Co to są bioreaktory dostosowane do potrzeb?

Co to jest bioreaktor dostosowany i w jaki sposób dostosowanie różni się dla kultur komórkowych od pracy mikrobiologicznej?Niestandardowy bioreaktor do hodowli komórek został zaprojektowany w oparciu o cztery ograniczenia, które nie mają znaczenia w fermentacji mikrobiologicznej: ekstremalna wrażliwość na cięcie, niskie zapotrzebowanie na tlen na jednostkę objętości,ścisła kontrola fizjologicznaKomórki ssaków ulegają uszkodzeniu przy prędkościach końcówki obrotowej powyżej około 1,5 m/s, dlatego statki wykorzystują hydrofile o dużej średnicy o zasięgu 0,01-0.10 kW/m3 zamiast 0Rozpuszczony tlen utrzymywany jest w temperaturze 20-50% nasycenia powietrza, pH 6,8-7,4 w zakresie ±0.05, temperatury 36,5-37,0°C i rozpuszczonego CO2 poniżej 100-150 mmHg.

1Opcje projektowania dla kultur wrażliwych na cięcie i o wysokiej gęstości

Dostosowanie do kultur komórkowych koncentruje się na czterech podsystemach, z których każdy ma mierzalny cel i zdefiniowany tryb awarii:

• Ogrzewanie o niskim obcięciu i przenoszenie gazu:Wybór napędowy dominuje. Duża średnica hydroplonu osiowego lub śmigła morskiej przy D/T 0,40-0,50 zapewnia mieszanie masowe z prędkością końcówki 0,5-1,5 m/s,w porównaniu z 3-7 m/s tolerowanymi przez bakterie i drożdżePonieważ zapotrzebowanie na tlen jest mniejsze, zwykle 0,5-2 mmol O2/L·h zamiast 50-150, wystarczy pierścienie rozpraszające przy 0,01-0,10 vvm,i uszkodzenie komórek spowodowane przez bąbelki na interfejsie gaz-płyn staje się ograniczającym mechanizmem zamiast cięcia masowegoDodawanie 0,5-2,0 g/l Pluronic F-68 chroni komórki przed pęknięciem bąbelki, a użycie spargera z wiertką zamiast zsinterowanego utrzymuje rozmiar bąbelki na tyle duży, aby zmniejszyć cięcie powierzchni.
• Wykończenie powierzchni i materiał:Naczynia do hodowli komórek są wykonane z 316L o niskiej zawartości węgla i kontrolowanej siarki, polerowane mechanicznie i elektropolitykowane do Ra 0,4 μm lub niżej według ASME-BPE SF4 lub lepszego.Elektrolizowanie ma tu znaczenie z dwóch powodów poza czystością.: usuwa mikro-pęknięcia, w których mikoplazma i bakteriofag mogą przetrwać między sezonami,i wytwarza wzbogaconą o chrom warstwę pasywną, która jest odporna na powtarzające się cykle kaustyczne i kwasowe instalacji wieloproduktówW przypadku stosowania pasz zawierających chlorek lub nośników o wysokiej zawartości soli zastępuje się duplex 2205 lub 904L, a wszystkie elastomery muszą być klasy USP VI i nie zawierać składników pochodzenia zwierzęcego.
• Perfuzja i retencja komórek:Procesy o wysokiej gęstości przekraczają gromadzenie przez ciągłe zbieranie, przy jednoczesnym zachowaniu komórek.Niestandardowy bioreaktor perfuzyjny integruje zmiennego przepływu stycznościowego lub pętlę filtracyjną przepływu stycznościowego z urządzeniem zatrzymującym przeznaczonym do pełnej szybkości zbioruSpecyficzna szybkość perfuzji wynosi zazwyczaj 0,02-0,10 nL/komórkę/dzień, co odpowiada objętości 1-3 naczyń dziennie, utrzymując trwałą gęstość komórek 20-80 x 10^6 komórek/ml przy trwałości powyżej 90%.Naczynie wymaga dodatkowych dyszek do pętli zatrzymującej, pompę zbiorczą o niskiej głowicy cięcia i logikę sterowania, która utrzymuje stałą masę zbiornika podczas wyjmowania produktu.
• Zarządzanie rozpuszczonym CO2:Przy wysokiej gęstości komórek rozpuszczony dwutlenek węgla gromadzi się i hamuje wzrost i glikozylację powyżej około 100-150 mmHg.Personalizacja rozwiązuje ten problem poprzez wyższą częstotliwość zrzucania powietrza lub tlenu w podstawie zbiornika w celu usunięcia CO2, zwiększone dopuszczalne dno, które zwiększa czas pobytu gazu, lub zewnętrzna pętla z kontaktorem membranowym.Prawidłowa odpowiedź to zwykle więcej gazu przy mniejszym poruszaniu, co jest decyzją projektową, która musi zostać podjęta w momencie ustalenia geometrii statku, a nie podczas uruchomienia.

2Architektura kontroli i zgodność

W przypadku produktów regulowanych system kontroli jest tak samo zgodny z wymogami, jak naczynie.

• Instrumenty i PAT:Standardowe pętle obejmują temperaturę, pH, DO, ciśnienie, poziom i przepływ gazu, z kaskadową kontrolą DO poprzez mieszanie, następnie przepływ gazu, a następnie wzbogacanie tlenem.Zaawansowane instalacje dodają pomiar pojemności dla żywotnej objętości komórki online, spektroskopia Ramana dla glukozy, laktuatu, glutaminianu i titru oraz analiza gazu zewnętrznego dla OUR i CTR.Narzędzia te technologii analityki procesów obsługują testowanie uwalniania w czasie rzeczywistym w ramach ram QbD zdefiniowanych w ICH Q8 do Q11, a następnie przenoszą kontrolę z ustalonych punktów ustawień na karmienie oparte na modelu, które dostosowuje się do rzeczywistego stanu metabolicznego kultury.
• Struktura receptury i integralność danych:Oprogramowanie sterujące powinno być zgodne z normą ISA-88, oddzielając receptę ogólną, receptę lokalną, receptę główną,i kontrolnej receptury tak, że proces zdefiniowany w skali laboratoryjnej przenosi się do produkcji bez ponownego napisania logikiW przypadku produkcji GMP w Stanach Zjednoczonych, 21 CFR część 11 wymaga zatwierdzonego oprogramowania z bezpiecznym, generowanym komputerowo, czasem stemplowanym śladem audytu, kontrolą przez organy poprzez dostęp oparty na rolach,i podpisy elektroniczne związane z ich rejestramiW Unii Europejskiej załącznik 11 nakłada równoważne wymagania, a oba wymagają, aby system został formalnie zatwierdzony z udokumentowanym testowaniem w stosunku do pisemnej specyfikacji.
• Jednorazowy lub hybrydowy z nierdzewem:Personalizacja coraz częściej oznacza wybór miejsca, w którym należy wyznaczyć granicę pomiędzy jednorazowym i wielokrotnym użytkiem.W instalacji hybrydowej pojemnik z nierdzewnym materiałem jest przechowywany dla bioreaktora produkcyjnego przy użyciu jednorazowych worków do przygotowania nośników, zbiorcze i zbiorcze, co eliminuje największe obciążenie czyszczeniem i walidacją przy zachowaniu zdolności ciśnienia i transferu ciepła stali.Pociągi do jednorazowego użytku z zastosowaniem wielu produktówWybór powinien zależeć od liczby kampanii i częstotliwości zmiany produktu: powyżej około ośmiu do dziesięciu zmian produktu rocznie, jednorazowe produkty zazwyczaj wygrywają na całkowitych kosztach towarów.

Zastosowane priorytety bioreaktora według typu komórki

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest różnica między bioreaktorem i fermenterem?

Odpowiedź: W praktyce różnica polega na zakresie tolerancji i obciążeniu dokumentacją.i koszty kapitałowe, o wykończeniu powierzchniowym około Ra 0,8 μm, uszczelnieniach mechanicznych i przyrządach przemysłowych.Bioreaktor dostosowany do kultur ssaków lub komórek macierzystych jest zoptymalizowany pod kątem kontroli fizjologicznej i integralności danych, z powierzchniami elektropolitykowanymi w temperaturze Ra 0,4 μm lub niższej, silnikiem hydrofilowym o niskim obrócie, zdolnością do perfuzji, zarządzaniem rozpuszczonym CO2,oraz system kontroli zatwierdzony zgodnie z 21 CFR część 11 z pełnym śladem audytu i podpisami elektronicznymiŁódź jest podobna, ale wysiłek inżynieryjny różni się od siebie dwukrotnie.

P: Dlaczego moc objętościowa jest znacznie niższa w kulturze komórek niż w fermentacji drobnoustrojowej?

Odpowiedź: Ponieważ komórki zwierzęce nie mają ściany komórkowej i są około 10-50 razy większe od bakterii, co czyni je znacznie bardziej podatnymi na hydrodynamiczne i bąbelkowe cięcie.Uszkodzenie komórek koreluje z lokalną szybkością rozpraszania turbulentnej energii w pobliżu obrotu i z pęknięciem bąbelki na interfejsie gaz-płynPraktyczna konsekwencja: naczynia drobnoustrojowe pracują o mocy 0,5-5 kW/m3, podczas gdy naczynia ssaków pracują o mocy 0,01-0,10 kW/m3, co oznacza 50-krotną redukcję.Potrzeba tlenu jest odpowiednio niższa, więc zmniejszona intensywność mieszania nadal spełnia wymóg przenoszenia masy.Wyrzucenie pobudzenia na wyższy poziom w celu rozwiązania problemu mieszania w kulturze komórkowej prawie zawsze powoduje więcej szkód poprzez lizę komórkową niż rozwiązuje.

P: W jaki sposób bioreaktor perfuzyjny jest dostosowywany inaczej niż naczynie z partiami?

Po pierwsze, pętla retencji komórek: dodatkowe dysze do przemiennego przepływu tangencyjnego lub układu filtracyjnego przepływu tangencyjnego, pompa zbiorowa o niskim obciążeniu,i przewód filtracyjny do odbioru w dół rzekiPo drugie, kontrola poziomu oparta na wadze, która utrzymuje stałą masę zbiornika podczas ciągłego wyjmowania zbiorów i podawania świeżego medium, zazwyczaj utrzymując poziom w granicach ± 2%.przedłużony czas trwania kultury oznacza, że integralność sterylna musi utrzymywać się przez 30-60 dni zamiast 10-20, który podnosi specyfikację uszczelnień, złączy sterylnych i badań integralności filtrów i wymaga systemów pobierania próbek i wymiany mediów zaprojektowanych do długich kampanii bez naruszeń.

P: Jakie dokumenty weryfikacyjne powinny towarzyszyć bioreaktorowi opracowanemu na zamówienie zgodnie z GMP?

A: Zwróć się o kompletny pakiet: dowody kwalifikacji projektu, w tym rysunki, identyfikatory, certyfikaty materiałów zgodnie z normą EN 10204 3.1, sprawozdania o wykończeniu powierzchni i dokumentacja spawalnicza z procedurami, kwalifikacjami spawacza, mapą spawania i zapisami inspekcji boroskopowych.certyfikaty kalibracji przyrządów, które można wyśledzić zgodnie z normami krajowymiWsparcie w zakresie kwalifikacji operacyjnych obejmuje protokoły i wyniki testów akceptacji fabrycznej, weryfikację pętli sterowania, badania alarmu i blokady,Badanie zasięgu CIPDodanie dokumentacji oprogramowania, w tym specyfikacji funkcjonalnej, specyfikacji projektu i protokołów badań, w przypadku gdy dostawca dostarcza system sterowania,Dodatkowo części zamienne i zalecenia dotyczące konserwacji.