Τι είναι ένας αντιδραστήρας μίας χρήσης; Τεχνολογία μιας χρήσης, Οφέλη & Εφαρμογές

Τι είναι ένας αντιδραστήρας μίας χρήσης; Τεχνολογία, οφέλη και εφαρμογές

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας αντιδραστήρας μίας χρήσης και ποια πλεονεκτήματα προσφέρει η τεχνολογία βιοεπεξεργασίας μιας χρήσης έναντι των παραδοσιακών αντιδραστήρων από ανοξείδωτο χάλυβα;Ο αντιδραστήρας μίας χρήσης (SUR) είναι ένα δοχείο βιοεπεξεργασίας στο οποίο τα στοιχεία που έρχονται σε επαφή με το προϊόν (ευέλικτη σακούλα με φιλμ, τροχός αναστάτωσης, αισθητήρες και σωλήνες) είναι αναλώσιμα,Συγκροτήματα πολυμερών με ακτινοβολία γάμμα (25-50 kGy) εγκατεστημένα σε δομή στήριξης από ανοξείδωτο χάλυβα επαναχρησιμοποιήσιμηΟι σακούλες μιας χρήσης κατασκευάζονται από πολυεπίπεδες ταινίες που έχουν πιστοποιηθεί κατά την κατηγορία USP VI (συνήθως PE στρώμα επαφής, εμπόδιο EVA,και φραγμός αερίων PA/EVOH) που επικυρώθηκαν σύμφωνα με τις USP < 665> και < 1031> για τα εκχυλίσσιμα και τα διάλυμαΟι αντιδραστήρες μίας χρήσης εξαλείφουν την επικύρωση καθαρισμού σε θέση (CIP) και αποστείρωσης σε θέση (SIP), μειώνουν το χρόνο μετάβασης από 2-3 εβδομάδες σε 4-8 ώρες, εξαλείφουν τον κίνδυνο διασταυρούμενης μόλυνσης,και να μειώσει τις κεφαλαιακές δαπάνες κατά 30-40% σε σύγκριση με τις εγκαταστάσεις από ανοξείδωτο χάλυβαΑποτελούν το πρότυπο στην κυτταρική θεραπεία (CAR-T), το εμβόλιο, την κλινική δοκιμή και την ευέλικτη βιοπαραγωγή πολλαπλών προϊόντων, με πυκνότητα κυττάρων που φτάνει τα 20x10^6 κύτταρα/ml σε κατάσταση διάχυσης.

1Βασικές αρχές σχεδιασμού των αντιδραστήρων μίας χρήσης

Ο σχεδιασμός αντιδραστήρα μίας χρήσης ενσωματώνει τέσσερις αρχές τεχνολογίας μιας χρήσης:

• Κατασκευή πολυεπίπεδων ταινιών και έλεγχος εκχυλίσσιμων υλώνΤο στρώμα επαφής με το προϊόν είναι συνήθως πολυαιθυλένιο εξαιρετικά χαμηλής πυκνότητας (ULDPE) ή γραμμικό PE χαμηλής πυκνότητας (LLDPE), παρέχοντας χημική αδρανότητα και χαμηλά εκχυλίσσιμα.Το στρώμα φραγμού (EVA ή EVOH) ελαχιστοποιεί το αέριο (O2Η μηχανική αντοχή προέρχεται από τα εξωτερικά στρώματα νάιλον (PA) ή πολυεστέρα.Τα εκχυλίσσιμα προϊόντα αξιολογούνται σύμφωνα με την USP <665> χρησιμοποιώντας διαλύτες μοντέλου (50% αιθανόλη)Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των επιπέδων ακαθαρσίας των συστατικών Q3D (Pd < 10 ppm, Cd < 2 ppm, Pb < 5 ppm).
• Αποστείρωση με ακτινοβολία γάμμα και χαρτογράφηση δόσηςΤα συγκροτήματα μίας χρήσης αποστειρώνονται με ακτινοβολία γάμμα από πηγές Κοβάλτιο-60 σε δόσεις 25-50 kGy (ελάχιστο 25 kGy σύμφωνα με το ISO 11137 για τα προϊόντα υγείας).Η χαρτογράφηση της δόσης εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή της δόσης σε ολόκληρο τον όγκο της συσκευασίας, με αναλογία δόσης (max/ min) μικρότερη από 1.5Η στειρότητα των υλικών με τη στειρότητα gamma επιτυγχάνεται με ένα επίπεδο διασφάλισης στειρότητας (SAL) 10^-6.Το LLDPE και το EVA είναι σταθερά σε ακτίνες γάμμα., ενώ ορισμένα σκευάσματα PVC είναι κίτρινα και εύθραυστα άνω των 50 kGy.
• Ενσωματωμένοι αισθητήρες μίας χρήσης και σχεδιασμός κλειστού συστήματοςΟι μόνιμοι ανιχνευτές pH (οπτικοί, με βάση τη φθορά), οι αισθητήρες διαλυμένου οξυγόνου (οπτικοί, προκαθορισμένοι) και οι ανιχνευτές θερμοκρασίας ενσωματώνονται στην σακούλα μέσω προ-υπευτισμένων θύρων.Το σχέδιο κλειστού συστήματος με αποστειρωμένη συγκόλληση (σωλήνες TPE) και ασηπτικούς συνδέσμους (SteamThru)Η μεταφορά προϊόντων και η δειγματοληψία χρησιμοποιούν προστεριωμένες σωληνώσεις σωλήνων και συνδέσμους μίας χρήσης,διατήρηση των συνθηκών ISO 5 (Τάξη Α) χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση στην κρίσιμη ζώνη.

2Οι κύριοι τύποι και οι εφαρμογές των αντιδραστήρων μίας χρήσης

Οι αντιδραστήρες μίας χρήσης κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την εφαρμογή της βιοεπεξεργασίας και τον τύπο της κυτταρικής γραμμής:

• Βιοαντιδραστήρας μίας χρήσης (SUB) για κυτταρική καλλιέργεια θηλαστικώνΤα υποβρύχια με αναμειγμένη δεξαμενή (50-2.000 L όγκο εργασίας) με σακούλες μιας χρήσης και εξωτερική μαγνητική ή μηχανική κίνηση.k_La = 5-15 /h) και θαλάσσιου τύπου (ευαίσθητος σε κούρεμα)Το σπάρζινγκ χρησιμοποιεί μικροσπάρζινγκ (0,5-2 χιλιοστά φυσαλίδες) για τη μεταφορά οξυγόνου ή ανοικτό σωλήνα για απομάκρυνση του CO2.Τυπικές πυκνότητες κυττάρων CHO είναι 15-20x10^6 κυττάρα/ml σε τροφοδοτούμενη παρτίδα ή 50-100x10^6 σε έγχυση με εναλλασσόμενη φιλτραρίωση tangential flow (ATF)Χρησιμοποιείται για μονοκλωνικά αντισώματα, ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες και παραγωγή εμβολίων.
• Μία φορά χρησιμοποιούμενος βιοαντιδραστήρας κουνιστής κίνησηςΧρησιμοποιεί μια πλατφόρμα κουνήματος (6-12 μοίρες, 20-40 βράχοι/λεπτο) για να αναμειγνύσει και να οξυγονώσει το εναιώρημα των κυττάρων σε μια σακούλα σε σχήμα μαξιλαριού (10-40 λίτρα όγκο εργασίας).Η κίνηση κύματος υγρού δημιουργεί μεγάλη διεπαφή αερίου-ρευστότητας (k_La = 3-8 /h) με ελάχιστη κοπήΗ κλιμάκωση χρησιμοποιεί πολλαπλές σακούλες παράλληλα αντί για αύξηση όγκου.Χρησιμοποιείται για την παραγωγή λεντιϊού, κυτταρική θεραπεία ειδική για τον ασθενή και ανάπτυξη διαδικασιών σε πρώιμο στάδιο.
• Χημικός αντιδραστήρας μίας χρήσης για μικρομόρια APIΕνιαίες σακούλες PEEK ή PTFE (5-100 L) με ρυθμιστή θερμοκρασίας (−20 έως 120 °C) και μαγνητική ανάμειξη.Σχεδιασμένα για την κατασκευή κλινικών προμηθειών GMP και τη σύνθεση πολλαπλών προϊόντων όπου η ταχύτητα αλλαγής και η εξάλειψη της διασταυρούμενης μόλυνσης υπερβαίνουν το κόστος των συστατικών μιας χρήσης ανά παρτίδαΟι μελέτες για τα εκχυλίσσιμα συμπληρώνουν τη συμμόρφωση ICH Q7 για μη αποστειρωμένη επεξεργασία API.

Σύγκριση αντιδραστήρων μονοχρηστικής χρήσης έναντι αντιδραστήρων από ανοξείδωτο χάλυβα

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η δόση ακτινοβολίας γάμμα που χρησιμοποιείται για την αποστείρωση των σακουλών αντιδραστήρα μίας χρήσης;

Α: Οι σακούλες αντιδραστήρα μίας χρήσης αποστειρώνονται με ακτινοβολία γάμμα (κοβάλτιο-60) σε ελάχιστη δόση 25 kGy σύμφωνα με το ISO 11137, με τυπικό εύρος δόσεων 25-50 kGy.Αυτό επιτυγχάνει επίπεδο διασφάλισης στείρωσης (SAL) 10^-6Η χαρτογράφηση της δόσης επαληθεύει την ομοιόμορφη κατανομή σε ολόκληρο το συσκευασμένο σύνολο, με λόγο δόσης (μέγιστο/λεπτο) κάτω από 1.5Το στρώμα επαφής πολυαιθυλενίου και το στρώμα φραγμού EVA είναι σταθερά σε γ-μα,αλλά απαιτείται ειδική αξιολόγηση του υλικού, επειδή το gamma προκαλεί διάσπαση αλυσίδας ή διασταύρωση, η οποία μπορεί να επηρεάσει τις μηχανικές ιδιότητες και τα προφίλ των εκχυλίσσιμων υλών.

Ε: Ποιες είναι οι μελέτες για τα εκχυλίσσιμα υλικά και τα υλικά διάλυσης για τις σακούλες αντιδραστήρα μίας χρήσης;

Α: Τα εκχυλίσσιμα είναι ενώσεις που μπορούν να εξαναγκαστούν από το υλικό της σακούλας υπό υπερβολικές συνθήκες (υψωμένη θερμοκρασία, παρατεταμένος χρόνος επαφής, επιθετικοί διαλύτες συμπεριλαμβανομένου του 50% αιθανόλης, 0,1 M NaOH,τα υλικά που μπορούν να εξαχθούν είναι το υποσύνολο των υλών που μπορούν να εξαχθούν και τα οποία μεταναστεύουν πραγματικά στο υγρό της διαδικασίας υπό πραγματικές συνθήκες κατασκευής,ποσοτικοποιείται ανά USP < 1031> και συγκρίνεται με τα όρια ρύπων στοιχείων ICH Q3DΟι μελέτες πρέπει να αποδεικνύουν ότι κανένα διάλυμα δεν υπερβαίνει το 30% της επιτρεπόμενης ημερήσιας έκθεσης (PDE) για κάθε στοιχείο.

Ε: Πώς είναι ο χρόνος μετάβασης ενός αντιδραστήρα μίας χρήσης σε σύγκριση με τον ανοξείδωτο χάλυβα;

Α: Η αλλαγή αντιδραστήρα μίας χρήσης απαιτεί 4-8 ώρες (αφαίρεση σακούλας, εγκατάσταση νέας σακούλας, βαθμονόμηση αισθητήρα και δοκιμή ακεραιότητας πριν από τη χρήση).Η αλλαγή αντιδραστήρα από ανοξείδωτο χάλυβα απαιτεί 2-3 εβδομάδες για CIP (πολυβήχος χημικός καθαρισμός με δειγματοληψία επικύρωσης), SIP (3 διαδοχικοί κύκλοι αποστείρωσης με ατμό με βιολογικούς δείκτες) και τεκμηρίωση καταγραφής παρτίδας.Η 50-80 φορές ταχύτερη μετάβαση επιτρέπει την κατασκευή πολλαπλών προϊόντων με ελάχιστη επικαλύπτωση της καμπάνιας, η οποία είναι απαραίτητη για την ευελιξία του CDMO, την ειδική παραγωγή ασθενών κυτταρικής θεραπείας και την κατασκευή υλικού κλινικής δοκιμής.

Ε: Τι πυκνότητα κυττάρων μπορούν να επιτύχουν οι βιοαντιδραστήρες μίας χρήσης;

Α: Stirred-tank single-use bioreactors (SUBs) achieve CHO cell densities of 15-20x10^6 cells/mL in fed-batch mode and 50-100x10^6 cells/mL in perfusion mode with alternating tangential flow (ATF) filtrationΟι βιοαντιδραστήρες κυματικής κίνησης επιτυγχάνουν χαμηλότερες πυκνότητες (5-15x10^6 κύτταρα/ml) λόγω της χαμηλότερης μεταφοράς οξυγόνου (k_La = 3-8 /h έναντι 15-30 /h για αναμειγμένη δεξαμενή).Ο περιοριστικός παράγοντας στα συστήματα μίας χρήσης είναι η μεταφορά μάζας αερίου-ρευστότητας, δεδομένου ότι τα ποσοστά σπαρκασμού άνω των 0,1 vvm μπορούν να προκαλέσουν υπερβολική αφρόκρεμα και ενδεχόμενη υπερβολική πίεση της σακούλας, απαιτώντας στρατηγικές antifoam.