1회용 생물 거품기

Single-use bioreactor

1회용 생물유연제나 일회용 생물유연제는 배양기 대신 일회용 봉지가 있는 생물유연제다.전형적으로 이것은 세포 배양과 접촉하는 라이닝이 플라스틱이 되는 생물작용제를 말하며, 이 라이닝은 보다 영구적인 구조(일반적으로 로커나 큐보이드 또는 원통형 강철 지지대 중 하나) 안에 싸여 있다.상업용 1회용 바이오 액터들은 1990년대[citation needed] 말부터 사용이 가능했고, 현재 몇몇 유명한 생산자들에 의해 만들어지고 있다(아래 참조).

바이오 액터에서의 1회용 기술

1회용 바이오액터는 포유류 세포 배양 분야에서 널리 사용되고 있으며, 현재 기존의 바이오액터를 빠르게 대체하고 있다.null

스테인리스나 유리로 만든 배양 그릇 대신 일회용 백이 1회용 바이오레저에 장착됐다.일회용 가방은 보통 3단 플라스틱 호일로 만들어진다.폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 LDPE로 한 층을 만들어 기계적 안정성을 제공한다.PVA나 PVC를 이용하여 만들어진 두 번째 층은 가스 장벽의 역할을 한다.마지막으로 접촉층은 PVA나 PP로 만들어진다.[1]의료 애플리케이션의 경우 제품에 접촉하는 일회용 재료는 유럽 의약품청 또는 다른 지역을 담당하는 유사한 기관의 인증을 받아야 한다.null

1회용 생물작용제의 종류

일반적으로 1회용 생물작용제 구축에는 두 가지 접근법이 있는데, 배양 배지를 활성화하는 데 사용되는 방법이 다르다.null

일부 1회용 바이오 액터들은 기존의 바이오 액터처럼 스레더를 사용하지만, 플라스틱 가방에 통합된 스레더와 함께 사용한다.밀폐된 가방과 교반자는 미리 살균되어 있다.사용 시 백은 바이오레이터에 장착되며, 교반기는 기계적으로 또는 자력으로 운전자와 연결된다.null

다른 1회용 바이오 액터들은 흔드는 동작에 동요한다.이러한 유형의 생물 거품기는 일회용 가방 안에 어떠한 기계적인 아지터도 필요하지 않다.[2][3]

저어짐과 흔들의 움직임 1회용 바이오 액터 모두 1000L 부피까지 사용된다.null

이 두 가지 방법에는 여러 가지 변형이 존재한다.쿠너 셰이커는 원래 미디어 준비를 위해 고안되었지만 세포 배양에도 유용하다.[4]PBS 바이오테크 에어휠 기술은 공기 공급에서 나오는 부력을 이용해 교반기에 회전력을 공급한다.null

측정 및 제어

경작이 실시될 가방이 폐쇄적이고 사전 살균된 시스템인 만큼 1회용 생물연료를 이용한 세포배양 공정의 측정과 통제가 쉽지 않다.온도, 전도도, 포도당, 산소 또는 압력을 측정하기 위한 센서는 멸균하기 전에 제조 중에 백에 내장되어야 한다.기존 사례처럼 바이오 액터를 사용하기 전에는 센서를 설치할 수 없다.따라서 몇 가지 과제를 고려해야 한다.백은 조립, 배송 및 건조된 상태로 보관되며, 그 결과 일반적인 pH 전극을 사용할 수 없다.교정 또는 추가 조립은 불가능하다.이러한 제약으로 인해 새로운 유형의 해석 프로브를 가진 사전 구성된 백이 개발되었다.pH 값은 크기가 몇 밀리미터에 불과한 패치를 사용하여 측정할 수 있다.이 패치는 pH민감 염료가 뒤에 있는 보호막으로 구성되어 있다.배양 배지에서 pH를 변경하면 염료의 pH와 색상이 변경된다.색의 변화는 가방 외부의 레이저로 감지할 수 있다.이 방법 및 기타 비침습적 측정 방법은 1회용 생물반응기에 대해 개발되었다.null

1회용공정

이용 가능한 1회용 프로세스 단계는 미디어 및 버퍼 준비, 셀 수집, 여과, 정화 및 바이러스 불활성화 등이다.다른 제조 업체들 세균 생산에 대한 에어 리프트 시스템 PBS바이오 테크 주식 회사의 소설 Air-Wheel 혼합 메커니즘과 실험실 cGMP( 좋은 제조 관행)생산되는 것에서 낮은 전단과 확장성과 완전히 통합된 경우www.pbsbiotech.com뿐만 아니라 Millipore,[5]는 prim하기 쉽게와 Cellexus 그들의 CellMaker 있는 그룹이 포함된다.함께Ily up스트림 장비 www.millipore.com, WAVE 브랜드 흔들림, 일회용 바이오 어레이터, 전통적인 교반 또는 임펠러 샤프트 기반의 Thermo Scientific www.thermo.com도 이러한 기술 중 일부를 사용할 수 있다.사토리우스 스테딤, PBS 바이오테크놀로지, 써모 피셔, 시티바만이 완전한 실험실 대 생산 바이오프로세스를 위한 완전한 확장 가능한 솔루션을 제공할 수 있는 능력을 가지고 있다.BPSA(BioProcess Systems Alliance, BPSA)는 FDA 지원을 필요로 하는 cGMP 우수 제조 관행 사용을 포함하기 위해 단일 사용의 광범위한 적용을 지지하는 단일 사용 협회다.이 기관은 공개 포럼에서 이 기술이 교차 오염의 완화와 산업 비용 절감을 포함한 상당한 편익과 가치를 제공하기 때문에 일반적으로 단일 사용 기술의 주요 후원자라고 밝혔다.FDA는 단일 사용에 대한 지침을 업계에 발행하지 않을 것이며 웹사이트에 Q와 As를 발행할 수도 있다고 밝혔다.FDA가 승인한 단일 사용 생산 현장이 승인되면, 전세계적으로 더 넓고 빠른 단일 사용 채택을 위한 관문이 열릴 것이다.이미 단일 사용으로 인해 바이오시밀러 애플리케이션과 바이오테크 스타트업 및 CRO에 대한 프로세스 유연성과 운영 효율성이 크게 향상되었다. 신흥 시장은 기존 인프라 부족과 자본비용 및 운영비용을 바이오에서 제외하고자 하는 욕구를 감안할 때 단일 사용 대 스테인리스 사용을 채택할 것으로 예상된다.에치 작전오늘날의 시장은 대략 비슷하다.2억 달러, 향후 4~5년 내에 1억 달러 이상으로 성장할 수 있음null

장단점

기존의 생물작용제 시스템과 비교했을 때, 1회용 솔루션은 몇 가지 장점이 있다.일회용 기술을 적용하면 세척 및 멸균 요구를 줄일 수 있다.일부 추정치는 고정 자산 스테인리스강 바이오락터 대비 단일 사용 시스템으로 60% 이상의 비용 절감 효과를 보여준다.제약 생산에서는 복잡한 자격 검증 및 검증 절차가 더 쉬워질 수 있으며, 최종적으로 상당한 비용 절감으로 이어질 것이다.[7]1회용 생물작용제를 적용하면 교차 오염의 위험을 줄이고 생물학적 및 공정 안전성을 강화한다.1회용 애플리케이션은 모든 종류의 바이오의약품 제품에 특히 적합하다.null

1회용 바이오액터에는 기존 바이오액터에 비해 부품 함량이 적어 초기 및 유지비용이 절감된다.null

일부 1회용 생물작용제 사용에 대한 제한 인자는 달성 가능한 산소 전달이며, 특정 위상 영역(a)에 대한 특정 질량 전달 계수(kL)로 대표되며, 그 결과 체적 산소 물질 전달 계수(kaL)가 발생한다.이론적으로 이것은 더 높은 에너지 입력의 영향을 받을 수 있다(교체 속도나 흔드는 빈도 증가).그러나 1회용 생물반응기는 주로 세포 배양에 사용되기 때문에 에너지 입력은 세포의 섬세한 성질에 의해 제한된다.에너지 입력량이 높을수록 전단력이 높아져 셀 손상의 위험이 발생한다.[8]1회용 바이오액터는 현재 약 1000 L의 용량으로 사용할 수 있다. 그래서 기존 바이오액터에 비해 스케일 업이 제한적이다.그러나 현재 소수의 공급업체가 2,000리터 규모의 유닛을 납품하고 있으며 일부 공급사(Sartorius, Xcellerex, Thermo Scientific HyClone, PBS Bieth)는 벤치탑에서 본격 생산에 이르는 1회용 바이오 액터 제품군을 제공하고 있다.더 빠르고 더 큰 단일 사용 바이오 요인 채택 1) 고품질 및 저비용 일회용 가방 및 용기, 2) 실시간 셀 문화 수준 데이터 포인트를 포함한 고품질 분석을 제공할 수 있는 재사용 및 일회용 센서 및 프로브, 3) 실험실에서 생산까지 3가지 바이오 액터 제품군을 위한 과제가 존재한다.바이오프로세스의 완전 스케일업공급자들은 플라스틱 가방 재료와 성능을 향상시키고 과학자들에게 세포 밀도, 품질, 그리고 수율과 제품 효능을 향상시키는데 필요한 다른 지표들에 대한 더 큰 통찰력을 제공하는 광범위한 센서와 탐침을 개발하기 위해 노력하고 있다.새로운 관류 장치는 특정 세포 배양 애플리케이션에서도 인기를 끌고 있다.null

환경적 측면

일회용 바이오 액터의 환경 측면은 기존 바이오 액터에 비해 일회용 소재가 많이 사용되기 때문에 고려해야 한다.1회용 생물반응기와 기존 생물반응기를 비교한 완전한 수명주기 평가는 존재하지 않지만, 많은 생태학적 이유가 1회용 생물반응기의 개념을 뒷받침하고 있다.완전한 수명주기 평가를 위해서는 제조뿐만 아니라 반복적인 사용도 고려할 필요가 있다.1회용 바이오레이터의 주요 부분조차도 일회용이 아니라 지속적으로 재사용될 것이다.배양 용기 대신 사용하는 비닐봉지는 일회용이며 센서, 튜브, 교반기 등 일체형 서브 어셈블리를 모두 갖추고 있다.가방과 그 모든 부품은 주로 석유에서 유래된 플라스틱으로 만들어졌다.현재의 재활용 개념은 석유에서 유래한 에너지를 열과 전기로 회복하기 위해 소각에 주로 초점을 맞추고 있다.대부분의 석유는 어쨌든 발전소나 자동차에서 연소될 것이다.바이오락터의 일회용 구성요소를 태우면 생화학 공학을 통해 큰 영향을 미치지 않는 우회로가 생긴다.스테인리스나 유리로 된 재래식 배양 그릇을 만드는 것은 비닐봉지를 만드는 것보다 더 많은 에너지를 필요로 한다.배양 그릇은 기존의 생균제를 사용하여 발효될 때마다 세척 및 멸균되어야 한다.청소는 산, 알칼리, 세제 외에 많은 양의 물을 필요로 한다.121℃와 1bar 압력에서 증기로 살균하려면 많은 양의 에너지와 많은 양의 증류수가 필요하다.이 증류수(약칭으로 "주입용 물"이라고 함)는 또한 많은 양의 에너지를 소비함으로써 준비되어야 한다.기존 생물작용제와 단일 사용 생물작용제의 수명주기 평가의 비교는 이전에 예상했던 대로 단일 사용 생물작용제에 훨씬 더 유리해 보인다.A의 보고에 의하면싱클레어 [9]외1회용 바이오액터는 기존 바이오액터에 비해 작동에 필요한 전기 에너지의 30%, 시스템 생산을 위한 에너지 입력의 62%, 물의 87%, 최종적으로 세제의 95%를 절약하는 데 도움이 된다.null

참조

  1. ^ Barbaroux M., Sette A. (2006). "Properties of Materials Used in Single-Use Flexible Containers: Requirements and Analysis". BioPharm International. 11.
  2. ^ WAVE-Biotech 홈페이지 웨이백머신에 2011-02-28 보관
  3. ^ 생물 반응기/BIOSTAT%C2%AE-CultiBag-RM/76v4e7bqkj/jo5ylz8z208/mp.htm BIOST® CultiBag RM 홈페이지[영구적 데드링크]
  4. ^ 2011-02-15년 웨이백 머신에 보관된 쿠너 셰이커
  5. ^ 밀리포레
  6. ^ 써모 사이언티픽
  7. ^ Morrow K.J. (2006). "Disposable Bioreactors Gaining Favour: New Components and Systems Improve Process Reliability and Reduce Cost". Genetic Engineering News. 26 (12): 42–45.
  8. ^ Storhas, Winfried (1994). Bioreaktoren und periphere Einrichtungen: Ein Leitfaden für die Hochschulausbildung, für Hersteller und Anwender. Springer-Verlag. pp. 60–61. ISBN 978-3-540-67054-4.
  9. ^ Sinclaire A., Leveen L.; et al. (2008). "The Environmental Impact of Disposable Technologies". BioPharm International Supplements. Archived from the original on 2011-07-11.

외부 링크