JP2021007946A - 攪拌システム - Google Patents
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Abstract
Description
原核細胞および真核細胞を用いた組換えタンパク質、ワクチン、および抗体の製造は、現代の医薬製造において不可欠な役割を果たしている。翻訳後修飾複合タンパク質および抗体を製造するのに動物由来細胞が主として用いられる。しかしながら、動物由来細胞の使用は、例えば、培地、制限および阻害(例えば、乳酸塩、CO2、アンモニウム等による)に対する感受性、感受性の強い外膜(剪断応力)、比速度の低さ、および培養条件のばらつき(例えば、局所的不均質性、pHのばらつき、pO2のばらつき等による)に対する感受性といった、これらの細胞の特異的な特性により、発酵プロセスに対する要求が高度である。バイオリアクターの設計の際およびプロセス制御のためには、これらの特性を考慮に入れなければならない。
a)培地と培養する動物細胞とを入れるのに適した培養槽と、
b)培養槽の垂直軸に沿ったシャフトと、
c)上記シャフトに取り付けられた、本明細書に記載の攪拌システムと、
d)上記培養槽の底にある気体入口と、
e)補正溶液および/または栄養供給溶液を添加するための、液体表面よりも上方の培養槽の上部にある少なくとも1つの入口と、
を含む。
a)前記ポリペプチドをコードする核酸を含む細胞を、本明細書に記載の攪拌システムを含む培養槽または本明細書に記載の装置中で培養する工程;
b)上記培地または上記細胞から前記ポリペプチドを回収する工程;および
c)前記ポリペプチドを精製し、それによって前記ポリペプチドを製造する工程。
本明細書において、少なくとも1つの半径方向搬送要素と少なくとも1つの軸方向搬送要素とからなる攪拌システムであって、少なくとも3つの搬送要素を必ず含み、一番上の要素が軸方向搬送要素である攪拌システムが記載される。剪断に弱い動物細胞を培養するために現在用いられている攪拌システムと比較して、本明細書に記載の攪拌システムは、より穏和でより迅速な培地の混合を可能にする。本明細書に記載の攪拌システムの一例を図1に示す。このように、本明細書に記載の攪拌システムは、培養槽内の流れを方向づけるための、バッフル、静的ミキサー、旋回手段、ドラフトチューブ等の手段のような複雑な追加の構成要素を必要とすることなく、混合時間を短縮し、培養細胞に与えられる応力を減少させる。
は理論上完全な混合後のトレーサ物質の濃度に対応し、Δaは時間tにおけるトレーサ物質の局所的濃度の最大差に対応する。一般に、混合の程度X1 = 0.95が十分であるとみなされる(上記Henzler参照)。式4で表される混合係数CH 0.95は、この混合の程度に基づくものであり、混合時間Θ0.95と使用された攪拌機の回転速度nとの積である。このため、この混合係数は、相互混合の程度0.95を達成するためにある剤の添加後に必要とされる攪拌機回転数に対応する。
・攪拌システムの回転速度、
・攪拌システムの種類、
・膜にぶつかる流れ、
・攪拌システムによって生成される主な流れプロファイル。
b:半径方向搬送要素の羽根の幅
d:かき混ぜ機の全外径
dw:シャフトの直径
h:半径方向搬送要素の攪拌羽根の高さ
hB:軸方向搬送要素の高さ
Δh:2つの搬送要素の高さの差
l:軸方向搬送要素の攪拌羽根の長さ
α:軸方向搬送要素の羽根の羽根傾斜度
z:攪拌機1つ当たりの攪拌羽根数
di:半径方向搬送要素の攪拌羽根間の内側距離
D:培養容器の内径
H:培養容器の充填高さ
培養装置
すべての調査を300 lのPlexiglas(登録商標)モデル容器(以下DN 640という)または製造反応器自体において実施した。透析調査を100 lのPlexiglas(登録商標)モデル容器(以下DN 440という)において実施した。
動力入力
異なる攪拌機の動力入力を、回転シャフトのトルクを計測することによって測定した。データ処理システムモデルGMV2をトルクセンサモデルDRFL-II-5-A(どちらも"ETH Messtechnik" Company, Gschwend, Germanyから)と共に用いてトルクを記録した。攪拌システムごとに、まず無充填状態(Mempty)で様々な回転速度でトルクを記録し、次いで、充填状態(Mload)で式9により三重測定によってトルクを記録した。
M=Mload−Mempty(式9)
均質化
変色法および導電率法を用いて均質化を測定した。
剪断応力
モデル粒子系として青色粘土ポリマーフレーク系を用いて剪断応力を測定した。これは、カチオンポリマー(Praestol BC 650)と容器内に配置された粘土鉱物(青色粘土)とからなるモデル粒子系である。規定の大きさのフレークを生成するPraestol BC 650を添加することによって凝集反応を開始させる。次いで、これらのフレークを攪拌システムの機械的および流体力学的応力によって破壊する。気泡通気式システムの場合は、気泡が形成され破裂する際のエネルギーの散逸によってさらに破壊される。モデル粒子系の平均粒径を計測変数として用いて剪断応力を特性決定した。この場合、Mettler Toledo CompanyのFocused Beam Reflectance Measurement Probe(以下FBRM(登録商標)と呼ぶ)によってインサイチューで粒度の変化を計測した。測定された粒度の変化率は、モデル系において優勢な剪断応力の尺度である。粒度の変化率の勾配は、実験中小さくなっていくが、平衡状態にはならない(青色粘土一次粒子の直径が15μmにほぼ等しくなるまでの粒子粉砕)。このことから、以下の基準(式10)により、青色粘土ポリマーフレーク系の最終フレーク直径dp50'を測定した。
透析(物質移動 液体-液体)
NaCl溶液(NaCl結晶、Merck KGaA Company, Darmstadt, Germany)をトレーサ物質として用いて、使用した攪拌システムおよび体積比動力入力に関連するモジュール(DIADYN-DP 070 Fl OL; MICRODYN-NADIR GmbH Company, Wiesbaden, Germany)の濃度半減期を測定した。各実験開始時に貯蔵容器内でトレーサ物質を1500μS/cmの基準値導電率に調節した。各実験毎に反応器を完全に脱塩した水で充填した。反応器の充填体積は100 l(H/D = 1.6)、貯蔵容器の充填体積は400 l(H/D = 2.0)であり、両容器を各実験開始時に20℃の温度に維持した。両容器内の導電率を4極導電率プローブ(プローブ:TetraCon, WTW Co. Weilheim, Germany、計測増幅器:Cond813, Knick "Elektronische Messgerate GmbH & Co, KG" Company, Berlin, Germany)によって計測した。使用した計測増幅器のサンプリングレートは5秒であり、計測値はソフトウェアParaly SW 109(Knick "Elektronische Messgerate GmbH & Co, KG" Company, Berlin, Germany)によってすべてのプローブについてオンラインで同時に記憶した。NaCl溶液は、供給容器と透析モジュールとの間のぜん動ポンプ(housing pump 520 U, Watson-Marlow GmbH, Company, Rommerskirchen, Germany)によって、2.1 l/分の一定流量で循環させた。評価のために、プローブ1を反応器用の基準プローブとして用い、プローブ3を貯蔵容器用の基準プローブとして用いた。これらの2つのプローブのデータを評価ルーチンによって評価した。いずれの場合にも、攪拌機1つにつき、反応器における少なくとも6つの異なる動力入力を調べた。
抗IGF-1R抗体
国際特許出願公開公報第2004/087756号、第2007/045465号、および第2007/115814号に公開されているデータに基づき、一般に知られている方法によって、抗IGF-1R抗体を分泌する細胞株を製造および培養した。
抗CD20抗体
国際特許出願公開公報第2005/0044859号に公開されているデータに基づき、一般に知られている方法によって、抗CD20抗体を分泌する細胞株を製造および培養した。
抗HER2抗体
国際特許出願公開公報第92/022653号および第99/057134号に公開されているデータに基づき、一般に知られている方法によって、抗HER2抗体を分泌する細胞株を製造および培養した。
以下に、本発明の基本的な諸特徴および種々の態様を列挙する。
[1]
垂直な攪拌シャフトに上下に配置された2つの半径方向搬送攪拌要素と1つの軸方向搬送攪拌要素とからなる攪拌システムであって、前記軸方向搬送攪拌要素が前記半径方向搬送攪拌要素よりも上に配置された、攪拌システム。
[2]
培地を含む培養槽内で用いられるとき、レイノルズ数5*10 4 〜5*10 5 においてニュートン数5.5〜8.0であることを特徴とする、[1]記載の攪拌システム。
[3]
培地を含む培養槽内で用いられるとき、約0.05W/kgの動力入力において混合時間Θ 0.95 が約20秒であり、約0.3W/kgの動力入力において約10秒であることを特徴とする、前記[1]〜[2]のいずれか一項記載の攪拌システム。
[4]
半径方向搬送攪拌要素としての2つの円盤型攪拌機または2つのラシュトンタービンと軸方向搬送攪拌要素としての1つの傾斜羽根攪拌機とからなることを特徴とする、前記[1]〜[3]のいずれか一項記載の攪拌システム。
[5]
前記半径方向搬送攪拌要素が2〜8つの攪拌羽根を有し、かつ前記軸方向搬送攪拌要素が2〜10個の攪拌羽根を有することを特徴とする、前記[1]〜[4]のいずれか一項記載の攪拌システム。
[6]
すべての搬送要素が同じ直径dを有することを特徴とする、前記[1]〜[5]のいずれか一項記載の攪拌システム。
[7]
前記攪拌要素の直径dの前記培養槽の直径Dに対する比が0.32〜0.35の範囲であることを特徴とする、[7]記載の攪拌システム。
[8]
前記軸方向搬送攪拌要素の攪拌羽根の傾斜度が、前記攪拌シャフトに対して10°〜80°であることを特徴とする、前記[1]〜[7]のいずれか一項記載の攪拌システム。
[9]
前記[1]〜[8]のいずれか一項記載の攪拌システムと培養槽とを含む装置。
[10]
前記攪拌システムが、培地を含む前記培養槽内で用いられるとき、レイノルズ数5*10 4 〜5*10 5 においてニュートン数5.5〜8.0であることを特徴とする、[9]記載の装置。
[11]
前記攪拌システムが、培地を含む前記培養槽内で用いられるとき、約0.05W/kgの動力入力において混合時間Θ 0.95 が約20秒であり、約0.3W/kgの動力入力において約10秒であることを特徴とする、[9]または[10]のいずれか一項記載の装置。
[12]
[9]〜[11]のいずれか一項記載の装置中で動物細胞を培養することを特徴とする、動物細胞を培養するための方法。
[13]
以下の工程を含む、ポリペプチドを製造するための方法:
a)前記ポリペプチドをコードする核酸を含む細胞を[9]〜[11]のいずれか一項記載の装置中で培養する工程;
b)前記培地または前記細胞から前記ポリペプチドを回収する工程;および
c)前記ポリペプチドを精製し、それによって前記ポリペプチドを製造する工程。
[14]
動物細胞培地を混合するための、[1]〜[8]のいずれか一項記載の攪拌システムの使用。
[15]
動物細胞を培養するための装置であって、
a)培養槽と、
b)前記培養槽の中央軸に沿った垂直なシャフトと、
c)[1]〜[8]のいずれか一項記載の攪拌システムと、
d)前記培養槽の底にある気体給送部と、
e)補正溶液および/または栄養供給溶液を添加するための、液体表面よりも上の領域における少なくとも1つの入口と、
を含むことを特徴とする、装置。
Claims (15)
- 垂直な攪拌シャフトに上下に配置された2つの半径方向搬送攪拌要素と1つの軸方向搬送攪拌要素とからなる攪拌システムであって、前記軸方向搬送攪拌要素が前記半径方向搬送攪拌要素よりも上に配置された、攪拌システム。
- 培地を含む培養槽内で用いられるとき、レイノルズ数5*104〜5*105においてニュートン数5.5〜8.0であることを特徴とする、請求項1記載の攪拌システム。
- 培地を含む培養槽内で用いられるとき、約0.05W/kgの動力入力において混合時間Θ0.95が約20秒であり、約0.3W/kgの動力入力において約10秒であることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項記載の攪拌システム。
- 半径方向搬送攪拌要素としての2つの円盤型攪拌機または2つのラシュトンタービンと軸方向搬送攪拌要素としての1つの傾斜羽根攪拌機とからなることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項記載の攪拌システム。
- 前記半径方向搬送攪拌要素が2〜8つの攪拌羽根を有し、かつ前記軸方向搬送攪拌要素が2〜10個の攪拌羽根を有することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項記載の攪拌システム。
- すべての搬送要素が同じ直径dを有することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項記載の攪拌システム。
- 前記攪拌要素の直径dの前記培養槽の直径Dに対する比が0.32〜0.35の範囲であることを特徴とする、請求項7記載の攪拌システム。
- 前記軸方向搬送攪拌要素の攪拌羽根の傾斜度が、前記攪拌シャフトに対して10°〜80°であることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項記載の攪拌システム。
- 前記請求項のいずれか一項記載の攪拌システムと培養槽とを含む装置。
- 前記攪拌システムが、培地を含む前記培養槽内で用いられるとき、レイノルズ数5*104〜5*105においてニュートン数5.5〜8.0であることを特徴とする、請求項9記載の装置。
- 前記攪拌システムが、培地を含む前記培養槽内で用いられるとき、約0.05W/kgの動力入力において混合時間Θ0.95が約20秒であり、約0.3W/kgの動力入力において約10秒であることを特徴とする、請求項9または10のいずれか一項記載の装置。
- 請求項9〜11のいずれか一項記載の装置中で動物細胞を培養することを特徴とする、動物細胞を培養するための方法。
- 以下の工程を含む、ポリペプチドを製造するための方法:
a)前記ポリペプチドをコードする核酸を含む細胞を請求項9〜11のいずれか一項記載の装置中で培養する工程;
b)前記培地または前記細胞から前記ポリペプチドを回収する工程;および
c)前記ポリペプチドを精製し、それによって前記ポリペプチドを製造する工程。 - 動物細胞培地を混合するための、請求項1〜8のいずれか一項記載の攪拌システムの使用。
- 動物細胞を培養するための装置であって、
a)培養槽と、
b)前記培養槽の中央軸に沿った垂直なシャフトと、
c)請求項1〜8のいずれか一項記載の攪拌システムと、
d)前記培養槽の底にある気体給送部と、
e)補正溶液および/または栄養供給溶液を添加するための、液体表面よりも上の領域における少なくとも1つの入口と、
を含むことを特徴とする、装置。
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