细胞培养工艺放大探讨

3
200
500
1000
Calculation Stirrer speed: Power input = constant
Calculation Stirrer speed: Power input = constant
Mixing Time Determination
Conductivity method
783
1.34
1005
1.23
1360
1.36
1670
1.29
Page 3
反应器设计特点- 桨叶及气体分布器
桨叶设计
2 x 6blade disk impeller 2 x 3blade segment impeller upwards mixing
2 x 3blade segment impeller downwards mixing
Chaubard et al., BioPharm International, Nov. 2, 2010
OUR vs OTR (kla)
Source:
“For A-Mab the maximum OUR was estimated to be 1.5 mmol/L-hr at 15 × 106 cells/mL”.
Combination
气体分布器
µ-sparger ring sparger Combination
反应器设计特点- 通气模式
Ex. gassing strategy BIOSTAT B
Ex. gassing strategy BIOSTAT STR
Develop at small scale, transfer easily to large scale
反应器硬件设计相关： • 几何相似性
•
• •
搅拌桨设计
通气策略 搅拌桨叶线速度
培养工艺参数相关：
•
•
单位体积功率输入值(P/V)
kLa-值
反应器设计特点- 几何相似性
Vessel total volume [L] max. working volume [L] min. working volume [L] vessel diameter d1 [mm] vessel height h [mm] ratio h/dv impeller diameter 3-blade di2 [mm] ratio di/dv (3-blade) UniVessel 2L BIOSTAT STR 50L 70 50 12.5 370 666 BIOSTAT STR 200L 280 200 50 585 1055 BIOSTAT STR 500L 700 500 125 815 1467 BIOSTAT STR 1000L 1300 1000 250 997 1800 BIOSTAT STR 2000L 2800 2000 500 1295 2330 1.8 492 0.38 492
目录
工艺放大定义及目标 反应器硬件设计需求及工艺控制参数 应用实例
实例1：Scale up of a modern Fed Batch CHO Process
实例2：High density PerC6 XD® process- BIOSTAT® STR /ATF module
研究
3 2 1 130 240 1,8 54 0,42 tbd
200
1.5
1.8
143
1.8
225
1.8
310
1.8
379
0.39
186
0.38
300
0.38
403
0.38
493
Distance between impellers
Liquid height HL(mm) Ratio HL/d1
470
1.27
Power input determination by Newton number
Ne
2 M 5 l n 2 d 2
measurement of torque Torque transducer, max. 10 Nm (ETH-Messtechnik)
Measurement in RO-water
addition of phosphate buffer
Decolourisation method
31/10/2012
Mixing time
STR 1000
STR 500
STR 200 STR 50
Mixing time comparison of 4 different bioreactors
22/09/10
Page 43
实例2：High density PerC6 XD® process- BIOSTAT® STR /ATF module
Growth profile
140
200L XD 2L P23037
120
100
VCD (10E6 cells/mL)
80
60
40
20
Biomass corrected titer (Nephelometer)
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1000,00
IVC
实例3：5L玻璃罐到STR50L的工艺放大
国内某客户 细胞株：CHO
培养工艺：Fed-Batch
赛多利斯生物反应器预览– 反应器市场的领导者
BIOSTAT D DCU 10 - 200 L WV BIOSTAT Cplus 2 -30 L WV Engineering Platform BIOSTAT Qplus – B-DCU II 0,5 -10 L WV
Power input per volume (P/V) - from Univessel 2L to STR 1000L
Univessel SU 2L
100 90
Power input per volume [W/m ]
50
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Tip speed [m/s] 1,4 1,6 1,8 2,0
25 20
STR 1000 STR 500
kLa [1/h]
20 15 10 5
kLa [1/h]
25
15 10 5
UniVessel 2L
STR 200
STR 50 0 0.6 1.2 1.8 2.4
0
0 0.6 1.2 1.8 2.4
0
Tip Speed [m/s]
Tip Speed [m/s]
细胞培养工艺放大核心
“混合和传质”
• 液质混合/ 剪切力 搅拌 • 传氧 / CO2 去除 通气
经验与工程参数在放大中起到同样重要的作用
Impeller Tip Speed
Tip d 2 n
STR 50 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0.6 1.2
工艺放大的目标
设备相关 确认和控制主 要的参数以及 操作空间
制剂相关 确认和控制主 要的成分以及 变量
生产和工艺相关 开发、评估和验证 工艺步骤和控制手 段
Βιβλιοθήκη Baidu
文件相关
根据法规要求 记录和报告
目录
工艺放大定义及目标 反应器硬件设计需求及工艺控制参数 应用实例
工艺放大面临的挑战
一些参数被证明在工艺放大过程中作用很大:
www.sartorius.com.cn E-mail：info.cn@sartorius.com Hot-line：400 920 9889 | 800 820 9889
官方微博： 赛多利斯 Sartorius China
官方微信： 赛多利斯斯泰迪
23/06/2014
Seite 31
OTRmax = 1.5 mmol/L-hr
kLa (air)
≈ 7 [1/h]
kLa-value – from glass to single use
Max filling, 0,1vvm 1 x PBS, 37 °C, gassing-out method
35 30
UniVessel 5L UniVessel 1L UniVessel 10L
- 评估一次性搅拌式反应器在XD®工艺中的稳定性、 材料 - Cells: 生产单克隆抗体的CHO 细胞株 - Retention device: 中空纤维装置, ie. ATF module company Refine - Feed: 连续灌注补料新鲜培养液 - Bioreactor: BIOSTAT® STR, wv 50L & 200L - Cultivation modus: T 36.5°C, DO 50%, pH between 7.36.8, pCO2 < 15 kPA - µsparger 150 µm - 6blade 底部/ 3blade 顶部 - 一次性的出气滤器冷凝器提高了出气滤器的安全性
中试规模 50L, 200L, 2000L
生产规模 5000L, 40000L
工艺放大-影响因素
生物因素 传代次数 突变概率 易污染 易聚集 筛选压力 化学因素 pH调节试剂 培养基质量 工艺水质量 碳水化合物（糖）浓度 氮源浓度 磷酸盐浓度 表面张力引起的泡沫 物理因素 罐体外形 通气 搅拌 培养基灭菌 温度控制 混合
Small scale Benchtop Pilot/Production
BIOSTAT STR 50 -1000 -2000 L WV BIOSTAT RM 1 -300 L WV Univessel SU 2 - 10 L WV
Small Scale Benchtop Pilot/Production
细胞培养工艺放大探讨
刘家英 产品应用支持
赛多利斯中国
目录
工艺放大定义及目标 反应器硬件设计需求及工艺控制参数 应用实例
目录
工艺放大定义及目标 反应器硬件设计需求及工艺控制参数 应用实例
工艺放大-将工艺从实验室规模转移至大规模反应器 实验室规模
摇瓶， 转瓶， 1-20L反应器
UniVessel 1L
UniVessel 2L UniVessel 5L UniVessel 10L STR 1000 1.8 2.4 STR 200 STR 500
Agitation [rpm]
Tip Speed [m/s]
Power input per volume/ Newton Number
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
14,00
Time (days)
200L XD
12,00
2L P23037
10,00
Titer (g/L)
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00 0,00
100,00
200,00
300,00
400,00