takes place at a PEGeooo (polyethylene glycol) concentration of 12 - 15% by volume. This substance is also added from an approx. 50 vol.% stock solution via a dosing module. The reaction time for this precipitation is around 20 minutes and, as in the first step, the optimal residence time and mixing is achieved via a tubular reactor module.
Die Konzentrierung (5-20-fach) erfolgt in einer Umpufferungseinrichtung mit einem Tandem TFF System. Dabei wird kontinuierlich Flüssigkeit entzogen und neues präzipitiertes Protein hinzugefügt. Auch hier wird über den Druck bzw. den Transmembran-Druck das System überwacht und bei erhöhtem Fouling der Membran (Druckanstieg) automatisiert auf den zweiten Filter geschaltet. Der nicht verwendete Filter kann ausgetauscht werden und die Wegstrecke bedampft und wieder steril in das System eingefügt werden (funktional geschlossenes System). Umpuffern bzw. Waschen des Präzipitats erfolgt in einer Umpufferungs- Einrichtung analog zur Konzentrierung außer, dass noch eine zusätzliche Leitung mit einem wässrigen Puffer (z.B.: 100 mM MOPS Puffer) an das TFF-System angeschlossen ist. Es wird ein Umpufferungsfaktor von 10 angestrebt, um das Präzipitat größtmöglich vom Überstand und den restlichen löslichen Medien und Zellkulturbestandteilen zu befreien. Auch hier wird das System über den Druck überwacht und weist die oben genannte Redundanz auf. The concentration (5-20 times) takes place in a buffering device with a tandem TFF system. Fluid is continuously removed and new precipitated protein is added. Here, too, the system is monitored via the pressure or transmembrane pressure and, if there is increased fouling of the membrane (pressure increase), it is automatically switched to the second filter. The unused filter can be replaced and the path can be steamed and reinserted into the system in a sterile manner (functionally closed system). Rebuffering or washing of the precipitate is carried out in a rebuffering device analogous to concentration, except that an additional line with an aqueous buffer (e.g.: 100 mM MOPS buffer) is connected to the TFF system. A rebuffering factor of 10 is aimed for in order to free the precipitate as much as possible from the supernatant and the remaining soluble media and cell culture components. Here too, the system is monitored via pressure and has the redundancy mentioned above.
Das Präzipitat wird im nächsten Schritt gelöst. Dies kann bei niedrigem pH (< 3,2) erfolgen. Die Reaktion selber benötigt nur eine kurze Verweilzeit kann aber auf 1 h verlängert werden um simultan eine Virusinaktivierung durchzuführen. Die optimale Durchmischung und Verweilzeit wird durch die Länge des Rohrreaktor- Moduls bestimmt. Im letzten Schritt wird die Lösung neutralisiert (pH = 7). The precipitate is dissolved in the next step. This can be done at low pH (<3.2). The reaction itself only requires a short residence time but can be extended to 1 h in order to simultaneously carry out virus inactivation. The optimal mixing and residence time is determined by the length of the tubular reactor module. In the last step the solution is neutralized (pH = 7).
Die Zugabe der einzelnen Lösungen erfolgt über die Dosierungs-Module. Alle Durchflüsse werden mit Flusssensoren überwacht und über die dazugehörigen Pumpen gesteuert. Das System befindet sich kontinuierlich im Fließgleichgewicht. Es gibt keine Zwischenbehälter, die sich negativ auf die Verweilzeit auswirken. The individual solutions are added via the dosing modules. All flows are monitored with flow sensors and controlled via the associated pumps. The system is continuously in equilibrium. There are no intermediate containers that have a negative impact on the residence time.
Beispiel 2 - Aufreinigung und Resolubilisierung von Inclusion Bodies Example 2 - Purification and resolubilization of inclusion bodies
Die Inclusion Body (IB) Aufreinigung und Resolubilisierung umfasst die folgenden Schritte: Inclusion Body (IB) purification and resolubilization includes the following steps:
• IB Solubilisierung • IB solubilization
• IB Refolding • IB refolding
• Proteinlösung umpuffern • Rebuffer protein solution
• Proteinlösung aufkonzentrieren • Concentrate protein solution
Ein schematischer modularer Aufbau der Vorrichtung für die kontinuierliche Prozessierung von Inclusion Bodies ist in Fig. 7 dargestellt. A schematic modular structure of the device for the continuous processing of inclusion bodies is shown in FIG.
IBs, auch Einschlusskörper genannt, entstammen aus einem mikrobiellen Prozess, nämlich der Proteinexpression in Bakterien, insbesondere Escherichia Coli. Bei der Expression kommt es zur Falschfaltung des in großen Mengen produzierten Zielproteins, zur Aggregation und damit zur Bildung der IBs, in denen das Zielprotein zwar nicht richtig gefaltet, dafür aber in hoher Reinheit vorliegt. Nach dem Aufbrechen der Zelle können die IBs durch Zentrifugieren von Zellbruchbestandteilen und dem restlichen Medium abgetrennt werden. IBs, also called inclusion bodies, arise from a microbial process, namely protein expression in bacteria, especially Escherichia Coli. During expression, the target protein produced in large quantities is misfolded, aggregation occurs and thus the formation of IBs, in which the target protein is not folded correctly but is present in high purity. After cell rupture, the IBs can be separated from cell debris and remaining medium by centrifugation.
Das IB Pellet liegt als Slurry mit einem hohen Proteinanteil vor. Bei Bedarf kann dem IB Slurry Puffer hinzugefügt werden und diese auf einen gewünschten End- Proteinanteil gebracht werden. The IB pellet is available as a slurry with a high protein content. If necessary, buffer can be added to the IB Slurry and brought to the desired final protein proportion.
Der verdünnte Slurry wird in die kontinuierliche Anlage über Pumpen eingebracht. Im ersten Prozessschritt kommt es zur Solubilisierung der IBs mit einem chaotropen oder neutralem Detergenz in hoher Molarität, z.B.: 8 M Guanidin Hydrochlorid oder 6 M Harnstoff. Je nach Produkt, falls Di-Sulfidbrückenbindungen ausgebildet werden müssen, muss dieser Prozess bereits unter reduzierenden Bedienungen stattfinden. Dies geschieht zumeist unter Zugabe von Dithiothreitol (DTT), z.B.: 100 mM. The diluted slurry is introduced into the continuous system via pumps. In the first process step, the IBs are solubilized with a chaotropic or neutral detergent in high molarity, e.g.: 8 M guanidine hydrochloride or 6 M urea. Depending on the product, if di-sulfide bridge bonds have to be formed, this process must already take place under reducing operations. This usually happens with the addition of dithiothreitol (DTT), e.g.: 100 mM.
Nach erfolgter Solubilisierung kommt es zum Refolding des Proteins. Mittels Umpufferung, zum Beispiel mit einem 100mM Tris-HCI Puffersystem mit stabilisierenden Zusätzen wie 300 mM NaCI und 50 mM Arginin bei einem pH von 7 wird das solubilisierte Protein in ihre aktive Form gefaltet. After solubilization, the protein refolds. By rebuffering, for example with a 100mM Tris-HCl buffer system with stabilizing additives such as 300 mM NaCl and 50 mM arginine at a pH of 7, the solubilized protein is folded into its active form.
Im letzten Schritt wird die (zumeist) aus dem Prozess kommende verdünnte Proteinlösung aufkonzentriert. In the last step, the (usually) diluted protein solution coming from the process is concentrated.
Die verwendeten Tandemfiltermodule entsprechen denen aus Beispiel 1. Ferner kommen dieselben Kontrollstrategien zur Anwendung. Aufgrund der Größe der IBs kommen allerdings (Hohlfaser)-Filtermembranen mit einem unterschiedlichen Cut- Off zum Einsatz. Für das erste Tandem TFF Modul, wo das Zielprotein noch im aggregierten Festzustand vorliegt, kommt eine Hohlfaser-Membran mit einem Cut- Off von 0,2 pm zur Verwendung. Ab dem Solubilisierungsschritt werden Membranen, abhängig von der Größe des Zielproteins, mit Cut Offs von 3-10 kDa verwendet. Theoretisch kann jedes Protein, welches sich in E. coli exprimieren lässt und als IB vorliegt, mit diesem Prozess Setup kontinuierlich aufgereinigt werden. Beispiel für industrierelevante Produkte sind Insulin, FAb-Fragmente (Fragmente von monoklonalen Antikörpern) und Casein. The tandem filter modules used correspond to those from Example 1. The same control strategies are also used. However, due to the size of the IBs, (hollow fiber) filter membranes with a different cut-off are used. For the first tandem TFF module, where the target protein is still in the aggregated solid state, a hollow fiber membrane with a cut-off of 0.2 pm is used. From the solubilization step onwards, membranes with cut-offs of 3-10 kDa are used, depending on the size of the target protein. Theoretically, any protein that can be expressed in E. coli and is present as IB can be continuously purified with this process setup. Examples of industry-relevant products are insulin, FAb fragments (fragments of monoclonal antibodies) and casein.
Beispiel 3 Herstellung eines rekombinantes lgG1 und Aufreinigung mit dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahren in einer modularen Produktionsanlage Example 3 Production of a recombinant IgG1 and purification using the continuous process according to the invention in a modular production plant
3.1 Methoden 3.1 Methods
3.1.1 Zellkultur 3.1.1 Cell culture
In dieser Studie wurde ein rekombinantes lgG1 (Handelsname Trastuzumab, PI 8.4-8.6) verwendet. CHO-Zellen wurden im Perfusion-Modus in einem Labfors 5 Tisch-Bioreaktor (Infors Ht, Schweiz) kultiviert. Die Zellvermehrung erfolgte in Schüttelkolbenkulturen (Corning, New York, USA) mit einem Arbeitsvolumen von bis zu 500 mL. Die Bioreaktoren wurden mit einer Zelldichte von 3-5 x 106 Zellen/mL beimpft. Die Perfusion wurde am gleichen Tag mit 0,5 WD durch kontinuierliche Zufuhr von frischem Perfusionsmedium und Entnahme von Ernte aus dem Permeat eingeleitet. Eine Perfusionsrate von 0,5 WD wurde beibehalten, bis eine Zelldichte von 10 x 106 Zellen/mL erreicht war und wurde schrittweise mit der Zelldichte bis auf 1 WD erhöht, bis der Sollwert für die lebende Zellkonzentration (VCC) von 60 ± 10 x 106 Zellen/mL erreicht war. Zellbluten wurde über eine automatisierte Blutungs-Rückkopplungsschleife mit VCC-Prognose aus einer Online-Kapazitätssonde (Incyte, Hamilton, Schweiz) angewendet. Das Arbeitsvolumen wurde durch gleichbleibende Ein- und Ausflussraten bei 2 L gehalten. Rückkopplungsschleifen von Bioreaktorgewicht, Zufuhr (Feed) und Entnahme (Bleed) wurden zur Anpassung der Pumpenflussraten verwendet. Die Kulturen wurden mit einem Medium, bestehend aus 4Cell XtraCHO Produktionsmedium (Sartorius) mit Feed A und Feed B (6 %/1 %) Ergänzung (Sartorius) und 60 mM D-Glucose, perfundiert. Die Sollwerte der Prozesstemperatur, der gelösten Sauerstoffkonzentration und des Kultur-pH- Werts betrugen jeweils 37°C, 40 % und 7.0 ± 0.1. Zur Sammlung von Überstand für die Prozessentwicklung und Chargenkapazität erfolgte die Ernte von Überstand aus dem Bioreaktor mit einem ATF 2 (Repligen, Waltham, MA) Zellrückhaltegerät ausgestattet mit einer Polyethersulfon HF mit einer Porengröße von 0,2 pm und einer Oberfläche von 0,13 m2 bei einer Scherrate von 1500 s-1 (Repligen, Waltham, MA). Für die integrierte Perfusionserfassung wurde die Ernte des Überstands über TFF mit einer Polyvinylidenfluorid HF (Asahi Kasei, Tokio, Japan) mit einer Porengröße von 0.2 pm und einer Membranfläche von 0.08 m2 bei einer Scherrate von 1000 s-1 durchgeführt. Eine magnetisch schwebende Pumpe (Levitronix, Framingham, MA, USA) wurde zur Rezirkulation verwendet. A recombinant IgG1 (trade name Trastuzumab, PI 8.4-8.6) was used in this study. CHO cells were cultured in perfusion mode in a Labfors 5 benchtop bioreactor (Infors Ht, Switzerland). Cell proliferation was carried out in shake flask cultures (Corning, New York, USA) with a working volume of up to 500 mL. The bioreactors were seeded with a cell density of 3-5 x 10 6 cells/mL. Perfusion was initiated on the same day with 0.5 WD by continuously supplying fresh perfusion medium and removing harvest from the permeate. A perfusion rate of 0.5 WD was maintained until a cell density of 10 x 10 6 cells/mL was reached and was gradually increased with cell density up to 1 WD until the live cell concentration (VCC) set point of 60 ± 10 x 10 6 cells/mL was reached. Cell bleed was applied via an automated bleed feedback loop with VCC prediction from an online capacitance probe (Incyte, Hamilton, Switzerland). The working volume was maintained at 2 L by maintaining constant inflow and outflow rates. Feedback loops of bioreactor weight, feed, and bleed were used to adjust pump flow rates. The cultures were perfused with a medium consisting of 4Cell XtraCHO production medium (Sartorius) with Feed A and Feed B (6%/1%) supplement (Sartorius) and 60 mM D-glucose. The setpoints of the process temperature, dissolved oxygen concentration and culture pH Values were 37°C, 40% and 7.0 ± 0.1, respectively. To collect supernatant for process development and batch capacity, supernatant was harvested from the bioreactor using an ATF 2 (Repligen, Waltham, MA) cell capture device equipped with a polyethersulfone HF with a pore size of 0.2 pm and a surface area of 0.13 m 2 at a shear rate of 1500 s -1 (Repligen, Waltham, MA). For integrated perfusion capture, the supernatant was harvested over TFF using a polyvinylidene fluoride HF (Asahi Kasei, Tokyo, Japan) with a pore size of 0.2 pm and a membrane area of 0.08 m 2 at a shear rate of 1000 s -1 . A magnetically levitated pump (Levitronix, Framingham, MA, USA) was used for recirculation.
3.1.2 hcDNA-Fällung durch CaCF 3.1.2 hcDNA precipitation by CaCF
Um die besten Bedingungen für eine effiziente hcDNA-Fällung zu bestimmen, wurden steigende Konzentrationen von CaCl2 von 0 bis 350 mM aus einer 1 M Lagerlösung von CaCL in 100 mM MOPS, pH 7,0, zum CCCS hinzugefügt. Das Screening wurde in 1 ,5 mL Zentrifugenröhrchen mit einem Gesamtarbeitsvolumen von 1 mL durchgeführt. Die Proben wurden für 5 Minuten sanft auf dem End-to- End-Shaker (Stuart Rotator SB3; Cole- Parmer, Vernon Hills, IL) gerüttelt. Diese Zeit war ausreichend für die maximale hcDNA-Fällung bei der entsprechenden CaCI2-Konzentration. Nach der Fällung wurden die Proben bei 6000 g für 6 Minuten zentrifugiert und der Überstand wurde in frischen Zentrifugenröhrchen für die anschließende Analyse gesammelt. To determine the best conditions for efficient hcDNA precipitation, increasing concentrations of CaCl2 from 0 to 350 mM from a 1 M stock solution of CaCl in 100 mM MOPS, pH 7.0, were added to the CCCS. The screening was carried out in 1.5 mL centrifuge tubes with a total working volume of 1 mL. The samples were gently shaken for 5 minutes on the end-to-end shaker (Stuart Rotator SB3; Cole-Parmer, Vernon Hills, IL). This time was sufficient for maximum hcDNA precipitation at the corresponding CaCl2 concentration. After precipitation, samples were centrifuged at 6000 g for 6 min and the supernatant was collected in fresh centrifuge tubes for subsequent analysis.
3.7.3 Tiefen filtration der ausgefällten Verunreinigungen 3.7.3 Deep filtration of the precipitated impurities
Für die Entfernung der mit CaCL ausgefällten Verunreinigungen aus dem Produktstrom wurden Tiefenfilterkapseln mit verschiedenen Porengrößen und von zwei verschiedenen Herstellern getestet. Zur Trübungsmessung wurde ein tragbares 2100Q Trübungsmessgerät verwendet (HACH Lange GmbH, Düsseldorf, Deutschland). Zur Aufzeichnung des Einlassdrucks wurde ein PressureMAT® mit einem Drucksensor für den Labormaßstab eingesetzt (PendoTech, New Jersey, USA). Die Qubicon® Online-Software (Qubicon, Wien, Österreich) ermöglichte die Online-Überwachung und Aufzeichnung des Einlassdrucks während der Experimente. Für jeden getesteten Tiefenfilter wurde eine endgültige Konzentration von 100 mM CaCI2 aus einer 1 M Lagerlösung von CaCO in 100 mM MOPS, pH 7,0, in handelsüblichen Laborglaswaren zum CCCS hinzugefügt. Das Präzipitat wurde mit einem magnetischen Rührer in Suspension gehalten. Tiefenfilter wurden vor Gebrauch mit 40 L/m2 deionisiertem Wasser gespült. Eine Peristaltikpumpe (114 DV, Watson Marlow, Guntramsdorf, Österreich) wurde verwendet, um die Lösung mit 1 ,7 mL/min (40 LMH) bis zu einer volumetrischen Beladung von 250 L/m2 zum Einlass des Tiefenfilters zu fördern. Trübungsmessungen wurden alle 30 Minuten am Ausgang des Tiefenfilters und am Pool der tiefengefilterten Lösung durchgeführt. PharMed® BPT Schläuche (Saint-Gobain, Courbevoie, Frankreich) wurden am Pumpenkopf verwendet und mit Masterflex® Luer Lock-Anschlüssen an Silikonschläuche (Tygon R-3603, Saint-Gobain, Courbevoie, Frankreich) für die Zuführungs- und Auslassleitungen der Tiefenfilter angeschlossen. Alle Schläuche hatten einen Innendurchmesser (ID) von 3,2 mm (3/32 Zoll). To remove impurities precipitated with CaCL from the product stream, depth filter capsules with different pore sizes and from two different manufacturers were tested. A portable 2100Q turbidity meter was used for turbidity measurement (HACH Lange GmbH, Düsseldorf, Germany). A PressureMAT® with a laboratory-scale pressure sensor was used to record the inlet pressure (PendoTech, New Jersey, USA). Qubicon® online software (Qubicon, Vienna, Austria) enabled online monitoring and recording of inlet pressure during the experiments. For each depth filter tested, a final concentration of 100 mM CaCl2 was obtained from a 1 M stock solution CaCO in 100 mM MOPS, pH 7.0, added to the CCCS in commercial laboratory glassware. The precipitate was kept in suspension using a magnetic stirrer. Depth filters were rinsed with 40 L/m 2 deionized water before use. A peristaltic pump (114 DV, Watson Marlow, Guntramsdorf, Austria) was used to deliver the solution to the inlet of the depth filter at 1.7 mL/min (40 LMH) up to a volumetric load of 250 L/m 2 . Turbidity measurements were taken every 30 minutes at the outlet of the depth filter and at the pool of depth-filtered solution. PharMed® BPT tubing (Saint-Gobain, Courbevoie, France) was used at the pump head and connected with Masterflex® Luer Lock connectors to silicone tubing (Tygon R-3603, Saint-Gobain, Courbevoie, France) for the depth filter supply and outlet lines . All tubing had an inner diameter (ID) of 3.2 mm (3/32 inch).
3. 1.4 Trastuzumab-Fällunq durch PEGeooo 3. 1.4 Trastuzumab precipitation by PEGeooo
Steigende Konzentrationen von PEGeooo im Bereich von 0 bis 15 % (w/w) wurden aus einer 50%igen Lagerlösung von PEGeooo in 100 mM MOPS pH 7,0 zum CCCS hinzugefügt. Alternativ wurde CCCS mit einer endgültigen Konzentration von 100 mM CaCL vorbehandelt, um die Auswirkungen der CaCL-Fällung auf die Trastuzumab-Aufnahme durch PEGeooo zu bewerten. Die Experimente wurden inIncreasing concentrations of PEGeooo ranging from 0 to 15% (w/w) were added to the CCCS from a 50% stock solution of PEGeooo in 100 mM MOPS pH 7.0. Alternatively, CCCS was pretreated with a final concentration of 100 mM CaCL to evaluate the effects of CaCL precipitation on trastuzumab uptake by PEGeooo. The experiments were carried out in
1.5 mL Zentrifugenröhrchen mit einem Arbeitsvolumen von 1 mL durchgeführt. Nach der Zugabe von PEGeooo wurden die Proben für 15 Minuten auf dem End-to- End-Shaker (Stuart Rotator SB3; Cole- Parmer, Vernon Hills, IL) inkubiert. Für die anschließende Analyse wurden die Proben bei 2000 g für 2 Minuten zentrifugiert und der Überstand wurde in frischen Zentrifugenröhrchen gesammelt. 1.5 mL centrifuge tube with a working volume of 1 mL. After the addition of PEGeooo, the samples were incubated for 15 minutes on the end-to-end shaker (Stuart Rotator SB3; Cole-Parmer, Vernon Hills, IL). For subsequent analysis, samples were centrifuged at 2000 g for 2 min and the supernatant was collected into fresh centrifuge tubes.
3. 1.5 Experimente zum kritischen Fluss 3. 1.5 Critical Flow Experiments
Experimente zum kritischen Fluss wurden gemäß Li and Zidney 2017 auf verschiedenen HFs durchgeführt. Das Fällungsprodukt wurde mit einer Peristaltikpumpe (313 DV Watson Marlow, Guntramsdorf, Österreich) aus einem 100 mL Reservoir mit einer Konzentration von 5 g/L zum Einlass des HF gefördert, wobei das Retentat und das Permeat zurück in dasselbe Reservoir recycelt wurden. Eine zweite Peristaltikpumpe (114DV, Watson Marlow, Guntramsdorf, Österreich) wurde verwendet, um den Permeatfluss zu steuern und zu modulieren, der in einem Bereich von 11 LMH bis 109 LMH variiert wurde. Der transmembrane Druck (TMP) wurde durch Installation von Drucksensoren für Labormaßstab (PendoTech, New Jersey, USA) an Einlass-, Retentat- und Permeatleitungen des HF überwacht. Die Drucksensoren wurden an einen PressureMAT® (PendoTech, New Jersey, USA) angeschlossen und die Qubicon® Online-Software wurde zur Überwachung und Aufzeichnung verwendet. Critical flow experiments were conducted on different HFs according to Li and Zidney 2017. The precipitation product was pumped with a peristaltic pump (313 DV Watson Marlow, Guntramsdorf, Austria) from a 100 mL reservoir at a concentration of 5 g/L to the inlet of the HF, with the retentate and permeate being recycled back into the same reservoir. A second peristaltic pump (114DV, Watson Marlow, Guntramsdorf, Austria) was used to control and modulate the permeate flow, which was varied in a range from 11 LMH to 109 LMH. Transmembrane pressure (TMP) was monitored by installing laboratory-scale pressure sensors (PendoTech, New Jersey, USA) on inlet, retentate and permeate lines of the HF. The pressure sensors were connected to a PressureMAT® (PendoTech, New Jersey, USA) and Qubicon® online software was used for monitoring and recording.
3. 1.6 Resolubisierung von Trastuzumab bei niedrigem pH-Wert 3. 1.6 Resolubization of trastuzumab at low pH
Die Resolubisierung von eingefangenem Trastuzumab wurde chargenweise mit einem 50 mM Phosphatpuffer pH 2,5 bei einem volumetrischen Verdünnungsverhältnis Probe:Puffer von 1 :5 durchgeführt. Die Proben wurden 60 Minuten bei niedrigem pH-Wert (<3,5) auf dem End-to-End-Shaker (Stuart Rotator SB3; Cole-Parmer, Vernon Hills, IL) inkubiert und durch Zugabe von 200 mM Phosphatpuffer pH 8,0 mit einem volumetrischen Verdünnungsverhältnis Probe: Puffer von 4:1 neutralisiert. Dieses Verhältnis ergab eine Lösung mit einem End-pH-Wert von 6,5. Die Proben wurden dann sofort analysiert, bei 4°C gelagert oder bei -20°C für eine längere Lagerung eingefroren. Resolubization of captured trastuzumab was performed batchwise with a 50 mM phosphate buffer pH 2.5 at a sample:buffer volumetric dilution ratio of 1:5. The samples were incubated for 60 minutes at low pH (<3.5) on the end-to-end shaker (Stuart Rotator SB3; Cole-Parmer, Vernon Hills, IL) and by adding 200 mM phosphate buffer pH 8, 0 neutralized with a volumetric dilution ratio sample:buffer of 4:1. This ratio resulted in a solution with a final pH of 6.5. Samples were then analyzed immediately, stored at 4°C or frozen at -20°C for longer storage.
3.1.7 Kontinuierliche 2-Stufen-Fällung und 2-Stufen-TFF 3.1.7 Continuous 2-stage precipitation and 2-stage TFF
Der während eines Perfusionprozesses geerntete Überstand wurde entweder in Einweg-10-L-Flexboy® 2D-Taschen (Sartorius, Ort) gesammelt und bei -20°C eingefroren, bevor er für die eigenständige Fällung von Trastuzumab verwendet wurde, oder direkt zur ersten Fällungsstufe in einem poollosen integrierten Perfusion-Einfang geführt. Lagerlösungen von CaCL und PEGeooo wurden entsprechend den vorherigen Experimenten hergestellt. Alle Lösungen wurden mit 0,2 pm Filtern Sartopore® 2 XLG Kapsel (Sartorius) in zuvor autoklavierten Kunststoffflaschen mit 3-Wege-Kappen (Nalgene, Rochester, USA) steril filtriert. Peristaltikpumpen wurden zum Transport der Flüssigkeiten verwendet. Alle Schläuche, die in der Anordnung verwendet wurden, waren Silikonschläuche (3,2 mm ID) oder PharMed® BPT Schläuche (Saint-Gobain, Courbevoie, Frankreich, 3,2 mm ID) an den Köpfen der Peristaltikpumpen. Die Rohrreaktoren wurden intern hergestellt, indem statische Mischer (HT-40-6.30-24-AC; Material Acetal; Stamixco AG, Wollerau, Schweiz) in flexible Standardlabor-Schläuche (Tygon® R- 3603, 4,8 mm Innendurchmesser; Saint-Gobain, Courbevoie, Frankreich) eingefügt wurden, die spiralförmig angeordnet und vertikal gestapelt wurden. Die Länge der Rohrreaktoren wurde nach der für eine effiziente Fällung benötigten Verweilzeit bestimmt (5 Minuten für CaCL-Fällung, 15 Minuten für PEGeooo- Fällung). The supernatant harvested during a perfusion process was either collected in disposable 10 L Flexboy® 2D bags (Sartorius, Ort) and frozen at -20°C before being used for stand-alone precipitation of trastuzumab or directly to the first precipitation stage in a poolless integrated perfusion capture. Stock solutions of CaCL and PEGeooo were prepared according to the previous experiments. All solutions were sterile filtered using 0.2 pm filters Sartopore® 2 XLG capsule (Sartorius) in previously autoclaved plastic bottles with 3-way caps (Nalgene, Rochester, USA). Peristaltic pumps were used to transport the fluids. All tubing used in the setup was silicone tubing (3.2 mm ID) or PharMed® BPT tubing (Saint-Gobain, Courbevoie, France, 3.2 mm ID) on the heads of the peristaltic pumps. The tubular reactors were manufactured in-house by inserting static mixers (HT-40-6.30-24-AC; material acetal; Stamixco AG, Wollerau, Switzerland) into standard flexible laboratory tubing (Tygon® R-3603, 4.8 mm inner diameter; Saint- Gobain, Courbevoie, France) were inserted, which were arranged in a spiral and stacked vertically. The length of the tubular reactors was determined according to the residence time required for efficient precipitation (5 minutes for CaCL precipitation, 15 minutes for PEGeooo precipitation).
3. 1.8 Durchfluss-Anionenaustausch-Membranchromatoc/raphie 3. 1.8 Flow Anion Exchange Membrane Chromatography
Das während des integrierten Perfusion-Erfassungsprozesses geerntete Präzipitat wurde bei niedrigem pH gelöst, wie im Abschnitt 2.6 berichtet. Zur Prozessoptimierung haben wir einen DoE-Ansatz angewendet. Die Software, die für das Design der Experimente und die statistische Auswertung verwendet wurde, war Design-Expert® (Stat-ease inc.). Der pH-Wert der Lösung wurde durch Titration mit 0,02 M NaOH auf den erforderlichen pH-Wert neutralisiert. Die Leitfähigkeit wurde durch Zugabe von 1 M NaCI oder durch Verdünnung mit HQ- Wasser eingestellt. Für diese Experimente wurden ein Äkta pure 25 (Cytiva) und ein negativ geladener Membranadsorber, der 3M™ Polisher ST (1 cm2 Fläche), verwendet. Vor dem Laden wurde das Gerät mit 400 L/m2 eines 50 mM Phosphatpuffers durchgespült, dessen pH-Wert und Leitfähigkeit entsprechend der Zuführungslösung eingestellt wurden. 50 mL (500 L/m2) des wiederaufgelösten Trastuzumab wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 1 mL/min (600 LMH), wie vom Hersteller vorgeschlagen, auf das Gerät geladen. Der Durchfluss wurde gesammelt und vor der Analyse bei 4°C gelagert. The precipitate harvested during the integrated perfusion capture process was dissolved at low pH as reported in Section 2.6. We used a DoE approach to optimize the process. The software used for the design of the experiments and the statistical analysis was Design-Expert® (Stat-ease inc.). The pH of the solution was neutralized to the required pH by titration with 0.02 M NaOH. The conductivity was adjusted by adding 1 M NaCl or by diluting with HQ water. For these experiments, an Äkta pure 25 (Cytiva) and a negatively charged membrane adsorber, the 3M™ Polisher ST (1 cm2 area), were used. Before loading, the device was flushed with 400 L/m2 of a 50 mM phosphate buffer, the pH and conductivity of which were adjusted according to the feed solution. 50 mL (500 L/m 2 ) of redissolved trastuzumab was loaded onto the device at a flow rate of 1 mL/min (600 LMH) as suggested by the manufacturer. The flowthrough was collected and stored at 4°C prior to analysis.
3. 1.9 Puls-Injektions-Experimente 3. 1.9 Pulse injection experiments
Die Verweilzeitverteilung (RTD) für Trastuzumab wurde durch Puls- Injektionsexperimente in allen Einheiten ermittelt, in denen das Antikörper in Form eines Präzipitats vorliegt (der PEGeooo-Rohrreaktor und die beiden TFF-Stufen). Der ausgefällte Antikörper wird im Retentat des HF zurückgehalten. Um den Pfad nachzuahmen, dem das Antikörper mit Salz folgt, wurden die Permeatleitungen während der Experimente geschlossen. Der Ausgang des Systems war an ein Äkta pure 25 (Cytiva) zur Leitfähigkeitsaufzeichnung angeschlossen. Zunächst wurde das System mit deionisiertem Wasser durchgespült, bis die Leitfähigkeit unter 0,3 mS/cm lag. Pulsinjektionen mit einem Gesamtvolumen von 10 mL 1 M NaCI wurden durch Umschalten der Zuführungsleitung von deionisiertem Wasser auf die Salzlösung und zurück durchgeführt. Wir haben das Modell der in Serie geschalteten Tanks mit steigender Anzahl (N) von kontinuierlich gerührten Tankreaktoren (CSTR) verwendet, um unsere experimentellen Daten anzupassen. Die kumulative Verteilungsfunktion (F) für eine Reihe von ideal gerührten Tanks wird durch Gleichung 1 gegeben: F=1-eA(-N0) [1 +N0+ (N0)A2/2!+ (N0)A(N-1 )/(N- 1)1] (1 ) Wobei 0 das Gesamtbeladungsvolumen [ml] normiert durch das Systemvolumen [ml] bezeichnet. The residence time distribution (RTD) for trastuzumab was determined by pulse injection experiments in all units where the antibody is in the form of a precipitate (the PEGeooo tubular reactor and the two TFF stages). The precipitated antibody is retained in the retentate of the HF. To mimic the path that the antibody follows with salt, the permeate lines were closed during the experiments. The output of the system was connected to an Äkta pure 25 (Cytiva) for conductivity recording. First, the system was flushed with deionized water until the conductivity was below 0.3 mS/cm. Pulse injections with a total volume of 10 mL of 1 M NaCl were performed by switching the feed line from deionized water to saline and back. We have the model in series switched tanks with increasing numbers (N) of continuously stirred tank reactors (CSTR) were used to fit our experimental data. The cumulative distribution function (F) for a series of ideally stirred tanks is given by Equation 1: F=1-e A (-N0) [1 +N0+ (N0) A 2/2!+ (N0) A (N-1 )/(N- 1)1] (1 ) Where 0 denotes the total loading volume [ml] normalized by the system volume [ml].
3.1.10 HCPs-Konzentrationsbestimmunp, Bradford-Assav und ELISA 3.1.10 HCPs concentration determination, Bradford assay and ELISA
Für die kleinen Screening-Experimente, die während der Prozessentwicklung durchgeführt wurden, wurde der Bradford-Assay für die HCPs-Bestimmung verwendet, wie in der Literatur bereits beschrieben (Sissolak et al. 2019). Die HC Ps-Konzentration wurde durch Massenbilanz auf CCCS und dem Überstand von Proben, die während der Experimente erzeugt wurden, nach Zentrifugation des gefällten oder nicht wiederaufgelösten Materials bei 2000g für 2 min, bestimmt. Für die kontinuierliche Verarbeitung wurde die HCPs-Bestimmung mit einem 3rd Generation CHO HCP ELISA Kit (Cignus technologies, Southport, US) durchgeführt. For the small-scale screening experiments performed during process development, the Bradford assay was used for HCPs determination, as previously described in the literature (Sissolak et al. 2019). The HC Ps concentration was determined by mass balance on CCCS and the supernatant of samples generated during the experiments after centrifugation of the precipitated or unresolved material at 2000 g for 2 min. For continuous processing, HCPs determination was carried out using a 3rd generation CHO HCP ELISA kit (Cignus technologies, Southport, US).
3.1.11 hcDNA -Konzentrationsbestimmunci 3.1.11 hcDNA concentration determination
Die Konzentration von doppelsträngiger DNA (dsDNA) in den während der Experimente erzeugten Proben wurde mit einem Quant-iT Picogreen dsDNA Assay Kit (Life Technologies, Carlsbad, CA, USA) gemessen, entsprechend den Anweisungen des Herstellers und wie in der Literatur bereits beschrieben (Dutra et al. 2020). The concentration of double-stranded DNA (dsDNA) in the samples generated during the experiments was measured using a Quant-iT Picogreen dsDNA Assay Kit (Life Technologies, Carlsbad, CA, USA), according to the manufacturer's instructions and as previously described in the literature ( Dutra et al. 2020).
3.1.12 Analytische und präparative Protein A Affinitätschromatopraphie, analytische Größenausschlusschromatopraphie (SEC) 3.1.12 Analytical and preparative protein A affinity chromatography, analytical size exclusion chromatography (SEC)
Analytische und präparative Protein A Affinitätschromatographie und analytische SEC wurden wie in einer früheren Arbeit beschrieben durchgeführt (Recanati et al. 2022). Analytical and preparative Protein A affinity chromatography and analytical SEC were performed as described in a previous work (Recanati et al. 2022).
3.1.13 Glykosylierunpsanalyse 3.1.13 Glycosylation analysis
Antikörperproben wurden direkt auf einem U3000 nanoRSLC-System (Thermo Fisher Scientific) analysiert. 5 pL der Probe wurden auf eine C4-Fallensäule (5,0 x 0,3 mm i.d., Acclaim PepMap; Thermo Fisher Scientific) injiziert, mit einer Fließrate von 15 pL/min und einer mobilen Phase bestehend aus H2O + 0,1 % Trifluoressigsäure (TFA; Merck, Darmstadt), bei einer Temperatur von 60 °C für 5 min. Nach dem Einfangen der Antikörper wurde das 6-Port-Ventil umgeschaltet und die Falle wurde in Reihe mit der Trennsäule (Diphenyl-Umkehrphasensäule (15,0 x 0,1 mm ID, Halo® Bioclass, 1000 A Porengröße; Advanced Material Technology, Wilmington, DE) gesetzt. Die Trennung der mAb-Proben wurde mit einer Fließrate von 1 ,0 pL/min bei einer Temperatur von 80 °C durchgeführt. Ein mehrstufiger Gradient mit Lösungsmittel A (H2O (ELGA Labwater, Ede, Niederlande) + 0,1 % TFA) und Lösungsmittel B (Acetonitril (Actu-All Chemicals, Oss, Niederlande) + 0,1 % TFA) wurde wie folgt programmiert: 20,0% B für 5 min, 20,0% bis 32% in 1 ,0 min, 32-50% B in 12 min, 50,0-60,0 % B in 2 min gefolgt von 90,0 % B für 5 min und 20% B für 5 min. Antibody samples were analyzed directly on a U3000 nanoRSLC system (Thermo Fisher Scientific). 5 pL of the sample was added to a C4 trap column (5.0 x 0.3mm id, Acclaim PepMap; Thermo Fisher Scientific), with a flow rate of 15 pL/min and a mobile phase consisting of H2O + 0.1% trifluoroacetic acid (TFA; Merck, Darmstadt), at a temperature of 60 °C for 5 min. After capture Antibody, the 6-port valve was switched and the trap was placed in series with the separation column (diphenyl reverse phase column (15.0 x 0.1 mm ID, Halo® Bioclass, 1000 A pore size; Advanced Material Technology, Wilmington, DE). The separation of the mAb samples was carried out with a flow rate of 1.0 pL/min at a temperature of 80 ° C. A multi-stage gradient with solvent A (H2O (ELGA Labwater, Ede, Netherlands) + 0.1% TFA) and solvent B (acetonitrile (Actu-All Chemicals, Oss, Netherlands) + 0.1% TFA) was programmed as follows: 20.0% B for 5 min, 20.0% to 32% in 1.0 min, 32 -50% B in 12 min, 50.0-60.0% B in 2 min followed by 90.0% B for 5 min and 20% B for 5 min.
Das LC-System wurde mit einem qTOF-Massenspektrometer (Maxis HD) über eine nano-ESI-Quelle (CaptiveSpray; beide von Bruker, Bremen, Deutschland) gekoppelt. Acetonitril-angereichertes Stickstoffdopantgas wurde bei einem Druck von 0,40 bar eingesetzt (nanoBooster-System; Bruker). Trocknungsgas wurde mit einer Durchflussrate von 3,0 L/min bei einer Temperatur von 220 °C aufgebracht. Das System wurde im positiven lonenmodus mit einer Kapillarspannung von 1200 V betrieben. Die In-Source-CID-Energie wurde auf 180 eV, die Quadrupol- lonenenergie auf 5,0 und die Kollisionszellenenergie auf 5,0 eV eingestellt. Eine Vorpulsspeicherzeit von 25,0 ps und eine Transferzeit von 200,0 ps wurden verwendet. Der Massenbereich wurde von m/z 1000 - 6000 inklusive einem rollenden Durchschnitt von drei Scans eingestellt. Die Datenanalyse wurde mit der Compass DataAnalysis-Software (Bruker) durchgeführt. Die Deconvolution von rohen Massenspektren wurde durch den maximalen Entropiealgorithmus erreicht, indem eine Auflösung von 5000 und eine minimale Signal/Rausch-Verhältnis von 5,0 eingestellt wurden. 3.2 Ergebnisse The LC system was coupled to a qTOF mass spectrometer (Maxis HD) via a nano-ESI source (CaptiveSpray; both from Bruker, Bremen, Germany). Acetonitrile-enriched nitrogen dopant gas was used at a pressure of 0.40 bar (nanoBooster system; Bruker). Drying gas was applied at a flow rate of 3.0 L/min at a temperature of 220 °C. The system was operated in positive ion mode with a capillary voltage of 1200 V. The in-source CID energy was set to 180 eV, the quadrupole lone energy to 5.0, and the collision cell energy to 5.0 eV. A prepulse storage time of 25.0 ps and a transfer time of 200.0 ps were used. The mass range was set from m/z 1000 - 6000 including a rolling average of three scans. Data analysis was performed using Compass DataAnalysis software (Bruker). Deconvolution of raw mass spectra was achieved by the maximum entropy algorithm by setting a resolution of 5000 and a minimum signal-to-noise ratio of 5.0. 3.2 Results
3.2.1. Entwicklung von CaCO- und PEGeooo-Fällungsschritten 3.2.1. Development of CaCO and PEGeooo precipitation steps
Die CaCI2-Fällung wurde im Prozess implementiert, um den Gehalt an löslicher hcDNA zu reduzieren. Steigende CaCO-Konzentrationen im Bereich von 0 bis 350 mM bei pH 7,0 wurden dem CCCS (Zellkulturüberstand nach Klärung) zugesetzt (Figur 10A). 100 mM CaCI2 waren ausreichend, um den Großteil der in dem geklärten Zellkulturüberstand vorhandenen hcDNA auszufällen, und diese Salzkonzentration wurde für alle weiteren Experimente verwendet. CaCl2 precipitation was implemented in the process to reduce the soluble hcDNA content. Increasing CaCO concentrations ranging from 0 to 350 mM at pH 7.0 were added to the CCCS (cell culture supernatant after clarification) (Figure 10A). 100 mM CaCl2 was sufficient to precipitate most of the hcDNA present in the clarified cell culture supernatant, and this salt concentration was used for all further experiments.
Die Anwesenheit von CaCl2 erhöhte die Löslichkeit des Antikörpers (Figur 10B). Da Ca2+ ein kosmotropes Ion ist, begünstigt es gemäß der Hofmeister-Reihe ein Salting-in-Verhalten. Daraus resultiert, dass eine höhere PEG-Konzentration notwendig ist, um die gleiche Ausfällungsrate zu erzielen, verglichen mit dem unbehandelten CCCS. Die Zugabe von CaCL führte zu einer Reduktion von HCPs und hcDNA um das Zweifache bzw. 22-fache. Hingegen kam es zu einer umfangreichen Co-Fällung von hcDNA, HCPs und Trastuzumab, wenn die PEGeooo-Fällung allein auf CCCS durchgeführt wurde (Figur 10 C,D). Co-Fällung erschwert die Reinigung des Proteins von Interesse (POI), was zur gleichzeitigen Konzentration von Verunreinigungen und Produkt während der Tangentialflussfiltration (TFF) führt. Zudem verbessert die Reduktion von hcDNA (in unserem Fall vor der Erfassung) die Leistung der TFF-Filtration und verringert die Membranverschmutzung im Laufe der Zeit (Mercille et al. 1994). Daraus ist zu folgern, dass die Zugabe von CaCL zum CCCS vor der Erfassung beide genannten Probleme mindert. The presence of CaCl2 increased the solubility of the antibody (Figure 10B). Since Ca2+ is a cosmotropic ion, it favors salting-in behavior according to the Hofmeister series. As a result, a higher PEG concentration is necessary to achieve the same precipitation rate compared to the untreated CCCS. The addition of CaCL resulted in a reduction of HCPs and hcDNA by 2-fold and 22-fold, respectively. In contrast, there was extensive co-precipitation of hcDNA, HCPs and trastuzumab when PEGeooo precipitation was performed on CCCS alone (Figure 10 C,D). Co-precipitation makes purification of the protein of interest (POI) difficult, resulting in the simultaneous concentration of impurities and product during tangential flow filtration (TFF). Furthermore, the reduction of hcDNA (in our case before acquisition) improves the performance of TFF filtration and reduces membrane fouling over time (Mercille et al. 1994). It can be concluded that the addition of CaCL to the CCCS before capture reduces both problems mentioned.
3.2.2. Tiefenfilter-Screening und La ngzeittest 3.2.2. Depth filter screening and long-term test
Kontinuierliche Tiefenfiltration kann durch Implementierung von Redundanzen und den Betrieb von Filtern im Tandemmodus erreicht werden. Allerdings muss die Größe der Filter zum Produktmassenstrom passen, um häufige Gerätewechsel zu vermeiden, die ein Risiko für Prozessfehler darstellen. Wir haben Doppelschicht- Tiefenfilter mit unterschiedlichen Medien und Porengrößenbewertungen von zwei verschiedenen Anbietern hinsichtlich des Einlassdrucks und der Trübung des ausgefilterten Stroms untersucht. Alle Filter reduzierten die Trübung am Ausgang auf unter 10 NTU. In Anbetracht dessen wird in Figur 11A nur der Einlassdruck aus Gründen der Einfachheit berichtet. Der Tiefenfilter Ertelalsop B4E7 verursachte den geringsten Druckanstieg während des Screenings. In einem Langzeitexperiment blieb der Einlassdruck dieses Geräts weit unter dem vom Hersteller angegebenen Druckschwellenwert (2,4 bar) über etwa 11 Stunden Betriebsdauer bei gegebenem Futterfluss von 1 ,7 ml/min (40 LMH), ohne Trübungserhöhung am Auslass (Figur 11 B). Dieser Filter wurde für den Einsatz im kontinuierlichen Prozess ausgewählt, wobei eine Wechselrate von zwei Filtern pro Tag zu erwarten ist. Continuous depth filtration can be achieved by implementing redundancies and operating filters in tandem mode. However, the size of the filters must match the product mass flow to avoid frequent equipment changes, which pose a risk of process errors. We examined dual layer depth filters with different media and pore size ratings from two different vendors for inlet pressure and filtered stream turbidity. All filters reduced the turbidity at the output to less than 10 NTU. In view of this, only the inlet pressure is reported in Figure 11A for simplicity. The Ertelalsop B4E7 depth filter caused the lowest pressure increase during screening. In a long-term experiment, the inlet pressure of this device remained well below the manufacturer's specified pressure threshold (2.4 bar) for approximately 11 hours of operation at a given feed flow of 1.7 ml/min (40 LMH), without an increase in turbidity at the outlet (Figure 11 B). . This filter was selected for use in a continuous process, with an expected change rate of two filters per day.
3.2.3. Kritische Flussbewertung für verschiedene Hohlfaser-Geometrien 3.2.3. Critical flow evaluation for different hollow fiber geometries
Die Bestimmung des kritischen Flusses ist nützlich für die Auswahl von HF- Modulen für spezifische Anwendungen. Das unter definierten Bedingungen und Konzentrationen erzeugte Fällungsmaterial wird auf dem Modul recycelt, während der Permeatfluss stufenweise erhöht wird. Der kritische Fluss wird willkürlich als der Permeatfluss definiert, bei dem der transmembranale Druck (TMP) stark ansteigt. Für die kontinuierliche Produktion werden HFs weit unterhalb des kritischen Flusses betrieben und normalerweise im Bereich von 1 bis 15 LMH. Dennoch kann die Bestimmung des kritischen Flusses als Parameter zum Vergleich verschiedener Module und zur Auswahl des in spezifischen Prozessbedingungen am besten performenden Moduls verwendet werden. Ein TMP-Anstieg entsprechend maximal 60 Pa/min ist eine übliche Schwelle. Mit dieser Verschmutzungsrate kann ein HF 24 Stunden lang betrieben werden, bevor es ersetzt werden muss (Li and Zidney 2017). Critical flow determination is useful for selecting RF modules for specific applications. The precipitate material produced under defined conditions and concentrations is recycled on the module while the permeate flow is gradually increased. The critical flow is arbitrarily defined as the permeate flow at which the transmembrane pressure (TMP) increases sharply. For continuous production, HFs are operated well below the critical flow and typically in the range of 1 to 15 LMH. Nevertheless, the determination of the critical flow can be used as a parameter to compare different modules and to select the module that performs best in specific process conditions. A TMP increase corresponding to a maximum of 60 Pa/min is a common threshold. At this contamination rate, an HF can operate for 24 hours before needing to be replaced (Li and Zidney 2017).
Die Erfinder haben Membranen mit unterschiedlichen Geometrien wie Faserinnendurchmesser, Porengröße und Weglänge untersucht. Alle HFs wurden bei einer Scherrate von 1600 s-1 getestet. Der kritische Fluss für alle getesteten Module betrug 109 LMH (Figur 12). The inventors examined membranes with different geometries such as fiber inner diameter, pore size and path length. All HFs were tested at a shear rate of 1600 s-1. The critical flow for all modules tested was 109 LMH (Figure 12).
3.2.4 Kontinuierliche Verarbeitung, eigenständige Erfassung und integrierte Perfusions-Erfassung 3.2.4 Continuous processing, standalone acquisition and integrated perfusion acquisition
Ein Flussdiagramm des gesamten Systems ist in Figur 13 dargestellt. Mit der maßgeschneiderten Einrichtung haben die Erfinder einen kontinuierlichen Prozess entweder als eigenständige Erfassung oder als integrierte Perfusions-Erfassung für bis zu 8 Tage durchgeführt. Die gesamte Prozessrückgewinnung betrug 84,5 % und 78,4 % für den eigenständigen und den integrierten Prozess. Ein Vergleich der Perfusionsproduktivität und der Reduktion von Verunreinigungen ist in Tabelle 1 dargestellt. Bei der eigenständigen Erfassung blieb der Trastuzumab-Titer im Abfluss über die letzten drei Tage des Laufs konstant (Figur 14A). Kleine Schwankungen der Produktkonzentration im Abfluss sind auf den Austausch von Filtern und HF-Modulen (Cytiva, 0,011 m2) zurückzuführen. Während des integrierten Prozesses hatten die verfügbaren Module eine größere Membranfläche (Asahi Kasei, Microza, 0,02 m2), daher ein größeres Totvolumen. Dies führte zu höheren Schwankungen der Trastuzumab-Konzentration nach dem Austausch der HF-Module (Figur 14B). A flowchart of the entire system is shown in Figure 13. With the customized facility, the inventors have a continuous process performed either as a stand-alone recording or as an integrated perfusion recording for up to 8 days. The total process recovery was 84.5% and 78.4% for the standalone and integrated processes, respectively. A comparison of perfusion productivity and contaminant reduction is shown in Table 1. When recorded independently, the trastuzumab titer in effluent remained constant over the last three days of the run (Figure 14A). Small fluctuations in product concentration in the drain are due to the replacement of filters and HF modules (Cytiva, 0.011 m2). During the integrated process, the available modules had a larger membrane area (Asahi Kasei, Microza, 0.02 m2), therefore a larger dead volume. This resulted in higher fluctuations in trastuzumab concentration after replacing the RF modules (Figure 14B).
Tabelle 1. Vergleich der Perfusionsproduktivität, der Rückgewinnung von Abscheidungsschritten und der Verringerung von Verunreinigungen bei der alleinigen Abscheidung und bei den integrierten Perfusions-Abscheidungsverfahren. Table 1. Comparison of perfusion productivity, capture step recovery, and contaminant reduction for standalone capture and integrated perfusion capture processes.
Stand-alone Integrated Stand-alone Integrated
PVP g ■ (L pro Tag) -1 * 0.4 1.0 PVP g ■ (L per day) - 1 * 0.4 1.0
Prozessiertes Volumen (L / 2 2 Processed volume (L / 2 2
Tag) gereinigter mAb (g) 4.5 11.9 day) purified mAb (g) 4.5 11.9
HCPs (LRV) 1.1 1 hcDNA (LRV) 1.7 1.9 HCPs (LRV) 1.1 1 hcDNA (LRV) 1.7 1.9
Rückgewinnung (%) 84.5 78.4 Recovery (%) 84.5 78.4
Dennoch war die resultierende Produktreinheit für die beiden Prozesse vergleichbar, konstant über die Zeit und lag zwischen 85 % und 95 % (Figur 15). Bei beiden Prozessen lag die endgültige Konzentration von hcDNA und HCPs nach der Erfassung durchschnittlich bei 30 ppm bzw. 50 000 ppm. Bemerkenswert ist, dass während des integrierten Perfusions-Erfassungsprozesses der Gehalt an Verunreinigungen im CCCS an allen Tagen variierte, während im eigenständigen Prozess einen Pool verwendet werden und somit eine konstante Zusammensetzung des CCCS während des gesamten Prozesses vorlag. Dennoch erzielten wir für beide Prozesse ein ähnliches Niveau an verbleibenden Verunreinigungen (Figur 16A und B). Dies unterstreicht die Robustheit des Fällungsschritts: Die Löslichkeit von POI und Verunreinigungen wird durch die Fällungsbedingungen bestimmt. Aus diesem Grund wird erwartet, dass das Verhältnis dieser Komponenten nach der Fällung (wenn identische Fällungsbedingungen angewendet werden) konstant ist, wie in den Experimenten festgestellt werden. Nevertheless, the resulting product purity for the two processes was comparable, constant over time and between 85% and 95% (Figure 15). For both processes, the final concentration of hcDNA and HCPs after capture averaged 30 ppm and 50,000 ppm, respectively. It is noteworthy that during the integrated perfusion detection process, the content of impurities in the CCCS varied on all days, while in the stand-alone process a pool was used and thus there was a constant composition of the CCCS throughout the entire process. Nevertheless, we achieved similar levels of residual impurities for both processes (Figure 16A and B). This underlines the robustness of the precipitation step: the solubility of POI and impurities is determined by the precipitation conditions. For this reason, the ratio of these components is expected to be constant after precipitation (when identical precipitation conditions are applied), as found in the experiments.
3.2.5 Verweilzeitverteilung der kontinuierlichen Fällung und TFF 3.2.5 Residence time distribution of continuous precipitation and TFF
Die Erfinder haben die Verweilzeitverteilung des Systems ermittelt, in dem das Antikörper in Form von Fällung vorliegt (der PEGeooo-Röhrenreaktor und die beiden Stufen der TFF) durch Pulsspritzexperimente. Frühere Arbeiten haben bereits bewiesen, dass das Verhalten des ausgefällten Antikörpers dem Verhalten von Salz entspricht, wenn statische Mischer in Röhrenreaktoren verwendet werden (Burgstaller 2019). Daher werden NaCI als Tracer für die Experimente verwendet. Ungefähr 7 Reaktorvolumina (0) waren notwendig, um das gesamte eingeführte Salz aus dem System zu spülen (Figur 17). Die durchschnittliche Verweilzeit bei den gegebenen Prozessflussraten und dem Systemvolumen beträgt 15,4 Stunden. Diese Zeit könnte jedoch drastisch reduziert werden, abhängig vom Gesamtvolumen des Systems, dem Upstream-Maßstab und den gewünschten Umwandlungsraten in den beiden TFF-Stufen (ausgedrückt als Prozentsatz der Zufuhr zu den Abflussraten in jeder Stufe). Als Beispiel wurde in dem Prozess eine Umwandlungsrate von 95% angewendet. The inventors determined the residence time distribution of the system in which the antibody is in the form of precipitation (the PEGeooo tube reactor and the two stages of the TFF) through pulse spray experiments. Previous work has already proven that the behavior of the precipitated antibody corresponds to the behavior of salt when static mixers are used in tubular reactors (Burgstaller 2019). Therefore, NaCl is used as a tracer for the experiments. Approximately 7 reactor volumes (0) were necessary to flush all of the introduced salt from the system (Figure 17). The average residence time at the given process flow rates and system volume is 15.4 hours. However, this time could be drastically reduced depending on the total volume of the system, the upstream scale, and the desired conversion rates in the two TFF stages (expressed as a percentage of feed to outflow rates in each stage). As an example, a conversion rate of 95% was used in the process.
Abhängig vom Grad der löslichen Verunreinigungen könnte eine Umwandlungsrate von 90% oder weniger angewendet werden. In diesem Fall würde die durchschnittliche Verweilzeit auf 7,8 Stunden halbiert. Darüber hinaus wird die gemeldete durchschnittliche Verweilzeit bei einem kontinuierlichen Prozess von 30 Tagen oder mehr im Vergleich zur Prozessdauer und zur durchschnittlichen Verweilzeit des Produkts im Perfusionsbioreaktor vernachlässigbar. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen. Depending on the level of soluble impurities, a conversion rate of 90% or less could be applied. In this case, the average residence time would be halved to 7.8 hours. Furthermore, for a continuous process of 30 days or more, the reported average residence time becomes negligible compared to the process duration and the average residence time of the product in the perfusion bioreactor. With regard to further advantageous embodiments of the device according to the invention, in order to avoid repetition, reference is made to the general part of the description and to the attached claims.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Finally, it should be expressly pointed out that the exemplary embodiments of the device according to the invention described above only serve to discuss the claimed teaching, but do not limit it to the exemplary embodiments.
REFERENZEN CREDENTIALS
Burgstaller, Continuous recovery of antibodies with non-interrupted mass flow of the product, Wien, 2019, pp. VII, 38 Blätter, 10 ungezählte Blätter, 13 Blätter, Illustrationen, Diagramme. Burgstaller, Continuous recovery of antibodies with non-interrupted mass flow of the product, Vienna, 2019, pp. VII, 38 sheets, 10 uncounted sheets, 13 sheets, illustrations, diagrams.
Dutra, D. Komuczki, A. Jungbauer, P. Satzer, Continuous capture of recombinant antibodies by ZnCI2 precipitation without polyethylene glycol, Engineering in Life Sciences 20(7) (2020) 265-274. Dutra, D. Komuczki, A. Jungbauer, P. Satzer, Continuous capture of recombinant antibodies by ZnCl2 precipitation without polyethylene glycol, Engineering in Life Sciences 20(7) (2020) 265-274.
Li, A.L. Zydney, Effect of zinc chloride and PEG concentrations on the critical flux during tangential flow microfiltration of BSA precipitates, Biotechnology Progress 33(6) (2017) 1561 -1567. Li, A.L. Zydney, Effect of zinc chloride and PEG concentrations on the critical flux during tangential flow microfiltration of BSA precipitates, Biotechnology Progress 33(6) (2017) 1561 -1567.
Mercille, M. Johnson, R. Lemieux, B. Massie, Filtration-based perfusion of hybridoma cultures in protein-free medium: Reduction of membrane fouling by medium supplementation with DNase I, Biotechnol Bioeng 43(9) (1994) 833-46.Mercille, M. Johnson, R. Lemieux, B. Massie, Filtration-based perfusion of hybridoma cultures in protein-free medium: Reduction of membrane fouling by medium supplementation with DNase I, Biotechnol Bioeng 43(9) (1994) 833-46 .
Recanati, R. Coca-Whiteford, P. Scheidl, B. Sissolak, A. Jungbauer, Redissolution of recombinant antibodies precipitated by ZnCI2, Process Biochemistry 118 (2022) 145-153. Recanati, R. Coca-Whiteford, P. Scheidl, B. Sissolak, A. Jungbauer, Redissolution of recombinant antibodies precipitated by ZnCI2, Process Biochemistry 118 (2022) 145-153.
Sissolak, C. Zabik, N. Saric, W. Sommeregger, K. Vorauer-Uhl, G. Striedner, Application of the Bradford Assay for Cell Lysis Quantification: Residual Protein Content in Cell Culture Supernatants, Biotechnology Journal 14(7) (2019) 1800714. Sissolak, C. Zabik, N. Saric, W. Sommeregger, K. Vorauer-Uhl, G. Striedner, Application of the Bradford Assay for Cell Lysis Quantification: Residual Protein Content in Cell Culture Supernatants, Biotechnology Journal 14(7) (2019 ) 1800714.

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, wobei die Vorrichtung einen modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen aufweist, wobei die Module mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, mindestens ein Pumpenmodul, und mindestens ein Dosierungsmodul umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass vom ersten bis zum letzten Modul ein ununterbrochener kontinuierlicher Produktstrom ermöglicht wird. 1. Device for the continuous purification of a biotechnological product, the device having a modular structure with individual modules connected to one another, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, characterized in that the device is designed in this way is that an uninterrupted continuous product flow is enabled from the first to the last module.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass 2. Device according to claim 1, characterized in that
• die Vorrichtung hinsichtlich eines automatischen Erreichens und Aufrechterhaltens eines Fließgleichgewichts des Produktstroms und/oder hinsichtlich einer Druckverteilung in der Vorrichtung selbstregulierend ausgebildet ist; und/oder • the device is designed to be self-regulating with regard to automatically achieving and maintaining a flow equilibrium of the product stream and/or with regard to pressure distribution in the device; and or
• bei laufenden Betrieb ohne Unterbrechung des Produktstroms Funktionselemente der Module gewartet oder ausgetauscht werden können. • Functional elements of the modules can be maintained or replaced during ongoing operation without interrupting the product flow.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner mindestens ein Probenentnahmemodul und/oder ein Durchmischungsmodul aufweist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device further has at least one sampling module and / or a mixing module.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module direkt oder indirekt jeweils über ein geeignetes Kopplungselement, vorzugsweise steril, miteinander gekoppelt sind. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the individual modules are coupled to one another directly or indirectly via a suitable coupling element, preferably sterile.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tandem-Abtrennungsmodul zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten, ausgewählt aus Filter und Chromatographie- Säulen, in Parallelschaltung umfasst, wobei die zwei Durchflussabtrennungseinheiten alternierend mit dem Produktstrom verbindbar sind, und wobei das Tandem-Abtrennungsmodul bevorzugt mindestens einen Drucksensor, der mit der Steuerung der Vorrichtung oder des Moduls verbunden ist, und besonders bevorzugt steril isierbar ausgestaltet ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tandem separation module comprises two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, connected in parallel, the two flow separation units being alternately connectable to the product stream, and wherein the tandem separation module preferably at least one pressure sensor that is connected to the Control of the device or module is connected, and is particularly preferably designed to be sterilizable.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenmodul eine oder mehrere Pumpen und einen Volumenstromsensor, insbesondere einem Ultraschallvolumenstromsensor, aufweist, der mit der Steuerung des Pumpenmoduls verbunden ist, und konstante Flussraten gewährleistet. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump module has one or more pumps and a volume flow sensor, in particular an ultrasonic volume flow sensor, which is connected to the control of the pump module and ensures constant flow rates.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierungsmodul ausgebildet ist, um eine kontinuierliche Dosierung von Zugabestoffen zu gewährleisten, wobei das Dosierungsmodul bevorzugt einen Versorgungsbehälter und einen Zwischenbehälter aufweist, zwischen denen besonders bevorzugt eine Filtereinheit angeordnet ist, die vorzugsweise mit einem Drucksensor ausgestattet ist. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dosing module is designed to ensure a continuous dosing of additives, the dosing module preferably having a supply container and an intermediate container, between which a filter unit is particularly preferably arranged, which is preferably with is equipped with a pressure sensor.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmischungsmodul ausgebildet ist, um mehrere Teilströme in einer geringen Verweilzeitverteilung zu vermischen, wobei das Durchmischungsmodul bevorzugt aus einem Schlauchsystem mit Mischeinsatz besteht, besonders bevorzugt ein Einwegartikel, und vorzugsweise mindestens ein Spektrometer zur Bestimmung der volumetrischen Konzentration und/oder der Vermischungseffizienz aufweist. 8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the mixing module is designed to mix several partial streams in a small residence time distribution, the mixing module preferably consisting of a hose system with a mixing insert, particularly preferably a disposable item, and preferably at least one Spectrometer for determining the volumetric concentration and / or the mixing efficiency.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenentnahmemodul ausgestaltet ist, um eine Probe aus einem kontinuierlichen System zu entnehmen, ohne dabei den Produktstrom zu unterbrechen, wobei das Probenentnahmemodul bevorzugt einen Probenaufnahmebehälter und einen Pufferbehälter aufweist, die mit dem Produktstrom simultan verbindbar angeordnet sind, so dass gleichzeitig im gleichen Maße Flüssigkeit aus dem Produktstrom in den Probenaufnahmebehälter und Puffer aus dem Pufferbehälter in den Hauptstrom fließen kann. 9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the sampling module is designed to remove a sample from a continuous system without interrupting the product flow, the sampling module preferably having a sample receiving container and a buffer container, which with are arranged to be simultaneously connectable to the product stream, so that at the same time liquid can flow from the product stream into the sample receiving container and buffer from the buffer container into the main stream to the same extent.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines oder mehrerer Aufreinigungsschritte ausgebildet ist und bevorzugt mehrere aus den Modulen aufgebaute Einrichtungen aufweist, ausgewählt aus: 10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the device is designed to carry out one or more purification steps and preferably has several devices constructed from the modules, selected from:
• einer DNA-Abtrennungseinrichtung, besonders bevorzugt enthaltend ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem- Abtrennungsmodul; • a DNA separation device, particularly preferably containing a dosing module, a mixing module and a tandem separation module;
• einer Proteinabtrennungseinrichtung, besonders bevorzugt enthaltend ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem- Abtrennungsmodul, • a protein separation device, particularly preferably containing a dosing module, a mixing module and a tandem separation module,
• einer Konzentrierungseinrichtung, besonders bevorzugt enthaltend ein Tandem -Abtrennungsmodul; • a concentration device, particularly preferably containing a tandem separation module;
• einer Umpufferungseinrichtung, besonders bevorzugt enthaltend ein Dosierungsmodul, ein Durchmischungsmodul und ein Tandem- Abtrennungsmodul; • a buffering device, particularly preferably containing a dosing module, a mixing module and a tandem separation module;
• einer Resolubilisierungseinrichtung, besonders bevorzugt enthaltend ein Dosierungsmodul und ein Durchmischungsmodul; und • a resolubilization device, particularly preferably containing a dosing module and a mixing module; and
• einer Virusinaktivierungseinrichtung, besonders bevorzugt enthaltend ein Dosierungsmodul und ein Durchmischungsmodul. • a virus inactivation device, particularly preferably containing a dosing module and a mixing module.
11 . Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung keine Zwischentanks zwischen den Modulen und/oder Einrichtungen enthält. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device does not contain any intermediate tanks between the modules and/or devices.
12. Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts in einer Vorrichtung mit einem modularen Aufbau mit einzelnen miteinander verbundenen Modulen, wobei die Module mindestens ein Tandem- Abtrennungsmodul, mindestens ein Pumpenmodul, und mindestens ein Dosierungsmodul umfassen, umfassend die folgenden Schritte: 12. A method for the continuous purification of a biotechnological product in a device with a modular structure with individual interconnected modules, the modules comprising at least one tandem separation module, at least one pump module, and at least one dosing module, comprising the following steps:
- kontinuierliches Zuführen eines das biotechnologische Produkt und Verunreinigungen enthaltenden Produktstroms zu einer ersten Aufreinigungseinrichtung der Vorrichtung, wobei die Einrichtung mindestens ein Tandem-Abtrennungsmodul, gegebenenfalls mindestens ein Dosierungsmodul und gegebenenfalls ein Durchmischungsmodul umfasst; - ununterbrochener kontinuierlicher Transport des Produktstroms von einem Modul der Aufreinigungseinrichtung zum Nächsten, - continuously feeding a product stream containing the biotechnological product and impurities to a first purification device of the device, the device comprising at least one tandem separation module, optionally at least one dosing module and optionally a mixing module; - uninterrupted, continuous transport of the product stream from one module of the purification device to the next,
- kontinuierliches Ausgeben des Produktstroms mit reduzierten Verunreinigungen aus der Einrichtung. - Continuous output of the product stream with reduced impurities from the facility.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das biotechnologischen Produkt ein Protein, ausgewählt aus einem Blutgerinnungsfaktor, einem Peptid-Hormon, einem Wachstumsfaktor, einem Interferon, eine Interleukin-Analogon, oder einem Impfstoff, einem Antikörper, bevorzugt Antikörper der Klassen lgG1-4, IgM und IgG, IgE, oder Derivaten davon, oder eine Nukleinsäure, ausgewählt aus DNA, RNA, wie Antisense-RNA, oder Antisense-Oligonukleotiden ist. 13. The method according to claim 12, characterized in that the biotechnological product is a protein selected from a blood clotting factor, a peptide hormone, a growth factor, an interferon, an interleukin analogue, or a vaccine, an antibody, preferably antibodies of the IgG1 class -4, IgM and IgG, IgE, or derivatives thereof, or a nucleic acid selected from DNA, RNA, such as antisense RNA, or antisense oligonucleotides.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ohne Lagerung des Produktstroms in Zwischentanks realisiert wird und/oder ohne Elutionschromatographie ausgeführt wird. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the method is implemented without storing the product stream in intermediate tanks and / or is carried out without elution chromatography.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist. 15. Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the device is a device according to one of claims 1 to 11.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufreinigungseinrichtung eine Flow-Through-Chromatographie oder eine Proteinfällung gefolgt von einer Filtration, beispielsweise eine Dead-End- oder Tangentialfluss-Filtration, verwendet wird. 16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that flow-through chromatography or protein precipitation followed by filtration, for example dead-end or tangential flow filtration, is used in the purification device.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Tandem-Abtrennungsmodul zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten, ausgewählt aus Filter und Chromatographie-Säulen, in Parallelschaltung und einen Drucksensor umfasst, und eine der beiden Durchflussabtrennungseinheiten mit dem Produktstrom in Verbindung steht und der Produktstrom bei Überschreiten eines Schwellenwerts für den Druck als Maß für das Erreichen der Füllkapazität der Durchflussabtrennungseinheit, auf die andere Durchflussabtrennungseinheit umgeschaltet wird, wobei bevorzugt die erste Durchflussabtrennungseinheit unter Sterilisation der Verbindungstücke gegen eine neue Durchflussabtrennungseinheit ausgetauscht wird. 17. The method according to any one of claims 12 to 16, characterized in that the tandem separation module comprises two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, in parallel connection and a pressure sensor, and one of the two flow separation units is connected to the product stream and the product flow is switched to the other flow separation unit when a threshold value for the pressure is exceeded as a measure of reaching the filling capacity of the flow separation unit, preferably the first flow separation unit is replaced with a new flow separation unit with sterilization of the connecting pieces.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Zugabestoffe, wie der Präzipitant für die Fällung, über ein Dosierungsmodul dem Produktstrom zugeführt werden, wobei das Dosierungsmodul einen Versorgungsbehälter und einen Zwischenbehälter aufweist, zwischen denen eine Filtereinheit angeordnet ist, die mit einem Drucksensor ausgestattet ist, und wobei der Zwischenbehälter mit dem Produktstrom verbunden und gleichzeitig der Versorgungsbehälter vom Produktstrom getrennt wird, wenn der Versorgungsbehälter leer ist und/oder der Druck an der Filtereinheit einen Schwellenwert überschreitet. 18. The method according to any one of claims 12 to 17, characterized in that additives, such as the precipitant for the precipitation, are supplied to the product stream via a dosing module, the dosing module having a supply container and an intermediate container, between which a filter unit is arranged is equipped with a pressure sensor, and wherein the intermediate container is connected to the product stream and at the same time the supply container is separated from the product stream when the supply container is empty and / or the pressure at the filter unit exceeds a threshold value.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Probenentnahmemodul, umfassend einen Probenaufnahmebehälter und einen Pufferbehälter, eine Probe aus dem Produktstrom entnommen wird, ohne dabei den Produktstrom zu unterbrechen, wobei der Probenaufnahmebehälter und der Pufferbehälter mit dem Produktstrom simultan verbunden werden, so dass gleichzeitig Flüssigkeit aus dem Produktstrom in den Probenaufnahmebehälter und im gleichen Maße Puffer aus dem Pufferbehälter in den Produktstrom fließt. 19. The method according to any one of claims 12 to 18, characterized in that a sample is removed from the product stream via a sampling module, comprising a sample receptacle and a buffer container, without interrupting the product flow, the sample receptacle and the buffer container being connected to the product stream be connected simultaneously, so that at the same time liquid flows from the product stream into the sample receiving container and to the same extent buffer flows from the buffer container into the product stream.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufreinigung einen oder mehrere der folgenden Schritte in dafür geeigneten Eirichtungen umfasst: DNA-Abtrennung, Proteinabtrennung, Umpufferung, Proteinkonzentration und Virusinaktivierung, wobei bevorzugt das biotechnologische Produkt ein Antikörper ist und das Verfahren jeden der genannten Schritte umfasst. 20. The method according to any one of claims 12 to 19, characterized in that the purification comprises one or more of the following steps in suitable facilities: DNA separation, protein separation, rebuffering, protein concentration and virus inactivation, the biotechnological product preferably being an antibody and the procedure includes each of the steps mentioned.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließgleichgewicht der kontinuierlichen Aufreinigung über einen Zeitraum von mindestens einer Woche, bevorzugt mindestens 4 Wochen, besonders bevorzugt mindestens 3 Monaten, vorzugsweise mindestens 6 Monaten aufrechterhalten wird. 21. The method according to any one of claims 12 to 20, characterized in that the steady state of the continuous purification is maintained over a period of at least one week, preferably at least 4 weeks, particularly preferably at least 3 months, preferably at least 6 months.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Aufreinigung mit einer kontinuierlichen Proteinherstellung gekoppelt ist. 22. The method according to any one of claims 12 to 21, characterized in that the continuous purification is coupled with continuous protein production.
23. Tandem-Abtrennungsmodul zur Verwendung in einem Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass das Tandem-Abtrennungsmodul zwei identische Durchflussabtrennungseinheiten, ausgewählt aus Filter und Chromatographie- Säulen, in Parallelschaltung umfasst, wobei die zwei Durchflussabtrennungseinheiten alternierend mit dem Produktstrom verbindbar sind, und wobei das Tandem-Abtrennungsmodul mindestens einen Drucksensor und mindestens ein Spektrometer aufweist, die mit der Steuerung des Moduls verbunden sind, und besonders bevorzugt sterilisierbar ausgestaltet ist. 23. Tandem separation module for use in a process for the continuous purification of a biotechnological product, characterized in that the tandem separation module comprises two identical flow separation units, selected from filters and chromatography columns, in parallel connection, the two flow separation units being alternately connectable to the product stream are, and wherein the tandem separation module has at least one pressure sensor and at least one spectrometer, which are connected to the control of the module, and is particularly preferably designed to be sterilizable.
24. Probenentnahmemodul zur Verwendung in einem Verfahren zur kontinuierlichen Aufreinigung eines biotechnologischen Produkts, dadurch gekennzeichnet, dass das Probenentnahmemodul ausgestaltet ist, um eine Probe aus einem kontinuierlichen System zu entnehmen, ohne dabei den Produktstrom zu unterbrechen, wobei das Probenentnahmemodul bevorzugt einen Probenaufnahmebehälter und einen Pufferbehälter, die mit dem Produktstrom simultan verbindbar angeordnet sind, umfasst, so dass gleichzeitig und in gleichen Maße Flüssigkeit aus dem Produktstrom in den Probenaufnahmebehälter und Puffer aus dem Pufferbehälter in den Produktstrom fließen kann. 24. Sampling module for use in a method for the continuous purification of a biotechnological product, characterized in that the sampling module is designed to remove a sample from a continuous system without interrupting the product flow, the sampling module preferably having a sample receiving container and a buffer container , which are arranged to be simultaneously connectable to the product stream, so that liquid can flow from the product stream into the sample receiving container and buffer from the buffer container into the product stream at the same time and to the same extent.
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