细胞培养工艺放大探讨

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-影响因素生物因素化学因素物理因素传代次数pH调节试剂罐体外形突变概率培养基质量通气易污染工艺水质量搅拌易聚集碳水化合物（糖）浓度培养基灭菌筛选压力氮源浓度温度控制磷酸盐浓度混合表面张力引起的泡沫工艺放大的目标制剂相关确认和控制主要的成分以及变量设备相关确认和控制主要的参数以及操作空间生产和工艺相关开发、评估和验证工艺步骤和控制手段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:反应器硬件设计相关：•几何相似性•搅拌桨设计•通气策略培养工艺参数相关：•搅拌桨叶线速度•单位体积功率输入值(P/V)•kLa-值Page3反应器设计特点-几何相似性VesselUniVessel2LBIOSTATSTR50LBIOSTATSTR200LBIOSTATSTR500LBIOSTATSTR1000LBIOSTATSTR2000Ltotalvolume[L]37028070013002800max.workingvolume[L]25020050010002000min.workingvolume[L]112.550125250500vesseldiameterd1[mm]1303705858159971295vesselheighth[mm]2406661055146718002330ratioh/dv1,81.81.81.81.81.8impellerdiameter3-bladedi2[mm]54143225310379492ratiodi/dv(3-blade)0,420.390.380.380.380.38Distancebetweenimpellerstbd186300403493492LiquidheightHL(mm)200470783100513601670RatioHL/d11.51.271.341.231.361.29桨叶设计2x6bladediskimpeller2x3bladesegmentimpellerupwardsmixing2x3bladesegmentimpellerdownwardsmixingCombination气体分布器µ-spargerringspargerCombination反应器设计特点-桨叶及气体分布器反应器设计特点-通气模式Ex.gassingstrategyBIOSTATBEx.gassingstrategyBIOSTATSTRDevelopatsmallscale,transfereasilytolargescale“混合和传质”•液质混合/剪切力搅拌•传氧/CO2去除通气细胞培养工艺放大核心经验与工程参数在放大中起到同样重要的作用ImpellerTipSpeedndTip210020030040050060070080000.61.21.82.4Agitation[rpm]TipSpeed[m/s]UniVessel1LUniVessel2LUniVessel5LUniVessel10LSTR50STR200STR500STR1000Powerinputpervolume/NewtonNumber5222dnMNelmeasurementoftorqueTorquetransducer,max.10Nm(ETH-Messtechnik)MeasurementinRO-waterPowerinputdeterminationbyNewtonnumber01020304050607080901000,00,20,40,60,81,01,21,41,61,82,0Tipspeed[m/s]Powerinputpervolume[W/m3]1000UnivesselSU2L20050050Powerinputpervolume(P/V)-fromUnivessel2LtoSTR1000LCalculationStirrerspeed:Powerinput=constantCalculationStirrerspeed:Powerinput=constantMixingTimeDetermination31/10/2012ConductivitymethodDecolourisationmethodadditionofphosphatebufferMixingtimeSTR50STR500STR1000STR200Mixingtimecomparisonof4differentbioreactorsChaubardetal.,BioPharmInternational,Nov.2,2010OURvsOTR(kla)“ForA-MabthemaximumOURwasestimatedtobe1.5mmol/L-hrat15×106cells/mL”.OTRmax=1.5mmol/L-hrkLa(air)≈7[1/h]Source:kLa-value–fromglasstosingleuseMaxfilling,0,1vvm1xPBS,37°C,gassing-outmethod0510152025303500.61.21.82.4kLa[1/h]TipSpeed[m/s]UniVessel1LUniVessel2LUniVessel5LUniVessel10L051015202500.61.21.82.4kLa[1/h]TipSpeed[m/s]STR50STR500STR1000STR200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：ScaleupofamodernFedBatchCHOProcess22/09/10Page43研究-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-Retentiondevice:中空纤维装置,ie.ATFmodulecompanyRefine-Feed:连续灌注补料新鲜培养液-Bioreactor:BIOSTAT®STR,wv50L&200L-Cultivationmodus:T36.5°C,DO50%,pHbetween7.3-6.8,pCO215kPA-µsparger150µm-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实例2：HighdensityPerC6XD®process-BIOSTAT®STR/ATFmodule实例2：HighdensityPerC6XD®process-BIOSTAT®STR/ATFmoduleGrowthprofile0204060801001201400123456789101112131415161718Time(days)VCD(10E6cells/mL)200LXD2LP23037Biomasscorrectedtiter(Nephelometer)0,002,004,006,008,0010,0012,0014,000,00100,00200,00300,00400,00500,00600,00700,00800,00900,001000,00IVCTiter(g/L)200LXD2LP23037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SmallscaleBenchtopPilot/ProductionBIOSTATQplus–B-DCUII0,5-10LWVBIOSTATCplus2-30LWVBIOSTATDDCU10-200LWVEngineeringPlatformSmallScaleBenchtopPilot/ProductionBIOSTATRM1-300LWVBIOSTATSTR50-1000-2000LWVUnivesselSU2-10LWV23/06/2014Seite31：[e-mail]-line：4009209889|8008209889官方微博：赛多利斯SartoriusChina官方微信：赛多利斯斯泰迪