(57)【要約】円筒形支持体内に配置され、かつ様々な密度の多孔性を有してバッグを２つのチャンバに分割する隔膜を収容する、加圧された密封されたバッグが、栄養培地の最適な混合およびガス化を提供することにより、使い捨てシステムにおいて、種々の生物学的培養物、特に多数の医薬品およびバイオテクノロジー生産物を生産するための細胞培養物を成長させるために使用される。本発明は、前述の技術的背景の観点から達成されたものであり、本発明の目的は、使用者が、栄養培地の混合の規模を拡大することを可能にし、かつバイオリアクタバッグにおける栄養培地を効率的に混合することを可能にするバイオリアクタバッグを提供することである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオリアクタであって、前記バイオリアクタは、
ａ）内側表面を有する円筒形支持体であって、可撓性容器を動かないように保持するように構成され、前記円筒形支持体をその円弧の軸に沿って−１１０°〜＋１１０°旋回させるための機構を含む、円筒形支持体と、
ｂ）少なくとも１つの内部壁および内容積を有する単回使用の可撓性容器であって、前記可撓性容器が、
（１）前記可撓性容器内に動かないように位置付けられた表面を有する可撓性の隔膜であって、右のチャンバおよび左のチャンバを画定し、前記右のチャンバと前記左のチャンバとの間で流体連通をもたらす複数の孔を含む、隔膜、ならびに
（２）必要に応じて、下記の要素
（ａ）液体入口、
（ｂ）液体出口、
（ｃ）ガス入口、
（ｄ）ガス出口
（ｅ）加熱要素および／または冷却要素
（ｆ）圧力センサ、および
（ｇ）温度センサ
のうちの１つまたはそれよりも多く
を含む、可撓性用容器と
を含み、
前記可撓性容器は、前記隔膜が垂直に位置付けられるように、前記円筒形支持体内で動かないように存在する、バイオリアクタ。
【請求項２】
前記可撓性容器が、加圧される、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項３】
前記隔膜の表面は、様々な密度の孔を含み、水平軸の中央と垂直軸の中央とに沿った前記隔膜の全表面の２５〜３０％は、前記隔膜の残りの部分よりも３〜５倍の高密度の孔を含む、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項４】
前記円筒形支持体を旋回させるための前記機構は、前記円筒の旋回頻度、旋回度を変更するための１つまたはそれよりも多くのコントローラを含む、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項５】
温度コントローラおよび圧力コントローラをさらに含む、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項６】
前記隔膜における前記複数の孔は、サイズが１μｍ〜１０００μｍの範囲である、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項７】
前記可撓性容器は、形状が円筒形、卵形、立方形、丸形、矩形または正方形である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバイオリアクタ。
【請求項８】
前記可撓性容器は、略枕型の可撓性バッグであって、前記可撓性容器の少なくとも内部および前記隔膜は、生体適合材料からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバイオリアクタ。
【請求項９】
生物学的生産物を生産するための方法であって、前記方法は、
ａ）請求項１〜８のいずれか一項に記載のバイオリアクタを提供することと、
ｂ）栄養培地を、前記液体入口を通して前記可撓性容器に導入することと、
ｃ）生物学的生産物を生産可能な生物学的培養物を、前記液体入口を通して前記可撓性容器に導入することと、
ｄ）前記栄養培地を所定の温度に加熱または冷却することと、
ｅ）圧縮ガス源を前記ガス入口に接続することと、
ｆ）前記可撓性容器を加圧することにより、前記円筒形支持体の前記内側表面との前記可撓性容器の連続的な接触を達成することと、
ｇ）前記栄養培地を混合して前記生物学的培養物をエアレーションするために十分な頻度で、−１１０°〜＋１１０°の角度で前記円筒形支持体を旋回させることと、
ｈ）前記生物学的培養物の密度が生物学的生産物の生産のために十分になるまで、前記円筒形支持体の旋回を続けることと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記生物学的生産物のさらなる処理のために、前記栄養培地を前記可撓性容器から取り除くことをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記生物学的培養物は、細菌、酵母菌、バキュロウイルス、哺乳類細胞または植物細胞を含む、請求項９に記載の生物学的生産物を生産するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医薬品およびバイオテクノロジーの加工産業で使用される生産物を収容する加圧密封されているバッグに関し、より特定すると、使い捨ての細胞バッグまたはバイオリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオ加工産業は、発酵および細胞培養のための製造工程において、伝統的にステンレス鋼のシステムおよび配管を使用している。これらのデバイスは、蒸気滅菌され再使用されるように設計される。しかし、洗浄と滅菌はコストのかかる労働集約的な作業である。さらに、必要不可欠な配管および諸設備を備えるこれらの従来のシステムの設置コストは、多くの場合、非常に高価である。さらに、これらのシステムは典型的に、特定のプロセスのために設計され、新しい用途のために容易に再構成されることができない。これらの制限は、過去１０年にわたって新しいアプローチの採用につながっており、それは通常のステンレス鋼タンクに代えて、プラスチックの単回使用かつ使い捨てのバッグおよび配管を使用することである。
【０００３】
特に、伝統的にステンレス鋼で作製されるバイオリアクタは、多くの用途で使い捨てバッグによって置き換えられ、その使い捨てバッグは、必要なエアレーションと細胞培養に必要な混合とを提供するために揺動される。これらの単回使用バッグは典型的に滅菌で提供され、コストと時間のかかる洗浄と滅菌の工程をなくす。バッグは、作業中に滅菌環境を維持するように設計され、それによって汚染のリスクを最小限にする。
【０００４】
一般に使用されるバッグは「枕スタイル（ｐｉｌｌｏｗ  ｓｔｙｌｅ）」のものであり、これは、主として、これらのバッグが２枚の可撓性プラスチックシートを一緒に継ぎ合わせることにより低コストで製造することができるからである。
【０００５】
成功している使い捨てのバイオリアクタシステムのうちの１つは、バイオリアクタバッグが置かれる揺動テーブルを使用する。バイオリアクタバッグは、液体の栄養培地および所望の細胞で部分的に満たされている。テーブルはバッグを揺動することによりバッグにおいて細胞に一定の動きを提供し、さらに、乱流状態の空気−液体面からのエアレーションを提供する。バッグは、典型的に、空気または酸素の導入用のガス供給管と、呼吸に使われたガスの除去を可能にする排気ガス管を有している。栄養素は、他の管を通して加えられることができる。
【０００６】
このタイプのデバイスの可能性のある１つの制限は、数百リットルを超えて規模を拡大することが困難であり得るということである。なぜなら、貧弱な液体の循環が、細胞の能力を抑制してしまう栄養素および廃棄物の勾配を引き起こすからである。これは、これらの用途で使用される単軸揺動器の前後運動が、揺動軸に垂直な方向には良好な液体循環を生成するが、揺動軸と平行な方向には比較的小さな混合しか生成できないためである。大きな容量のバッグ（１００リットル超）、あるいは幅に対する長さの比率が大きなバッグでは、この貧弱な軸方向循環は、バッグの内容物の均質性を達成するのに長い時間を要する。これは、ｐＨを調整するためにバイオリアクタに加えられる酸または塩基の添加がバッグ全体にわたって分散するのに長い時間を必要し得るので、バイオリアクタバッグにおけるｐＨの制御を困難にする。バイオリアクタバッグに加えられた栄養素は、一様には分配されない場合がある。貧弱な液体の循環はまた、ヘッドスペースから輸送され得る酸素の量を制限し、したがって、培養できない細胞の最大濃度も制限してしまう。
【０００７】
循環流は、第２の回転軸を組み込むことによって改善され得る。２つの軸を同期させることによって、混合と物質移動を大いに改善する旋回運動を付与することが可能である。しかしながら、第２の軸の追加は、コストを著しく増加させ、機械的な複雑さの増加が、揺動器の信頼性を低下させ、保守することをより困難にする。
【０００８】
しかしながら、上述の制限はすべて、Ｖｉｊａｙ  Ｓｉｎｇｈに付与された米国特許第６，１９０，９１３号（および、結果として得られたＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅによって販売されているＷａｖｅ  Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）に存在しており、その結果、同発明者は（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅが譲り受けた）２００８年９月１５日出願の米国特許出願第１２／６７６，１８０号において、バッグの内部に可撓性バッフルを作成することによりバッグにおいて渦運動を生成して混合を改善することによってこれらの制限を克服することを提案した。しかし、既存技術のこの改変では、バッグの継ぎ目に応力が生成され、それがこれらのバッグを使用した大規模製造の使用を阻むという最も重大な欠点を有しているままである。提案された改変はまた、バッグが一次元においてのみ揺動されるので、バッグにおけるあらゆる方向からの所望に応じた完全な混合を提供しない。
【０００９】
したがって、使用者が可撓性容器の中のバイオリアクタバッグにおける栄養培地の混合の規模を拡大することができて、あらゆる方向からの栄養培地の完全な混合を確実にする装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，１９０，９１３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述の技術的背景の観点から達成されたものであり、本発明の目的は、使用者が、栄養培地の混合の規模を拡大することを可能にし、かつバイオリアクタバッグにおける栄養培地を効率的に混合することを可能にするバイオリアクタバッグを提供することである。
【００１２】
バイオリアクタは、円筒形支持体と、可撓性容器における２つのチャンバを画定する隔膜を含む可撓性容器とを備え、その隔膜は、円筒形支持体を−１１０°〜＋１１０°で旋回させる手段を使用することによって、バッグのあらゆる側からの栄養培地がバッグの中央部を通過するような様々な多孔率を有する。これは、隔膜が、バッグのあらゆる側からの栄養培地を持ち上げて、栄養培地をバッグ中央の中心部で流出させ、このサイクルを反対方向に反転させることで、栄養培地の極めて最適な混合を提供する。容器が内部に一定の容積を形成するように加圧された結果として、バイオリアクタが硬質壁付き容器のように作用する場合、栄養培地の最も効率的な動きが観察され、生物学的生産物の製造のために可撓性使い捨て容器を使用する利点がなおも維持される。
【００１３】
容器の壁および隔膜は、継ぎ合わされた可撓性シートである。２つの外側層が不浸透性である一方で、隔膜は、２つのチャンバの間に流体連通を提供する様々な多孔性を有する。隔膜は、縁部のうちの１つに隣接する中心部において最も高い多孔性を有する。代替として、容器は成型された構造（ｍｏｄｅｌｄｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であってよい。
【００１４】
隔膜が垂直に整列させられて最も高い密度の孔が上部中央部（上部の垂直軸および中央の水平軸）にあるように、容器は、円筒形支持体において動かないように配置される。円筒形支持体が旋回させられるにつれ、隔膜は、円筒形支持体の移動方向へ上方に液体を浚うことにより、液体を持ち上げ、隔膜の中心における片側に沿って孔を通して液体を注ぎ、容器のあらゆる方向からの液体が均一に混合させられる。連続的に反対方向に動作を繰り返すことは、容器における液体全体の高効率かつ均一な混合を生じさせる。
【００１５】
とりわけ、本発明には、栄養培地中へのガスの散布手段または導入手段がなく、栄養培地とのガスの混合は、栄養培地が繰り返し勢いよく回転させられるときの栄養培地中への表面取り込みを通して達成される。この培地のガス化手段は細胞培養増殖のために非常に好適であるが、これは、細菌培養物、または非常に高い程度のガス化を必要とする培養物の成長を支援するためには十分でない場合もある。
【００１６】
本発明のこれらおよびその他の利点が、下記の説明を添付の図面とともに読むことでより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１ａは、加圧された可撓性バッグおよび栄養培地を収容する円筒形支持体の正面図である。図１ｂは、時計回りに途中まで動いた円筒形支持体の図である。図１ｃは、時計回りに１１０°動いた円筒形支持体の図である。
【００１８】
【図２】図２ａは、加圧されていない可撓性バッグおよび栄養培地を収容する円筒形支持体の正面図である。図２ｂは、時計回りに途中まで動いた円筒形支持体の正面図である。図２ｃは、時計回りに１１０°動いた円筒形支持体の正面図である。
【００１９】
【図３】図３は、加圧されていない可撓性バッグおよび栄養培地を収容する円筒形支持体の正面図である。図３ｂは、時計回りに途中まで動いた円筒形支持体の正面図である。図３ｃは、反時計回りに１１０°動いた円筒形支持体の正面図である。
【００２０】
【図４】図４は、垂直に配置されている可撓性バッグの側面図であり、隔膜における孔の構成を示す、。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のこの好ましい実施形態が図面を参照して記載されており、類似の構成要素は同一の番号で識別される。好ましい実施形態の説明は、例示的なものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【００２２】
先行技術のバッグは、（例えば、１９９８年８月１２日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｕｌｔｕｒｉｎｇ  Ｃｅｌｌｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗａｖｅ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ａｇｉｔａｔｉｏｎ」と題される米国特許第６，１９０，９１３号のシステムにおける）揺動バイオリアクタ用途にて一般に使用される平坦かつ矩形の「枕スタイル」の細胞培養バッグである。この先行技術および他の先行技術のバッグは、米国特許出願第１２／６７６，１８０号の図１〜１１に示されている。
【００２３】
本発明におけるバッグ（図１）は、２つの外側可撓性不浸透シート８と、縁部のうちの１つに隣接する中心部分でさらにより高い多孔性６を有する有孔隔膜７とを継ぎ合わせることによって形成され、有孔隔膜７は栄養培地１５を保持できる２つのチャンバを形成し、さらに、バッグの４辺に延在する輪郭継ぎ目５をもたらし、その輪郭継ぎ目は、可撓性バッグが円筒形支持体の内側表面に取り付けられることによりバッグを動かないようにする点を形成する。外部からの一切のコンタミネーションを回避するために、滅菌フィルタ３に取り付けられたガスポート４もまた、提供される。滅菌フィルタ１２を有する液体ポート１３が栄養培地を導入するために提供されるが、その液体ポートはまた、フィルタ１２を取り外した後にバッグから液体を取り除くため、およびフィルタを使用せずに生物学的培養物を導入するためにも使用され得る。バッグ８は、硬質壁付き円筒形支持体１の内部に配置され、その硬質壁付き円筒形支持体は、次に、発熱要素２によって被覆される。円筒形支持体１は、シャフト９を介してモータ１０によって制御される回転機構１４を介して、プラットフォーム１１によって支持されている。
【００２４】
図１は、本発明の３つの構成を有する。図１ａは、バッグ８が垂直に配置される開始位置である。栄養培地１５がポート１３を通してバッグに導入され、その栄養培地は、隔膜７が多孔性であるので、その隔膜を横断して、隔膜７の両側で均等な高さになる。図１ａにおける垂直に配置された場合のシート８の多孔性は、上部中心部分よりもはるかに小さく少なくとも１０分の１であることに留意することが、重要である。隔膜全体に多孔性を提供する理由は、隔膜７が旋回された場合に隔膜７への圧力を低減し、その隔膜が隔膜７によって形成された２つのチャンバを越えて栄養培地を通過させることを可能にするためである。図１において、バッグの壁は、円筒形支持体の硬質壁を完全に裏打ちし、これはガスポート４の一方を通してガスを導入することによりバッグを加圧することによって達成されることが、さらに留意される。これはまた、バッグを３次元的な容器にさせる。これは、一般に、本発明を使用することによりチャイニーズハムスター卵巣細胞等の哺乳類細胞を成長させる場合に望ましく、ここで、およそ５％の二酸化炭素が混合された空気が提供され、栄養培地における二酸化炭素の進入様式は、栄養培地の表面を通すというものである。
【００２５】
図１は円筒形支持体の時計回りの動きを示し、図１ｂはおよそ３０°〜３５°旋回させられたときの隔膜７の位置を示す。図１に示すように、隔膜７が栄養培地を持ち上げ、回転が９０°超に達すると、栄養培地が隔膜、主により高い多孔性のセクション６を通って流出することにより、液体を左のチャンバから右のチャンバに移動させることに留意されたい。次いで、円筒形支持体の動作が反対方向に繰り返されることにより、右のチャンバから左のチャンバへ、さらに後方から前方へ混合を提供する。円筒形支持体が旋回させられると、ある排出用ポートから離れていった栄養培地がガスポートの一方を覆うことになる可能性が高いことが注目に値する。ガスポートの一方がガスの導入のために使用され、他方は排出口として使用されるので、栄養培地によってどちらのガスポートが一時的に浸されようが、動作には影響がないことになる。
【００２６】
図２は、開始位置に配置された本発明の側面図を示し、様々な穿孔６を有する隔膜７を示す。開始位置において垂直に配置された場合、隔膜７における最も大きい開口が隔膜７の上部中心位置に提供されていることは、注目に値する。この構成は、隔膜７が旋回させられることにより栄養培地を持ち上げるときに、栄養培地を左から右に、さらに後方から前方に流すことを可能にする。
【００２７】
バッグ７は成形された立体構造であることができるか、または可撓性シートを継ぎ合わせることによって製作されることができる。縁部およびガセットは、本明細書で示されるように、湾曲した継ぎ目であり得、または一連の直線継ぎ目セグメントとして製造され得る。
【００２８】
本発明は、使用者がバイオリアクタバッグにおける栄養培地の混合の規模を拡大することができる装置を提供する。この装置によって、ｐＨの制御が簡単になり、バイオリアクタバッグへの酸または塩基の添加を行うことが長い時間を要しない。左から右への、および後方から前方への均一な混合は、種々の生物学的培養物の最適な成長のために必要とされる理想的な混合パターンを提供する。したがって、本発明は、使用者に、バイオリアクタバッグにおける栄養培地の混合の規模を拡大するための簡単な方法を提供することにより、生物学的生産物の最高の製造歩留りを提供する。
【００２９】
本発明は、大規模バイオリアクタのために使用される可撓性バッグに関する技術の利用におけるあらゆる構造的および技術的な障害をなくす。加圧されたバッグが硬質壁付き円筒形支持体内に位置し、バッグの継ぎ目へのいかなる応力をも和らげることにより、容量を数百リットルのみに必然的に制限する先行技術と比較して、栄養培地を何千リットルも容易に収容できるバイオリアクタ構築の使用を可能にする。
【００３０】
本発明のバッグを詳細に説明し示したが、これは例証および例示として行われたにすぎず、限定として見なされるべきでないことが、はっきりと理解されよう。本範囲は添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2015515270.tif 000010
【図３ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
2015515270.tif 000013
2015515270.tif 000014