Τι είναι οι εξατομικευμένοι βιοαντιδραστήρες; Επιλογές σχεδιασμού, υλικά και έλεγχος

Τι είναι ένας προσαρμοσμένος βιοαντιδραστήρας και πώς η προσαρμογή διαφέρει για την κυτταρική καλλιέργεια έναντι της μικροβιακής εργασίας;Ένας εξατομικευμένος βιοαντιδραστήρας για κυτταρική καλλιέργεια έχει σχεδιαστεί γύρω από τέσσερις περιορισμούς που σχεδόν δεν έχουν σημασία στη μικροβιακή ζύμωση: ακραία ευαισθησία στο κούρεμα, χαμηλή ζήτηση οξυγόνου ανά μονάδα όγκου,αυστηρός φυσιολογικός έλεγχοςΤα κύτταρα των θηλαστικών καταστρέφονται σε ταχύτητες κορυφής τροχιάς άνω των περίπου 1,5 m/s, έτσι ώστε τα σκάφη χρησιμοποιούν αξονικά υδροπλάνα μεγάλου διαμέτρου σε εισροές ισχύος 0.01-0.10 kW/m3 αντί για το 0Το διαλυμένο οξυγόνο διατηρείται σε 20-50% κορεσμού αέρα, pH 6,8-7,4 εντός ± 0.05, θερμοκρασία 36,5-37,0°C, και διαλυμένο CO2 κάτω από 100-150 mmHg.

1Επιλογές σχεδιασμού για ευαίσθητες στην κοπή και υψηλής πυκνότητας καλλιέργειες

Η προσαρμογή για την καλλιέργεια κυττάρων επικεντρώνεται σε τέσσερα υποσυστήματα.

• Μεταφορά αερίων και ανάταξη με χαμηλό κούρεμαΗ επιλογή του ελκυστήρα κυριαρχεί. Ένα μεγάλο διάμετρο άξονα υδροπτέρυγα ή μια θαλάσσια έλικα σε D / T 0,40-0,50 παρέχει χύδην ανάμειξη σε ταχύτητα άκρου 0,5-1,5 m / s,σε σύγκριση με τα 3-7 m/s που ανέχονται τα βακτήρια και οι ζύμεςΕπειδή η ζήτηση οξυγόνου είναι χαμηλότερη, συνήθως 0,5-2 mmol O2/L·h αντί για 50-150, αρκεί ένα δακτυλίδι σπάρκερ σε 0,01-0,10 vvm,και η βλάβη των κυττάρων που προκαλείται από φυσαλίδες στη διεπαφή αερίου-ρευστότητας γίνεται ο περιοριστικός μηχανισμός αντί για το χύσιμοΗ προσθήκη 0,5-2,0 g/l Pluronic F-68 προστατεύει τα κύτταρα από την ρήξη της φυσαλίδας, και η χρήση ενός τρυπημένου τρύπου, αντί για ένα συντηρημένο, διατηρεί το μέγεθος της φυσαλίδας αρκετά μεγάλο για να μειώσει την κοπή της επιφάνειας.
• Επιφανειακή επιφάνεια και υλικόΤα δοχεία κυτταρικής καλλιέργειας είναι κατασκευασμένα από 316L με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα και ελεγχόμενο θείο, μηχανικά γυαλισμένα και ηλεκτροπολυμένα σε Ra 0,4 μm ή χαμηλότερα ανά ASME-BPE SF4 ή καλύτερο.Η ηλεκτροφώτιση έχει σημασία εδώ για δύο λόγους πέρα από την καθαριότητα: απομακρύνει τις μικροσχισμές στις οποίες τα μυκοπλάσματα και τα βακτηριοφάγα μπορούν να επιβιώσουν μεταξύ των αγώνων,και παράγει ένα παθητικό στρώμα εμπλουτισμένο με χρώμιο που αντιστέκεται στους επαναλαμβανόμενους κύκλους καυστικού και οξέος σε μια εγκατάσταση πολυπροϊόντωνΌταν χρησιμοποιούνται ζωοτροφές που περιέχουν χλωρίδια ή μέσα υψηλής αλατότητας, αντικαθίσταται το duplex 2205 ή το 904L και όλα τα ελαστομερή πρέπει να είναι κατηγορίας VI USP και να μην περιέχουν ζωικά συστατικά.
• Περφουσία και κατακράτηση κυττάρων:Οι διαδικασίες υψηλής πυκνότητας προχωρούν πέρα από την τροφοδοσία με συνεχείς συλλογές ενώ διατηρούν τα κύτταρα.Ένας εξατομικευμένος βιοαντιδραστήρας διάχυσης ενσωματώνει εναλλασσόμενο ελαστικό ροή ή ελαστικό φιλτράρισμα ελαστικού ροής με συσκευή κατακράτησης που έχει χαρακτηριστεί για πλήρη ρυθμό συγκομιδήςΟ ειδικός ρυθμός διάχυσης είναι συνήθως 0.02-0.10 nL/κύτταρο/ημέρα, ισοδύναμος με 1-3 όγκους αγγείων ανά ημέρα, διατηρώντας βιώσιμες πυκνότητες κυττάρων 20-80 x 10^6 κυττάρων/ml σε κατάσταση βιωσιμότητας άνω του 90%.Το δοχείο απαιτεί πρόσθετα ακροφύσια για τον βρόχο κατακράτησης, μια αντλία συγκομιδής με χαμηλή κεφαλή κοπής και λογική ελέγχου που διατηρεί σταθερό βάρος του δοχείου ενώ το προϊόν αποσύρεται.
• Διαχείριση διαλυμένου CO2:Σε υψηλή πυκνότητα κυττάρων, το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται και αναστέλλει την ανάπτυξη και τη γλυκοσυλίωση πάνω από περίπου 100-150 mmHg.Η προσαρμογή αντιμετωπίζει αυτό μέσω ενός υψηλότερου ρυθμού σπασμού αέρα ή οξυγόνου στη βάση του δοχείου για να αφαιρέσει το CO2, μια αυξημένη ανοιχτότητα κάτω που αυξάνει το χρόνο διαμονής του αερίου, ή ένα εξωτερικό βρόχο με έναν επαγγελέα μεμβράνης.Η σωστή αντίδραση είναι συνήθως περισσότερο αέριο σε χαμηλότερη αναστάτωση., η οποία είναι μια απόφαση σχεδιασμού που πρέπει να ληφθεί όταν η γεωμετρία του σκάφους καθορίζεται και όχι κατά τη διάρκεια της έναρξης λειτουργίας.

2Αρχιτεκτονική ελέγχου και συμμόρφωση

Για τα ρυθμιζόμενα προϊόντα, το σύστημα ελέγχου είναι τόσο ένα προϊόν συμμόρφωσης όσο και το δοχείο.

• Οργάνωση και PAT:Οι τυποποιημένοι βρόχοι καλύπτουν τη θερμοκρασία, το pH, το DO, την πίεση, το επίπεδο και τη ροή του αερίου, με καταρρακτωμένο έλεγχο του DO μέσω αναστάτωσης, στη συνέχεια ροής αερίου, στη συνέχεια εμπλουτισμού οξυγόνου.Προηγμένες εγκαταστάσεις προσθέτουν μέτρηση χωρητικότητας για τον όγκο των κυψελών σε απευθείας σύνδεση, Φασματοσκόπηση Ράμαν για γλυκόζη, γαλακτικό, γλουταμικό και τίτλο και ανάλυση αερίων για OUR και CTR.Αυτά τα εργαλεία τεχνολογίας ανάλυσης διαδικασιών υποστηρίζουν δοκιμές απελευθέρωσης σε πραγματικό χρόνο στο πλαίσιο QbD που ορίζεται στο ICH Q8 έως Q11, και μετατοπίζουν τον έλεγχο από σταθερά σημεία καθορισμού σε τροφοδοσία με βάση το μοντέλο που προσαρμόζεται στην πραγματική μεταβολική κατάσταση της καλλιέργειας.
• Δομή συνταγής και ακεραιότητα δεδομένων:Το λογισμικό ελέγχου θα πρέπει να ακολουθεί την ISA-88, διαχωρίζοντας τη γενική συνταγή, τη συνταγή του χώρου, τη βασική συνταγή,και συνταγή ελέγχου έτσι ώστε μια διαδικασία που ορίζεται σε εργαστηριακή κλίμακα μεταφέρεται στην παραγωγή χωρίς να ξαναγράφεται η λογικήΓια την κατασκευή GMP στις Ηνωμένες Πολιτείες, το 21 CFR μέρος 11 απαιτεί επικυρωμένο λογισμικό με ασφαλή, ηλεκτρονικά δημιουργημένα, χρονοδιαγεγραμμένα ίχνη ελέγχου, ελέγχους από την αρχή μέσω πρόσβασης με βάση το ρόλο,και ηλεκτρονικές υπογραφές που συνδέονται με τα αρχεία τουςΣτην Ευρωπαϊκή Ένωση, το παράρτημα 11 επιβάλλει ισοδύναμες απαιτήσεις, και οι δύο απαιτούν το σύστημα να επικυρωθεί επίσημα με τεκμηριωμένες δοκιμές έναντι γραπτής προδιαγραφής.
• Μονόχρηστη ή υβριδική από ανοξείδωτο:Η εξατομίκευση σημαίνει όλο και περισσότερο να επιλέγουμε πού να τοποθετήσουμε το όριο μεταξύ επαναχρησιμοποιήσιμων και μιας χρήσης.Μια υβριδική εγκατάσταση διατηρεί το δοχείο ανοξείδωτης χάλυβα για τον βιοαντιδραστήρα παραγωγής ενώ χρησιμοποιεί σακούλες μίας χρήσης για την προετοιμασία μέσων, αποθήκευσης και συγκομιδής, η οποία αφαιρεί το μεγαλύτερο φόρτο επικύρωσης καθαρισμού, διατηρώντας παράλληλα την ικανότητα πίεσης και τη μεταφορά θερμότητας του χάλυβα.Τρένα πλήρως μίας χρήσης που ταιριάζουν σε πολυπροϊόν κλινική κατασκευή κάτω των 2Η επιλογή θα πρέπει να καθορίζεται από τον αριθμό των εκστρατειών και τη συχνότητα αλλαγής: πάνω από περίπου οκτώ έως δέκα αλλαγές προϊόντων ετησίως, η μίας χρήσης συνήθως κερδίζει από το συνολικό κόστος των αγαθών.

Προσαρμοσμένες προτεραιότητες βιοαντιδραστήρα ανά τύπο κυττάρου

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός προσαρμοσμένου βιοαντιδραστήρα και ενός προσαρμοσμένου ζύμωσης;

Α: Στην πράξη η διαφορά είναι η ζώνη ανοχής και το βάρος τεκμηρίωσης.και το κόστος κεφαλαίου, με επιφάνεια γύρω στα Ra 0,8 μm, μηχανικές σφραγίδες και βιομηχανικό όργανο.Ένας προσαρμοσμένος βιοαντιδραστήρας για καλλιέργεια θηλαστικών ή βλαστικών κυττάρων είναι βελτιστοποιημένος για φυσιολογικό έλεγχο και ακεραιότητα δεδομένων, με ηλεκτροφθαλμικές επιφάνειες σε Ra 0,4 μm ή λιγότερο, ελκυστήρες υδροπτέρυγας χαμηλής κοπής, δυνατότητα διάχυσης, διαχείριση διαλυμένου CO2,και ένα σύστημα ελέγχου επικυρωμένο σύμφωνα με το 21 CFR μέρος 11 με πλήρες ιστορικό ελέγχου και ηλεκτρονικές υπογραφέςΤο κέλυφος του πλοίου είναι παρόμοιο, η μηχανική προσπάθεια διαφέρει κατά δύο έως τρεις φορές.

Ε: Γιατί η ισχύς ανά όγκο είναι τόσο χαμηλότερη για την κυτταρική καλλιέργεια από ό,τι για τη μικροβιακή ζύμωση;

Α: Επειδή τα κύτταρα των ζώων δεν έχουν κύτταρο και είναι περίπου 10-50 φορές μεγαλύτερα από τα βακτήρια, καθιστώντας τα πολύ πιο ευάλωτα σε υδροδυναμική και φούσκα που προκαλούνται από το κούρεμα.Η βλάβη των κυττάρων συσχετίζεται με τον τοπικό ρυθμό διάχυσης της αναταραχούσας ενέργειας κοντά στο τροχοθρευτή και με την ρήξη φυσαλίδας στη διεπαφή αέριο-ρευστόΠρακτική συνέπεια: τα μικροβιακά αγγεία λειτουργούν 0,5-5 kW/m3, ενώ τα θηλαστικά αγγεία λειτουργούν 0,01-0,10 kW/m3, μειώνοντας κατά 50 φορές.Η ζήτηση οξυγόνου είναι αντίστοιχα χαμηλότερη, έτσι ώστε η μειωμένη ένταση ανάμειξης εξακολουθεί να πληροί τις απαιτήσεις μεταφοράς μάζας.Το να πιέζεις την αναστάτωση ψηλότερα για να λύσεις ένα πρόβλημα ανάμειξης σε κυτταρική καλλιέργεια σχεδόν πάντα προκαλεί περισσότερη ζημιά μέσω της κυτταρικής λύσης από ό,τι λύνει.

Ε: Πώς είναι ένας βιοαντιδραστήρας διάλυσης προσαρμοσμένος διαφορετικά από ένα δοχείο τροφοδοσίας;

Α: Ένα αγγείο διάχυσης χρειάζεται τρεις προσθήκες. Πρώτον, ένα κύκλωμα κατακράτησης κυττάρων: επιπλέον ακροφύσια για το εναλλασσόμενο tangential ροή ή tangential ροή φιλτραριστικό κύκλωμα, μια χαμηλή αντλία συγκομιδής κοπής,και μια γραμμή διήθησης προς την κατωτέρω συλλογήΔεύτερον, ο έλεγχος του επιπέδου με βάση το βάρος, ο οποίος διατηρεί σταθερή μάζα του δοχείου, ενώ η συγκομιδή αποσύρεται συνεχώς και το φρέσκο μέσο τροφοδοτείται, συνήθως διατηρώντας το επίπεδο εντός ± 2%.Η παρατεταμένη διάρκεια καλλιέργειας σημαίνει ότι η στείρα ακεραιότητα πρέπει να διατηρηθεί για 30-60 ημέρες αντί για 10-20 ημέρες., η οποία αυξάνει τις προδιαγραφές για τις σφραγίδες, τις αποστειρωμένες συνδέσεις και τις δοκιμές ακεραιότητας των φίλτρων και απαιτεί συστήματα δειγματοληψίας και ανταλλαγής μέσων που έχουν σχεδιαστεί για μακρές καμπάνιες χωρίς παραβίαση.

Ε: Ποια έγγραφα επικύρωσης πρέπει να συνοδεύουν έναν προσαρμοσμένο βιοαντιδραστήρα GMP;

Α: Ζητήστε πλήρες πακέτο: αποδεικτικά στοιχεία για την ικανότητα σχεδιασμού, συμπεριλαμβανομένων των σχεδίων, των αναγνωριστικών στοιχείων χρήσης, των πιστοποιητικών υλικών σύμφωνα με το πρότυπο EN 10204 3.1Η υποστήριξη για τα προσόντα εγκατάστασης καλύπτει σχέδια όπως κατασκευάστηκαν,Πιστοποιητικά βαθμονόμησης οργάνων που ανιχνεύονται σύμφωνα με εθνικά πρότυπαΗ επιχειρησιακή υποστήριξη για τα προσόντα καλύπτει τα πρωτόκολλα και τα αποτελέσματα των δοκιμών αποδοχής εργοστασίου, την επαλήθευση του κυκλώματος ελέγχου, τις δοκιμές συναγερμού και διασύνδεσης,Δοκιμές κάλυψης CIPΠροσθήκη τεκμηρίωσης λογισμικού, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργικής προδιαγραφής, της προδιαγραφής σχεδιασμού και των πρωτοκόλλων δοκιμών, εφόσον ο προμηθευτής παρέχει το σύστημα ελέγχου,συν ανταλλακτικά και συστάσεις συντήρησης.