操作生物处理系统的方法和生物处理系统技术方案

本公开涉及一种用于操作生物处理系统的方法(100)，其包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】操作生物处理系统的方法和生物处理系统


[0001]本专利技术涉及用于操作生物处理系统的方法和涉及生物处理系统。本专利技术进一步涉及计算机程序和涉及计算机程序产品。

技术介绍

[0002]WO 2017/025210公开了一种用于制药工业中微生物连续处理的一次性生物处理系统，系统集成了单次使用生物反应器、单次使用泵和单次使用错流过滤器。系统提供灌注模式过程。
[0003]与分批操作(一种不添加新鲜培养基且不去除用过的培养基和/或液体的操作方法)和补料分批操作(其中过程以少体积的培养基开始向其中添加新鲜培养基并且直至过程终止之后才去除液体)不同，灌注模式操作涉及其中依序更换培养基，依序添加新鲜营养物，并在整个培养期去除产物即用过的培养基的操作方法。灌注模式操作一般地可持续分批操作的4
‑
8倍长和补料分批操作的2
‑
4倍长。
[0004]在重组哺乳动物和微生物细胞中产生生物蛋白的许多常见方法依赖于补料分批培养，其中细胞生长到高细胞密度并然后一般地暴露于诱导培养基或诱导剂以触发蛋白的产生。如果期望的蛋白从细胞中分泌出来，那么从补料分批培养转换为连续灌注培养更有益，这可在更长得多的培养持续时间内保持高细胞密度和高生产率。在连续灌注培养期间，活的和生产性的细胞被保留或再循环回到生物反应器，同时从生物反应器中连续地收获分泌的蛋白用于下游纯化过程。
[0005]连续灌注培养超过补料分批培养的一些关键优势为：(1)将分泌的蛋白产物连续地从生物反应器中去除，而不使这些产物受到从死细胞释放到培养基中的蛋白水解和/或糖酵解酶的潜在降解；(2)活的和生产性的细胞被保留或再循环回收以在连续灌注生物反应器中实现高细胞密度，其中它们在受控生物反应器环境内继续产生有价值的蛋白持续更长得多的培养持续时间，而不是在每次补料分批培养结束时被杀死并从生物反应器中去除；(3)与补料分批培养中营养物和废物浓度的动态变化不同，灌注生物反应器的环境可以用连续添加新鲜营养培养基和去除废物以及收获的蛋白产物来保持更接近稳态的条件(从而通过设计保持更一致的产物品质)。
[0006]膜类型的错流过滤器(CFF)或类似过滤器比如交替切向流(ATF)过滤器，通常用于进行灌注模式过程。来自发酵器的细胞培养物(本文也称为细胞培养混合物)物流通过过滤器。部分细胞培养混合物流过膜并免除细胞培养物的细胞。该部分形成滤液，即收集用于下游处理的产物。细胞培养混合物的剩余部分，即含有细胞的保留物，从膜引导回到发酵器。
[0007]过滤技术具有其缺点，主要是在其使用期间膜的渗透性逐渐降低。该方面在以灌注模式操作的生物处理系统中特别相关，灌注模式可在数周或数月内进行。因此，要么定期更换膜或过滤器，要么必须提供不可行的大的膜面积，以确保生物处理系统在较长时间段内的适当功能。

技术实现思路

[0008]实现用于操作生物处理系统和/或克服或至少减轻上述缺点的生物处理系统的方法将是有利的。特别是，合乎期望的是使得在较长时间段内实现紧凑型生物处理系统的灌注模式操作。尤其是为解决该问题，提供具有独立权利要求中限定的特征的用于操作生物处理系统的方法和生物处理系统中的至少一种。
[0009]根据一个方面，提供一种用于操作生物处理系统的方法，其包括以下步骤：
[0010]‑
在发酵器中产生细胞培养混合物，
[0011]‑
与产生细胞培养混合物步骤的同时，将细胞培养混合物的物流从发酵器引导到包含表面扩大插入件的离心分离器内部，和
[0012]‑
与产生细胞培养混合物和引导细胞培养混合物物流步骤的同时，使液体物流从离心分离器的内部连续地返回到发酵器。
[0013]根据另一方面，提供一种生物处理系统，其包含用于在其中产生细胞培养混合物的发酵器、包含表面扩大插入件的离心分离器、接收容器、将发酵器、离心分离器和接收容器互连的管道系统、布置于管道系统中的流量控制设备，以及配置用于控制离心分离器和流量控制设备至少一部分的控制系统。控制系统配置为：
[0014]‑
使细胞培养混合物的物流从发酵器引导到离心分离器的内部，并且同时，
[0015]‑
使液体物流从离心分离器的内部连续地返回到发酵器。
[0016]由于方法和生物处理系统中的每一种均提供液体物流从包含表面扩大插入件的离心分离器的内部连续返回到发酵器，因此使得实现包含含有表面扩大插入件的离心分离器的生物处理系统的灌注模式操作。更具体地讲，在包含表面扩大插入件的离心分离器内部存在一定体积，细胞培养混合物的细胞流入到其中，提供从离心分离器内部连续返回到发酵器确保在该体积(即在包含表面扩大插入件的离心分离器内部)中避免停滞状态。如果将停滞的细胞培养混合物或其含有细胞的部分返回到发酵器，则会恶化和降低发酵器中细胞培养混合物的产生。因此，方法和生物处理系统中的每一种均通过使液体物流从包含表面扩大插入件的离心分离器内部连续返回到发酵器而适于灌注模式操作。
[0017]已经发现，具有表面扩大插入件的离心分离器不仅可在生物过程的最后阶段收获产生的生物分子期间使用，而且可在以灌注模式操作的生物过程的若干阶段期间连续地使用，例如在不损伤活细胞的情况下去除含有所需物质和细胞碎片的培养基，活细胞继而可连续地返回到发酵器中。
[0018]此外，包含表面扩大插入件的离心分离器的优势因此可用于生物处理系统的灌注模式操作的背景下，比如空间效率；细胞的有效分离；与其中细胞在更短或更长的时间段内积聚于过滤器表面上的过滤技术相比较，温和处理通过与分离的重相一起连续地输送出离心分离器来分离的细胞；自清洁功能；在不更换部件的情况下于长时间段内连续操作，在过滤技术的背景下可为这种情况；等。
[0019]进一步地，包含表面扩大插入件的离心分离器的使用提供了当在离心分离器中分离时细胞培养混合物的有效分级或分类。也就是说，通过控制离心分离器转子的转速和细胞培养混合物进入离心分离器中的流量，可有效地控制待由通过离心分离器分离的轻相分离的最大颗粒尺寸，即所谓的临界颗粒。因此，可将临界颗粒设定为用重相包括未损伤的全细胞并将它们从轻相中排除。
[0020]细胞碎片和其他碎片(其碎片小于全细胞)以轻和重相两者流动。因此，在分离的轻相不返回到发酵器的情况下，也从发酵器中去除组织碎片，其碎片在发酵器中是不合期望的。
[0021]与过滤技术相比较，利用包含表面增强插入件的离心分离器，首先，临界颗粒易于调节，并且其次，并且更重要的是，可在离心分离器的整个使用期内保持临界颗粒。随着颗粒沉降于滤膜上，过滤技术遭受其渗透性降低，这涉及随着时间的推移，保留物中会保留更大量小于预期的颗粒并返回到发酵器。
[0022]细胞培养混合物在生物处理系统的发酵器中产生。本文中使用的术语“发酵器”旨在涉及其中可产生细胞培养混合物的任何容器，并且或者可称为生物反应器或反应器。发酵器(fermentor)或者可称为发酵器(fermenter)。发酵器例如可为所谓的集成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操作生物处理系统(2)的方法(100)，其包括以下步骤：
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在发酵器(4)中产生(102)细胞培养混合物，
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与所述产生(102)细胞培养混合物步骤的同时，将细胞培养混合物的物流从发酵器(4)引导(104)到包含表面扩大插入件的离心分离器(6)的内部；和
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与所述产生(102)细胞培养混合物和引导(104)细胞培养混合物的物流步骤的同时，使液体物流从离心分离器(6)的内部连续地返回(106)到发酵器(4)。2.根据权利要求1的用于操作生物处理系统(2)的方法(100)，其在第一时间段期间包括以下步骤：
‑
在离心分离器(6)中使所述细胞培养混合物的物流分离(107)成轻相和重相，并且其中使液体物流从离心分离器(6)的内部连续地返回(106)到发酵器(4)的步骤包括在第一时间段期间：
‑
使在离心分离器(6)中分离的重相作为至发酵器(4)的液体物流返回(108)到发酵器(4)。3.根据权利要求2的方法(100)，其中在使所述细胞培养混合物的物流分离(107)成轻相和重相的步骤中，分离的轻相物流形成所述细胞培养混合物物流的最大5％V/V。4.根据权利要求2或3的方法(100)，其在第一时间段期间包括以下步骤：
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将在离心分离器(6)中分离的轻相引导(112)到接收容器(8)。5.根据权利要求2
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4中任何一项的方法(100)，其中在第一时间段期间，所述重相包含生长培养基和全细胞和所述轻相包含生长培养基和颗粒尺寸小于全细胞的来自细胞培养混合物的碎片且基本上不含全细胞。6.根据权利要求2
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5中任何一项的方法(100)，其中在第一时间段期间，所述细胞培养混合物的物流以流量q引导，其中离心分离器(6)以面积当量Ae操作，使得以流量q从所述细胞培养混合物中分离具有直径d的全细胞。7.根据权利要求2
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6中任何一项的方法(100)，其中在第一时间段之前，所述方法包括以下步骤：
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用除细胞培养混合物以外的液体比如生长培养基填装(114)离心分离器(6)。8.根据权利要求2
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7中任何一项的用于操作生物处理系统(2)的方法(100)，其中使液体物流从离心分离器(6)的内部连续地返回(106)到发酵器(4)的步骤在第二时间段期间包括以下步骤：
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使未分离的细胞培养混合物物流作为至发酵器(4)的液体物流从离心分离器(6)的内部返回(110)到发酵器(4)。9.根据权利要求8的方法(100)，其中在第二时间段期间使所述细胞培养混合物物流返回(110)的步骤期间，离心分离器(6)的转子保持静止或以比第一时间段期间分离(107)所述细胞培养混合物物流的步骤期间更低的转速旋转，或者以与第一时间段期间分离(107)所述细胞培养混合物物流的步骤期间旋转方向相反的旋转方向旋转。10.根据权利要求8或9的方法(100)，其中第一和第二时间段交替。11.根据权利要求8
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10中任何一项的方法(100)，其中在第一和第二时间段期间，所述细胞培养混合物的物流以基本上相同的流量q引导到离心分离器(6)的内部。12.根据前述权利要求中任何一项的方法(100)，其在第三时间段期间包括以下步骤：
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停止(115)使液体物流从离心分离器(6)的内部连续地返回(106)到发酵器(4)的步骤，
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将所述细胞培养混合物的物流从发酵器(4)引导(116)到离心分离器(6)，
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在离心分离器(6)中使所述细胞培养混合物的物流分离(118)成轻相和重相，和
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将在分离(118)步骤中分离的重相引导(120)到接收器皿(18)。13.根据权利要求12的方法(100)，其在第三时间段期间包括以下步骤：
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将在分离(118)步骤中分离的轻相引导(122)到接收容器(8)。14.根据权利要求12或13的方法(100)，其中在第三时间段期间，离心分离器(6)的转子以比第一时间段期间更高的转速旋转。15.根据前述权利要求中任何一项的方法(100)，其在第四时间段期间包括以下步骤：
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停止(115)使液体物流从离心分离器(6)的内部连续地返回(106)到发酵器(4)的步骤，
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将所有细胞培养混合物从发酵器(4)引导(124)到离心分离器(6)，
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在离心分离器(6)中使所述细胞培养混合物分离(126)成轻相和重相，所述轻相形成细胞培养混合物的50
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95％V/V，和
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将在离心分离器(6)中分离的轻相引导(130)到接收容器(8)。16.根据权利要求15的方法(100)，其在第四时间段期间包括以下步骤：
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将在离心分离器(6)中分离的重相引导(128)到接收器皿(18)。17.根据权利要求12
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16中任何一项的方法(100)，其中继第三和/或第四时间段之后，方法(100)包括以下步骤：
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用液体稀释(132)接收器皿(18)中的重相以产生稀释的重相，
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在第五时间段期间将所述稀释的重相从接收器皿(18)转移(134)到离心装置比如离心分离器(6)，
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在第五时间段期间于离心装置中使所述稀释的重相分离(136)成轻相和另一重相，和
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将所述轻相引导(138)到接收容器(8)。18.根据权利要求17的方法(100)，其中在第五时段期间，离心分离器(6)的转子以比第一时间段期间更高的转速旋转。19.根据权利要求12
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18中任何一项的方法(100)，其中继第三、第四和/或第五时间段之后，方法(100)在第六时间段期间包括以下步骤：
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用液体比如生长培养基冲洗(140)离心分离器(6)，
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运行(142)离心分离器(6)，和
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将至少一部分所述液体经离心分离器(6)的轻相出口引导(144)到接收容器(8)。20.根据权利要求19的方法(100)，其中在运行(142)离心分离器(6)的步骤期间，离心分离器(6)的转子以比第一时间段期间更高的转速旋转。21.根据权利要求15
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20中任何一项的方法(100)，其中继第一至第六时间段中的任何一个之后，方法(100)包括以下步骤：
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将收集于接收容器(8)中的所述轻相引导(146)到离心分离器(6)或到离心装置(6
’
)，
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在离心分离器(6)或离心装置(6
’
)中使所述轻相分离(148)成轻馏分和重馏分，所述重馏分包含来自所述细胞培养混合物的剩余碎片，和，
‑
转移(150)所述轻馏分用于进一步处理，比如从所述轻馏分中提取细胞外物质。22.根据权利要求23的方法(100)，其中在使离心装置中的所述轻相分离(148)成轻馏分和重馏分的步骤期间，离心分离器(6)的转子以比在第一至第六时间段中的一个或多个期间更高的转速旋转。23.根据前述权利要求中任何一项的方法(100)，其中所述包含表面扩大插入件的离心分离器(6)为模块化离心分离器(6)，所述模块化离心分离器(6)包含基座单元和安装于基座单元中的可更换分离插入件，并且其中方法(100)包括以下步骤：
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在细胞培养混合物物流来自发酵器(4)的步骤(104)之前，将用过的可更换分离插入件更换为未用过的可更换分离插入件。24.一种生物处理系统(2)，其包含用于在其中产生细胞培养混合物的发酵器(4)、包含表面扩大插入件的离心分离器(6)、接收容器(8)、将发酵器(4)、离心分离器(6)和接收容器(8)互连的管道系统、布置于所述管道系统中的流量控制设备，以及配置用于控制离心分离器(6)和所述流量控制设备至少一部分的控制系统，其中所述控制系统配置为：
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使细胞培养混合物的物流从发酵器(4)引导到离心分离器(6)的内部，并且同时，
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【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：阿法拉伐股份有限公司，
类型：发明
国别省市：