СИСТЕМА ДЛЯ ПРОДУЦИРОВАНИЯ КЛЕТОК И/ИЛИ КЛЕТОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
SYSTEM FOR PRODUCING CELLS AND/OR CELL PRODUCTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способу для локализованного и изолированного продуцирования биологических препаратов. В частности, настоящее изобретение относится к производству клеток, вирусов или продуктов, выделенных из клеток или вирусов.
Уровень техники
Биофармацевтические препараты и возобновляемые химические вещества (также называемые в настоящем документе «биологическими препаратами») представляют растущий сегмент на мировом рынке биологических препаратов. Известные биологические препараты могут включать в себя, например, белки для применения в ветеринарии, человеческие белки, животные белки, растительные белки, фармацевтические белки, микробную биомассу, вирусы или вирусные частицы. Производство биологических препаратов представляет собой технологически сложный процесс, который строго регулируется. Для такого продуцирования необходим биореактор с возможностью продуцирования биологических препаратов, совместимых со стандартами надлежащей лабораторной практики или надлежащей производственной практики. По сравнению с другими типами продуцирования, биологические препараты требуют значительно большего планирования, инвестиций, документации, квалифицированного персонала и одобрения регулирующих органов, и поэтому это может быть намного более рискованным.
Исследования и манипуляции с определенными вирусами требуют определенных уровней мер предосторожности, обеспечиваемых известными средствами биологической безопасности уровня 3 (BSL-3) и биологической безопасности уровня 4 (BSL-4). Эти объекты являются дорогими, требуют серьезной подготовки персонала и требуют применения защитной одежды и оборудования. Обеспечение существующих объектов средствами предотвращения загрязнения внешней среды культивируемыми клетками или вирусами приводит к чрезвычайно высоким капитальным затратам.
Задачей настоящего изобретения является создание способов и систем для продуцирования вирусов или вирусных продуктов, которые преодолевают по меньшей мере часть вышеупомянутых недостатков и негативных факторов. Одной из задач настоящего изобретения является обеспечение способов и систем, которые позволяют производить вирусы или вирусные продукты и устраняют любой риск загрязнения окружающей среды продуцируемым вирусом.
Раскрытие изобретения
В первом аспекте в настоящем изобретении предложена система для продуцирования клеток, вирусов или продуктов, выделенных из клеток или вирусов, согласно п. 1 формулы изобретения.
Система предпочтительно содержит изолированный участок, снабженный по меньшей мере одним средством входа, через которое пользователи и/или материалы поступают в изолированный участок, и по меньшей мере одним средством выхода, через которое пользователи и/или материалы покидают изолированный участок, при этом указанное средство входа и средство выхода выполнены с возможностью перемещения между закрытым положением и открытым положением. Изолированный участок содержит по меньшей мере один модуль продуцирования, содержащий по меньшей мере один биореактор для культивирования клеток или вируса, причем указанный биореактор снабжен по меньшей мере одним входным штуцером и по меньшей мере одним выходным штуцером, и по меньшей мере одним модулем очистки, гидравлически соединенным с производственным модулем и содержащим по меньшей мере одно устройство очистки. Система дополнительно содержит по меньшей мере один модуль (4) инактивации и/или по меньшей мере один модуль (6) деконтаминации газа, расположенные внутри или снаружи изолированного участка. Изолированный участок дополнительно содержит по меньшей мере одно устройство управления процессом, которое собирает, контролирует и/или записывает данные о действиях, выполняемых модулями указанной системы.
Выполняя весь процесс и этапы продуцирования на изолированном участке, риски безопасности для окружающей среды, связанные с этими этапами, значительно снижаются. Обеспечение устройства управления процессом, которое снова выступает в роли конечного шлюза системных процессов, значительно снижает любой риск для безопасности, который может возникнуть.
В дополнительном варианте осуществления устройство управления процессом, соединенное по меньшей мере с одним средством выхода, способно контролировать доступ к указанному изолированному участку предпочтительно посредством управления перемещением упомянутого средства выхода из закрытого положения в открытое положение, в результате чего перемещение средства выхода из закрытого положения в открытое положение управляется устройством управления процессом. В дополнительном варианте осуществления доступ к изолированному участку разрешен только после того, как устройство управления процессом получило информацию о завершении указанной инактивации и/или деконтаминации газа. Следует понимать, что это значительно снижает риск загрязнения окружающей среды за пределами изолированного участка и, таким образом, является важной мерой безопасности. В частности, это особенно полезно, когда речь идет о производстве вирусов или вирусных частиц категории BL3, где утечка вирусного продукта абсолютно запрещена.
Во втором аспекте в настоящем изобретении предложен способ продуцирования клеток, вирусов или продуктов, выделенных из клеток или вирусов, на изолированном участке по п. 18.
Система и/или способ по настоящему изобретению обеспечивают высокий уровень защиты и предотвращают загрязнение окружающей среды. Предпочтительно, устройство управления процессом разрешает открытие средства выхода из системы только тогда, когда выполнены одно или несколько заранее определенных действий. Это предоставляет пользователю инструмент для контроля выполнения различных этапов процесса. Пользователь может выбрать заранее определенные действия и, следовательно, может контролировать выполнение этапов, ведущих к производству представляющего интерес продукта, и/или выполнение этапов, необходимых для деконтаминации и/или стерилизации любого материала, применяемого во время указанного продуцирования. Систему согласно изобретению можно эксплуатировать в чистых помещениях класса С или D, обеспечивая при этом требуемый уровень биологической безопасности, который обеспечивает сам изолированный участок.
Системы и способы по изобретению также обеспечивают быстрое продуцирование клеток и/или клеточных продуктов с применением значительно меньшего количества оборудования по сравнению с системами и способами предшествующего уровня техники. Другое преимущество заключается в обеспечении высокого выхода клеток и/или клеточных продуктов по сравнению со способами и системами предшествующего уровня техники, тем самым снижая затраты на конечный продукт. В настоящем изобретении предложены более дешевые полностью автоматизированные и интегрированные системы, стоимость которых по меньшей мере в 5-6 раз ниже, чем у обычных крупномасштабных настраиваемых систем. В конечном итоге это приводит к снижению инвестиций и производственных затрат, что является значительным преимуществом.
Система по изобретению представляет собой интегрированную систему, которая снабжена необходимыми устройствами для всех этапов продуцирования и деконтаминации циркулирующего воздуха и/или жидкостей и/или твердых материалов. Кроме того, этапы способа по изобретению могут быть выполнены в изолированном участке последовательно и могут быть полностью автоматизированы. Следовательно, система и способ по изобретению значительно сокращают трудозатраты при эксплуатации и вмешательство персонала.
Краткое описание чертежей
фигуре 1
На  показан вариант осуществления системы, в которой изолированный участок содержит один модуль инактивации.
фигуре 2
На  показан вариант осуществления системы, в которой изолированный участок соединен с модулем фасовки и упаковки, расположенным снаружи участка.
фигуре 3
На  показан вариант осуществления системы, в которой модуль продуцирования и модуль очистки находятся в одном помещении внутри изолированного участка.
фигуре 4
На  показан вариант осуществления системы, в которой изолированный участок соединен с модулем инактивации, а модуль фасовки и упаковки расположен снаружи изолированного участка.
фигуре 5
На  показан вариант осуществления системы по изобретению, в которой изолированный участок содержит два модуля инактивации.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к системе и способу продуцирования биологических препаратов. В частности, в изобретении предложена система и способ продуцирования клеток, вирусов или продуктов, выделенных из клеток или вирусов. Указанные клетки, вирусы или продукты, выделенные из клеток или вирусов, в настоящем описании обозначены как «продукт» или «конечный продукт».
Если не указано иное, все термины, применяемые при раскрытии изобретения, включая технические и научные термины, имеют значение, общепринятое для специалиста в области техники, к которой относится данное изобретение. Как указано далее, определения терминов включены, чтобы лучше понять идею настоящего изобретения.
Используемые в настоящем документе термины имеют следующие значения:
Артикли определенной и неопределенной формы, используемые в данном документе, относятся как к единственному, так и к множественному числам, если контекст явно не предписывает иное. Например, «ячейка» относится к одной или нескольким ячейкам.
Термин «примерно», используемый в настоящем документе, относящийся к измеряемому значению, такому как параметр, величина, временной диапазон и тому подобное, подразумевает, что он охватывает отклонения ± 20% или менее, предпочтительно ± 10% или менее, более предпочтительно ± 5% или менее, еще более предпочтительно ± 1% или менее и еще более предпочтительно ± 0,1% или менее от указанного значения, пока такие изменения подходят для осуществления в раскрытом изобретении. Однако следует понимать, что значение, к которому относится модификатор «примерно», само по себе также раскрыто конкретным образом.
Термины «содержат», «содержащий» и «содержит» и «состоящий из», используемые в настоящем документе, являются синонимами терминов «включают в себя», «включающий в себя», «включает в себя» или «состоят», «состоящий», «состоит» и являются включающими или неограничивающими терминами, которые определяют наличие того элемента, который следует, например, компонента, и не исключают или устраняют наличие дополнительных, не перечисленных компонентов, признаков, элементов, членов, этапов, известных в данной области техники или раскрытых в нем.
Перечисление числовых диапазонов по конечным точкам включает все числа и дроби, включенные в этот диапазон, а также перечисленные конечные точки.
В первом аспекте в настоящем изобретении предложена система для продуцирования клеток, вирусов или продуктов, выделенных из клеток или вирусов. Система содержит изолированный участок 1, имеющий стенки, которые определяют внутреннее пространство участка и внешнее пространство участка. Внутреннее пространство выполнено с возможностью обеспечения асептической среды для продуцирования, очистки и/или стерильной фасовки и упаковки продукта. В варианте осуществления участок 1 снабжен по меньшей мере одним средством 7 входа, через которое пользователи и/или материалы поступают в изолированный участок, и по меньшей мере одним средством 8 выхода, через которое пользователи и/или материалы покидают изолированный участок 1 (фигура 1). В другом варианте осуществления указанные средства входа 7 и выхода 8 представляют собой одно и то же и позволяют входить и выходить из участка через одну и ту же дверцу или закрываемое отверстие.
Средство входа и средство выхода выполнены с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором внутреннее пространство участка является недоступным, и открытым положением, в котором внутреннее пространство участка доступно для пользователей и/или материалов. Предпочтительно участок содержит по меньшей мере одно средство входа жидкого материала и/или по меньшей мере одно средство входа твердого материала и/или по меньшей мере одно средство входа пользователя. Участок также содержит по меньшей мере одно средство выхода жидкого материала и/или по меньшей мере одно средство выхода твердого материала и/или по меньшей мере одно средство выхода пользователя.
Изолированный участок 1 содержит по меньшей мере один модуль 2 продуцирования, содержащий по меньшей мере один биореактор для культивирования клеток или вируса, причем указанный биореактор снабжен по меньшей мере одним входным штуцером и по меньшей мере одним выходным штуцером; по меньшей мере один модуль 3 очистки, гидравлически соединенный с производственным модулем 2 и содержащий по меньшей мере одно устройство очистки, и по меньшей мере один модуль 5 стерилизации, гидравлически связанный с любым модулем изолированного участка 1.
Модули системы, содержащиеся в изолированном участке 1, могут быть отделены друг от друга боковыми стенками. Каждый модуль может иметь по меньшей мере одну общую стенку по меньшей мере с другим модулем системы. Указанные общие стенки снабжены по меньшей мере одной дверцей доступа для прохода пользователей и/или материалов. В дополнительном варианте осуществления любая дверца доступа и/или любое средство 7 входа и/или любое средство 8 выхода системы снабжено системой вентиляционного шлюза, которая отфильтровывает пыль, частицы и другие загрязняющие вещества из воздуха.
Дверцы доступа в общих стенках и/или средства 7 входа и/или средства 8 выхода могут быть выполнены из прочного материала, например, алюминия, нержавеющей стали, стекловолокна или любого другого подходящего материала. Дверцы и/или средства 7 входа и/или средства 8 выхода могут включать в себя дверцы типа подъемных ворот, распашные дверцы, жалюзи или раздвижные дверцы и могут включать в себя стеклянные или плексигласовые панели. Подходящие механизмы доступа, например, механизм с замком и ключом, панель с кодовой защитой, бесконтактная карта доступа, считыватель транспондеров, сканер отпечатков пальцев, сканер сетчатки, датчики, способы автоматической идентификации и сбора данных, такие как радиочастотная идентификация (RFID) биометрические данные (такие как радужная оболочка и система распознавания лиц), магнитные полосы, оптическое распознавание символов (OCR), смарт-карты и распознавание голоса или любой другой механизм доступа могут быть предложены для отпирания дверей и/или средства 7 входа и/или средства 8 выхода.
Система дополнительно содержит по меньшей мере один модуль инактивации (4) и/или по меньшей мере один модуль (6) деконтаминации газа, который может быть расположен либо внутри, либо снаружи изолированного участка. Эти модули смогут инактивировать любые оставшиеся вирусы или вирусные частицы в системе (например, трубах) после завершения производственного цикла. Модуль деконтаминации газа будет способен осуществить деконтаминацию всех внешних поверхностей и/или воздуха внутри изолированного участка 1.
Изолированный участок 1 дополнительно содержит по меньшей мере одно устройство 9 управления процессом, которое может собирать, контролировать и/или записывать данные о действиях, выполняемых модулями указанной системы. В одном варианте осуществления устройство 9 управления процессом содержит компьютер или один или более центральных процессоров (ЦП), которые генерируют выходные сигналы для определенных входных сигналов. Входные сигналы для модулей обработки зависят от процессов, происходящих в изолированном участке. Входные данные устройства управления процессом можно регистрировать автоматически, например, с помощью датчиков, или оператором вручную.
В дополнительном варианте осуществления указанное устройство 9 управления процессом может контролировать доступ к указанному изолированному участку 1 предпочтительно посредством управления перемещением указанных средств 8 выхода из закрытого положения в открытое положение.
С этой целью указанное устройство (9) управления процессом может быть соединено с указанным средством 7 входа и средством 8 выхода, тем самым, перемещение средства выхода из закрытого положения в открытое положение управляется устройством 9 управления процессом. Указанное устройство 9 управления процессом содержит по меньшей мере одну систему ввода данных, посредством которой информация о завершении заданного ряда действий поступает и/или записывается на устройство 9 управления процессом.
Заданный ряд действий включает в себя по меньшей мере один из следующего: статус культуры клеток и/или вируса, статус очистки продукта, статус деконтаминации жидких отходов, статус стерилизации твердых материалов, статус инактивации продукта, статус деконтаминации газа. Статус указанных действий включает в себя: выполнение, не начато или завершено. В дополнительном варианте осуществления устройство 9 управления процессом разрешает открытие средства выхода только тогда, когда статус всего заданного ряда действий в системе ввода данных введено как завершенное. Предпочтительно, чтобы устройство (9) управления процессом было запрограммировано для обеспечения доступа к указанному изолированному участку 1, как только указанное устройство (9) управления процессом получило информацию о статусе указанной инактивации и/или деконтаминации газа.
Это является целесообразным, поскольку обеспечивает контролируемое открытие средства выхода, тем самым гарантируя завершение всех действий и особенно инактивацию вируса и деконтаминацию окружающей среды. Таким образом, предотвращается риск загрязнения внешней среды выращенными вирусом и/или клетками.
Статус предварительно определенного действия можно вводить в систему ввода данных устройства 9 управления процессом вручную или автоматически. Различные устройства модулей системы могут быть снабжены датчиками, которые передают информацию о заданном количестве действий в систему ввода данных. Указанная передача информации может быть непрерывной или периодической. Предпочтительно, заданный ряд действий определяется пользователем и выбирается в соответствии с продуктом, который должен быть получен, и жидким и/или твердым материалом, применяемым для продуцирования указанного продукта.
В дополнительном варианте осуществления по меньшей мере одну температуру поддерживают в разных модулях изолированного участка 1. Указанные модули участка и сам участок могут работать при одинаковых или разных температурах. Предпочтительно рабочая температура производственного модуля составляет от 20 °C до 40 °С, более предпочтительно от 25 °C до 37 °С. Рабочая температура модуля очистки составляет от 0 °C до 25 °С, более предпочтительно от 1 °C до 20 °С, еще более предпочтительно от 2 °C до 10 °С, наиболее предпочтительно примерно 4 °С. Температуру обоих модулей поддерживают охлаждающими и/или нагревательными модулями, а поддержание температуры может быть проверено датчиками.
В другом варианте осуществления устройство 9 управления процессом управляет процессами культивирования клеток и/или вируса, и/или очистки, и/или инактивации, и/или деконтаминации, и может быть соединено по меньшей мере с одним модулем изолированного участка. Устройство управления процессом выполнено с возможностью управления операциями любого модуля системы. И может включать в себя множество датчиков, локальный компьютер, локальный сервер, удаленный компьютер, удаленный сервер или сеть. Устройство управления процессом может функционировать для управления всеми аспектами процесса продуцирования продукта и может быть связано с датчиками, расположенными в биореакторе, например, для управления температурой, объемным расходом и расходом газа в биореакторе в режиме реального времени. Работающий контроллер может включать в себя дисплей, например, монитор компьютера, приложение для смартфона, приложение для планшета, или аналоговый дисплей, к которому пользователь может получить доступ для определения состояния любого модуля системы. Устройство управления процессом может включать в себя устройство ввода, например, клавиатуру, клавишное поле, мышь или сенсорный экран, чтобы обеспечить пользователю возможность вводить параметры управления для управления работой любого модуля системы.
В другом варианте осуществления давление внутри изолированного участка в закрытом состоянии будет ниже, чем давление снаружи указанного изолированного участка. В дополнительном варианте осуществления указанное давление является меньше на 15-30 Па, чем давление снаружи участка. Это снова снижает риск распространения загрязнения во внешней среде. В дополнительном варианте осуществления система вентиляции внутри изолированного участка отвечает за отрицательное давление воздуха в изолированном участке, когда вход и/или выход закрыты.
Модуль продуцирования
Модуль 2 продуцирования содержит по меньшей мере один биореактор и по меньшей мере одну систему подачи, такую как трубопровод, для подачи клеточной среды и газовой или газообразной смеси в указанный биореактор. Модуль продуцирования может дополнительно содержать резервуар, содержащий клеточную среду, которая может быть введена в биореактор. Биореактор может быть постоянно или временно прикреплен к производственному модулю и может представлять собой биореактор для многократного или однократного применения.
В дополнительном варианте осуществления биореактор обеспечивает рост клеток с высокой плотностью. Указанная плотность составляет по меньшей мере 20 миллионов клеток/мл, предпочтительно по меньшей мере 40 миллионов клеток/мл, более предпочтительно по меньшей мере 60 миллионов клеток/мл, наиболее предпочтительно по меньшей мере 100 миллионов клеток/мл. Указанная плотность может достигать 300, 250 или 200 миллионов клеток/мл.
В другом дополнительном варианте осуществления общий объем биореактора составляет по меньшей мере 1 л, предпочтительно по меньшей мере 10 л, более предпочтительно по меньшей мере 30 л, еще более предпочтительно по меньшей мере 40 л, наиболее предпочтительно по меньшей мере 50 л. Общий объем биореактора составляет не более чем 2500 л, предпочтительно не более чем 200 л, более предпочтительно не более чем 150 л, еще более предпочтительно не более чем 100 л, наиболее предпочтительно 75 л. Общим объемом биореактора называют общий объем жидкости, который может быть введен в биореактор, который тем самым будет заполнен. Общий объем биореактора и сам биореактор согласно изобретению по сравнению с обычными биореакторами, применяемыми для культивирования с высокой плотностью клеток, является меньшим. Это целесообразно с точки зрения необходимого места для системы и для простоты применения.
Биореактор может представлять собой биореактор любого типа, который допускает применение культур с высокой плотностью клеток. Биореактор может представлять собой перфузионный биореактор, волновой биореактор, цилиндрический биореактор, биореактор с мешком, биореактор с подвижным слоем, биореактор с уплотненным слоем, биореактор с загрузкой волокон, мембранный биореактор, периодический биореактор или непрерывный биореактор. Биореакторы могут быть изготовлены из подходящего материала, например, из нержавеющей стали, стекла или пластика. Биореакторы могут включать в себя один или более датчиков, например, датчик температуры (например, термопару), датчик расхода, датчик газа или любой другой датчик.
Биореактор может быть снабжен носителями, такими как волокна, микроволокна, полые волокна или полые микроволокна. Указанные носители обеспечивают превосходный субстрат для роста клеток. В одном варианте осуществления биореактор содержит носители, предпочтительно носители из полиэфирного микроволокна. В дополнительном варианте осуществления носители из микроволокна являются биосовместимыми. Предпочтительно они представляют собой нетканые полиэфирные носители. После инокуляции биореактора клетками модуль для культивирования клеток следует выполнению предварительно запрограммированных и автоматизированных процессов, чтобы доставить культуральную среду в биореактор и/или поддерживать pH и/или поддерживать температуру. Стандартные или уникальные параметры роста клеточной культуры могут быть запрограммированы таким образом, чтобы можно было выращивать различные типы клеток, и чтобы клетки или клеточные продукты можно было собирать с минимальной вероятностью ошибки человека с эффективностью и воспроизводимостью. В дополнительном варианте осуществления указанные носители прошли плазменную обработку для обеспечения их гидрофильности. Клетки будут прикрепляться к носителям в форме 3D-субстрата для роста.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В другом дополнительном варианте осуществления носители, присутствующие в биореакторе, обеспечивают поверхность для роста клеток, составляющую по меньшей мере 0,5 квадратных метров (м), по меньшей мере 1 м, по меньшей мере 5 м, по меньшей мере 20 м, по меньшей мере 30 м, по меньшей мере 40 м, по меньшей мере 50 м, по меньшей мере 60 м, по меньшей мере 70 м, по меньшей мере 80 м, по меньшей мере 90 м, по меньшей мере 100 м, по меньшей мере 200 м, по меньшей мере 300 м, по меньшей мере 400 м. Носители обеспечивают поверхность роста клеток не более чем 2000 м, не более чем 1000 м, не более чем 800 м, не более чем 600 м или любое значение, заключенное между вышеупомянутыми значениями. Предпочтительно, поверхность роста клеток, обеспечиваемая носителями, составляет примерно 500 м.
2
2
2
2
2
Когда биореактор работает в режиме перфузии или представляет собой перфузионный биореактор, соотношение между объемом культуральной среды, вводимой в биореактор, и поверхностью роста клеток составляет по меньшей мере 0,2 мл/см, предпочтительно по меньшей мере 0,5 мл/см. Указанное соотношение позволяет вводить объемы примерно 10 л в биореактор с поверхностью роста клеток примерно 1 м, примерно 2500 л в биореактор с поверхностью роста клеток примерно 500 м, и примерно 10000 л в биореактор с поверхностью роста клеток примерно 2000 м.
В другом варианте осуществления биореактор представляет собой биореактор небольшого размера, который может иметь круглую форму с диаметром по меньшей мере 20 см, предпочтительно по меньшей мере 40 см и не более чем 100 см, предпочтительно не более чем 75 см, более предпочтительно не более чем 50 см. Указанный биореактор также может представлять собой прямоугольный или квадратный биореактор, имеющий высоту по меньшей мере 40 см, предпочтительно по меньшей мере 50 см, более предпочтительно по меньшей мере 60 см и не более чем 110 см, предпочтительно не более чем 100 см, более предпочтительно не более чем 80 см, наиболее предпочтительно не более чем 70 см. Ширина указанного прямоугольного или квадратного биореактора составляет по меньшей мере 40 см, предпочтительно по меньшей мере 50 см, более предпочтительно по меньшей мере 60 см и не более чем 100 см, предпочтительно не более чем 90 см, более предпочтительно не более чем 80 см, наиболее предпочтительно не более чем 70 см.
Биореактор может вращаться или перемещаться, тем самым увеличивая перенос кислорода и обеспечивая газовое равновесие в указанном биореакторе. Это позволяет использовать культуры в биореакторе, в котором отсутствуют датчики, что обеспечивает простую и менее сложную биореакторную установку по сравнению с биореакторами предшествующего уровня техники. Кроме того, применение биореактора без датчиков обеспечивает значительное снижение риска загрязнения. Движение биореактора дополнительно улучшает сбор клеток. Действительно, сбор клеток из биореактора, содержащего носители, например, биореактора с загрузкой волокон или микроволокон, был затруднен. Как правило, клетки являются липкими и прикрепляются к носителям или другим клеткам и образуют кластеры. Движение биореактора высвобождает клетки, тем самым обеспечивая повышенную эффективность сбора клеток при высокой жизнеспособности клеток без применения химических или ферментативных высвобождающих добавок. Биореактор может иметь жесткий или нежесткий внешний корпус. Жесткий внешний корпус позволяет сгибать кожух биореактора, вызывая движение микроволокна. Это движение усиливает высвобождение клеток, которые прикреплены к боковой поверхности матрицы биореактора.
В одном варианте осуществления биореактор снабжен по меньшей мере одним входным штуцером для введения газа и/или культуральной среды и по меньшей мере одним выходным штуцером для сбора среды, содержащейся в биореакторе. По меньшей мере одна входная труба предназначена для гидравлического соединения биореактора через его входной штуцер с резервуаром с питательной средой и/или источником газа. По меньшей мере одна выходная труба предназначена для гидравлического соединения биореактора через его выходной штуцер с модулем очистки или любым устройством указанного модуля. Биореактор может быть снабжен по меньшей мере одним внутренним фильтром.
В дополнительном варианте осуществления культуральную среду вводят в биореактор с применением по меньшей мере одного насоса. Предпочтительно среду предварительно нагревают до температуры от 25 °С до 37 °С и перемешивают перед подачей в биореактор. Это гарантирует, что клетки не будут испытывать холодовой шок при контакте с новой средой (что отрицательно повлияет на их рост), а также гарантирует, что все питательные вещества в среде смешаны и присутствуют в необходимых количествах. Среда может представлять собой жидкость, содержащую четко определенную смесь солей, аминокислот, витаминов и одного или более белковых факторов роста.
Газ, такой как чистый кислород, или газообразная смесь, содержащая кислород, в равной степени подают через входной штуцер биореактора. Кислород является необходимым требованием для нормального роста клеток млекопитающих. Предпочтительно указанный газ или газообразная смесь подают под давлением. В одном варианте осуществления изобретения клетки подвергают воздействию концентраций растворенного кислорода, составляющих 300 мкМ или менее (парциальное давление 160 мм рт.ст.), предпочтительно менее 200 мкМ, наиболее предпочтительно от 20 до 150 мкМ.
В дополнительном варианте осуществления газовую или газообразную смесь и культуральную среду смешивают перед подачей в биореактор. Следовательно, смесь газа или газообразной смеси и питательной среды подают по одной линии подачи. Это обеспечивает преимущество в том, что клеточную среду с оптимальной концентрацией кислорода подают непосредственно к клеткам. В другом дополнительном варианте осуществления указанная газовая или газообразная смесь выбрана из воздуха или кислорода. Предпочтительным является применение воздуха. Воздух следует рассматривать как газообразную смесь, содержащую приблизительно 78% азота, 21% кислорода, аргона и углекислого газа. Подача воздуха вместо атмосфер, обогащенных чистым кислородом или обогащенных кислородом, имеет преимущество в том, что в системе, в которой применяют данный способ, можно избежать применения модулей с высококонцентрированным кислородом, что в противном случае может привести к пожару или взрыву.
Низкая растворимость кислорода в водной среде (такой как среда для культивирования клеток) относительно скорости его потребления приводит к тому, что скорость его подачи является ограничивающим фактором для роста клеток. Обычно скорость переноса кислорода в ферментере или биореакторе описывается следующим образом:
gas
liq
—
OTR= KLa(C G),
-1
-1
Где OTR = скорость переноса кислорода в мкмоль O2 лч;
-1
KLa = - коэффициент переноса кислорода в ч;
gas
2
C = концентрация газовой фазы О (равновесная) в мкМ;
liq
2
C = концентрация жидкой фазы О в мкМ.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Предпочтительно, коэффициент переноса кислорода (KLa) в данном способе составляет по меньшей мере 20 ч, предпочтительно по меньшей мере 30 ч, более предпочтительно по меньшей мере 35 ч. Указанный коэффициент переноса кислорода составляет не более чем 100 ч, предпочтительно не более чем 50 ч, более предпочтительно не более чем 40 ч.
Высокий коэффициент переноса кислорода и, следовательно, также высокий OTR будут оказывать положительное влияние на рост/здоровье клеток и, следовательно, на выход необходимого конечного продукта. Авторы настоящего способа обнаружили, что коэффициент переноса кислорода, как определено выше, является особенно целесообразным с точки зрения выхода продукта, даже при применении довольно небольшого количества стартовой клеточной культуры.
Модуль очистки
Модуль 3 очистки может быть отделен от и предпочтительно имеет общую стенку с производственным модулем. Указанная общая стенка предпочтительно содержит по меньшей мере одну дверцу, через которую могут проходить пользователи и/или материал. Модуль очистки также может быть расположен в том же помещении 2, что и модуль очистки (фигура 3). В этой конфигурации отдельное помещение содержит первое рабочее пространство или модуль, который является производственным модулем, и второе рабочее пространство или модуль, который является очистительным модулем.
Модуль 3 очистки содержит по меньшей мере одно устройство очистки, которое снабжено входным штуцером и выходным штуцером. Входной штуцер гидравлически соединен с выходным штуцером биореактора. Указанное устройство для очистки выбрано из группы, включающей устройство для фильтрации, устройство для ультрафильтрации, устройство для диафильтрации, устройство для регулирования pH, устройство для центрифугирования, устройство для промывки, хроматографическую колонку, хроматографическую мембрану, устройство для сбора, устройство для диализа, устройство для концентрации или любую их комбинацию. Каждое из указанных устройств снабжено по меньшей мере одним входным штуцером и одним выходным штуцером, позволяющим подключать устройство к любому другому устройству того же модуля или другого модуля системы.
В другом варианте осуществления в изолированном участке предложено фильтрующее устройство. Фильтр будет избирательно удерживать молекулы, например, в зависимости от их массы в Дальтонах. Фильтрующее устройство может содержать вирусные полые фильтры, которые можно применять для фильтрации и удаления вирусных частиц из раствора, вытекающего из биореактора.
Хроматографическая колонка может представлять собой аффинную хроматографию, ионообменную хроматографию (например, анионную или катионную), хроматографию гидрофобного взаимодействия, эксклюзионную хроматографию (SEC), иммуноаффинную хроматографию, которая представляет собой колонку, заполненную аффинной смолой, такой как анти-IgM смола, белок А, белок G или смола анти-IgG смола. Размер хроматографической колонки может варьироваться в зависимости от типа очищаемого продукта и/или объема раствора, из которого должен быть очищен указанный продукт. В дополнительном варианте осуществления устройство очистки гидравлически соединено по меньшей мере с одним источником элюирующего раствора для элюирования и рекуперации представляющей интерес молекулы.
В дополнительном варианте осуществления модуль продуцирования и/или модуль очистки и/или любое устройство указанных модулей гидравлически связаны с емкостью для жидких отходов, которая может быть расположена внутри или снаружи изолированного участка. Любой другой модуль или устройство участка также может быть гидравлически связано с емкостью для жидких отходов. Для отвода жидких отходов из биореактора и/или любого устройства системы в емкость для отходов предусмотрены необходимые соединения и устройства.
В другом варианте осуществления система содержит по меньшей мере одно устройство для деконтаминации отходов, которое расположено внутри изолированного участка 1, для деконтаминации любых жидких отходов, причем указанное устройство для деконтаминации отходов расположено до и/или после емкости для жидких отходов. Устройство деконтаминации отходов может представлять собой нагревательное устройство, которое нагревает жидкие отходы до температуры, достаточной для инактивации всех вирусов и/или клеток, присутствующих в указанных жидких отходах. Это является целесообразным, так как гарантирует, что любые жидкие отходы, вытекающие из изолированного участка, деконтаминированы и не содержат активных вирусов и/или клеток. Таким образом, предотвращают загрязнение внешней среды участка и эффективно обеспечивают герметичность во время продуцирования продукта.
Модуль инактивации
В другом варианте осуществления модуль 4 инактивации содержит по меньшей мере одно средство инактивации вируса; указанный модуль инактивации соединен с любым модулем изолированного участка 1. Инактивирующие композиции выбраны из группы, включающей формальдегид, по меньшей мере один детергент, по меньшей мере одну кислоту или любую их комбинацию. Другие инактивирующие композиции могут включать раствор персульфата калия (коммерчески известный как Virkon), гидроксид натрия или хлорную известь.
Модуль 4 инактивации может быть расположен внутри или снаружи изолированного участка 1 (фигура 4). При расположении внутри участка модуль инактивации предпочтительно отделен от общей стенки и разделяет ее с производственным модулем и/или модулем очистки и/или помещением, содержащим модуль продуцирования и модуль очистки. Указанная общая стенка предпочтительно содержит по меньшей мере одну дверцу, через которую могут проходить пользователи и/или материал.
В дополнительном варианте осуществления раствор, полученный из устройства для очистки, дополняют некоторым количеством инактивирующей композиции, предпочтительно формальдегида, которое является достаточным для инактивации клеток и/или вирусов, присутствующих в указанном растворе. Формальдегид предпочтительно применяют в форме 37 % масс. раствора и добавляют к раствору, полученному из устройства для очистки, таким образом, концентрация формальдегида в указанном растворе составляет по меньшей мере 0,005%, предпочтительно по меньшей мере 0,01%, более предпочтительно по меньшей мере 0,02 %, наиболее предпочтительно 0,03% и не более чем 0,1%, предпочтительно не более чем 0,08%, более предпочтительно не более чем 0,06%. Инактивацию предпочтительно проводят при постоянной температуре, которая составляет по меньшей мере 30 °С, предпочтительно по меньшей мере 35 °С, более предпочтительно примерно 37 °С.
В дополнительном варианте осуществления перед инактивацией проводят фильтрацию раствора, полученного из модуля очистки. Применяют фильтр, имеющий размер пор по меньшей мере 0,1 мм, предпочтительно по меньшей мере 0,2 мм и не более чем 1 мм, предпочтительно не более чем 0,8 мм. Фильтрация позволяет удалять скопления клеток или вирусов, тем самым обеспечивая лучшее воздействие формальдегида на клетки и/или вирусы.
Затем инактивированный раствор перемещают в модуль 10 фасовки и упаковки (фигура 2), который может быть расположен внутри модуля инактивации. Указанный модуль 10 фасовки и упаковки также может быть расположен снаружи изолированного участка 1 системы.
Модуль 10 фасовки и упаковки может быть отделен от модуля инактивации и иметь общую с ним стенку. Упомянутая общая стенка предпочтительно содержит дверцу. В модуле фасовки и упаковки инактивированный раствор подвергают любому из или любой комбинации следующих этапов: концентрирование, стерилизация упаковки. Специалисту в данной области техники будет понятно, что модуль фасовки и упаковки содержит средство, подходящее для выполнения любого из упомянутых этапов. Указанное средство включает флаконы, бутылки, шприцы, насосы, оборудование для лиофилизации, оборудование для закрытия/укупорки, оборудование для окончательной упаковки/обертывания и любое другое упаковочное оборудование или их комбинацию.
Система может содержать более одного модуля инактивации с периодическим функционированием. Это позволяет инициировать вторую клеточную или вирусную культуру, в то время как первый раствор, полученный из первой культуры, проходит инактивацию. Например, ссылаясь на фигуру 5, первую клеточную или вирусную культуру инициируют в производственном модуле 2, затем культуральный раствор очищают в модуле 3 очистки, очищенный раствор инактивируют в первом модуле 4 инактивации. Во время процесса инактивации в производственном модуле 2 инициируют второй цикл культивирования клеток или вирусов, затем второй культуральный раствор очищают в модуле 3 очистки и инактивируют во втором модуле 4’ инактивации. В то время как второй очищенный раствор инактивируют во втором модуле 4’ инактивации, первый модуль 4 инактивации стерилизуют и готовят к инактивации раствора, полученного из третьей культуры клеток или вирусов. Это является целесообразным, так как оптимизирует применение системы и приводит к быстрому производству с высокой скоростью по сравнению с системами предшествующего уровня техники.
Модуль деконтаминации газа
Модуль 6 деконтаминации газа предпочтительно гидравлически соединен с любым модулем изолированного участка 1, причем указанный модуль деконтаминации газа содержит по меньшей мере одно средство деконтаминации газа, которое выбрано из группы, содержащей пероксид водорода, аэрозоль, устройство для испарения формальдегида, устройство для испарения перекиси водорода, устройство для испарения аэрозоля или любую их комбинацию. Модуль 6 деконтаминации газа может работать в непрерывном или периодическом режиме в течение всего процесса продуцирования продукта. Модуль 6 деконтаминации газа обеспечивает деконтаминацию воздуха, циркулирующего во всех поверхностях участка и различных его модулей. Модуль 6 деконтаминации газа может быть расположен внутри или снаружи изолированного участка 1.
Средство 6 деконтаминации газа может включать в себя систему HVAC, сконфигурированную для подачи горячего и/или холодного воздуха во внутреннее пространство участка 1 и/или обеспечения контроля влажности. Предпочтительно указанная система HVAC включает в себя по меньшей мере один фильтр для очистки воздуха, поступающего во внутреннее пространство. Например, фильтры HEPA могут быть включены для обеспечения контролируемого количества потока частиц во внутренний объем, определенный участком 1. В другом варианте осуществления деконтаминацию можно осуществлять посредством обеспечения потока нагретого воздуха, в результате чего температура воздушного потока составляет предпочтительно выше 70 °C.
Модуль стерилизации
Система может необязательно содержать модуль 5 стерилизации, который может содержать по меньшей мере один автоклав для стерилизации любого твердого материала, применяемого во время продуцирования продукта. Упомянутый твердый материал включает в себя бутылки, флаконы и пипетки.
Модуль стерилизации может содержать измеряющее массу устройство для измерения массы стерилизованного твердого материала. В дополнительном варианте осуществления статус стерилизации в твердом состоянии, упомянутый выше, включает предварительно заданную массу твердого материала, который подлежит стерилизации.
Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ продуцирования клеток, вирусов или продуктов, выделенных из клеток или вирусов, в изолированном участке 1. Предпочтительно, указанный изолированный участок представляет собой участок, как описано выше, или любой другой изолированный участок, в котором можно осуществлять основные этапы способа.
Более конкретно, указанный изолированный участок закрыт от окружающей среды во время его работы. Указанное продуцирование в указанном изолированном участке (1) включает выращивание указанных клеток и/или вирусов в биореакторе и последующую очистку указанных клеток, вирусов или продуктов, выделенных из них, в модуле очистки, который гидравлически связан с указанным биореактором, и в котором после продуцирования указанного конечного продукта, указанный изолированный участок и модули в нем подвергают деконтаминации, и любые оставшиеся вирусные или клеточные частицы в модулях, за исключением необходимого конечного продукта, инактивируют, причем действия во время производственного процесса и процедуры деконтаминации и инактивации контролируются и/или управляются с помощью устройства управления процессом, присутствующего в указанной системе.
В одном варианте осуществления доступ к изолированному участку после осуществления производственного цикла контролируется устройством управления процессом. Более конкретно, указанное устройство управления процессом позволяет входить в изолированный участок после регистрации, записи и/или извлечения информации о завершении процесса деконтаминации и инактивации в указанной системе.
В другом варианте осуществления указанный изолированный участок снабжен по меньшей мере одним средством 7 входа, через которое пользователи и/или материалы поступают в изолированный участок, и по меньшей мере одним средством 8 выхода, через которое пользователи и/или материалы покидают изолированный участок 1, при этом указанные средства входа и средства выхода выполнены с возможностью перемещения между закрытым положением и открытым положением. Способ по изобретению дополнительно включает следующие этапы:
-  культивирование клеток или вируса по меньшей мере в одном биореакторе, который расположен в производственном модуле 2, находящемся в изолированном участке 1,
-  очистка клеток, вируса и/или вирусного продукта в модуле 3 очистки, который находится в изолированном участке 1 и гидравлически связан с биореактором производственного модуля 2,
-  деконтаминация указанного изолированного участка и/или по меньшей мере одного модуля указанного участка и инактивация клеток, вируса и/или вирусного продукта, и
-  перемещение средства 8 выхода из закрытого положения в открытое положение, в результате чего пользователи и/или материалы могут выходить из изолированного участка 1, при условии, что перемещение средства (8) выхода контролируется устройством (9) управления процессом, находящимся в изолированный участке (1), как только указанное устройство управления процессом зарегистрирует, что деконтаминация и инактивация завершены.
Связь между устройством (9) управления процессом и средствами (8) выхода и/или средствами входа в изолированный участок осуществляется с помощью традиционных способов и систем, известных в данной области техники, например, сигнал, генерируемый датчиком, передается в модуль обработки устройства управления процессом. В другом варианте осуществления сигнал может быть преобразован перед передачей в устройство управления процессом.
Биореактор и различные модули способа предпочтительно являются такими, как описано выше.
В другом варианте осуществления способ дополнительно содержит этап ввода данных относительно завершения заданного количества действий в устройство ввода данных, содержащееся в устройстве 9 управления процессом, для перемещения указанного средства выхода из закрытого положения в открытое положение. Средство выхода перемещают из закрытой позиции в открытую позицию только тогда, когда данные о всех заданных действиях указывают статус «завершено». Действия и их статус описаны выше. Данные о состоянии заданных действий могут быть введены в устройство ввода данных устройства 9 управления процессом автоматически или вручную.
Стадия инактивации клеток и/или вируса или вирусных частиц (за исключением конечного продукта) предпочтительно происходит в модуле 4 инактивации вируса, который подключен к изолированному участку 1. Модуль инактивации содержит по меньшей мере одну инактивирующую композицию. Модуль инактивации и инактивирующая композиция представляют собой такие, как описано выше.
Деконтаминацию изолированного участка 1 и/или по меньшей мере одного модуля указанного участка осуществляют с помощью модуля 6 деконтаминации газа, который гидравлически соединен с участком и/или любым модулем указанного участка 1. Модуль деконтаминации газа представляет собой такой, как описано выше.
В дополнительном варианте осуществления способ включает стадию деконтаминации любых жидких отходов внутри изолированного участка 1 перед направлением указанных жидких отходов в емкость для жидких отходов. Деконтаминацию жидких отходов осуществляют по меньшей мере одной композицией для деконтаминации отходов. Емкость для жидких отходов и композиция для деконтаминации отходов представляют собой такие, как описано выше. Емкость для жидких отходов гидравлически связана с любым устройством и/или модулем системы. Жидкие отходы могут быть направлены в емкость для жидких отходов в непрерывном или периодическом режиме.
Предпочтительно способ по изобретению выполняют в системе согласно любому варианту осуществления изобретения. Предпочтительно, где это применимо, любые варианты осуществления системы применимы к способу и наоборот.
Специалисту в данной области будет понятно, что в системе могут быть предусмотрены необходимые трубы и/или насос для обеспечения гидравлического соединения между различными модулями и/или различными устройствами. Кроме того, система может быть снабжена множеством переключающих клапанов, применяемых для направления жидкостей между указанными различными модулями и/или устройствами. Кроме того, может быть предложена программа для запуска системы и способа в соответствии с вариантом реализации изобретения.
Хотя описанные выше систему и способ можно применять для продуцирования биомолекул или продуктов, выделенных из любого вида организма или патогена (например, вируса), независимо от риска безопасности, связанного с указанным организмом или патогеном, следует понимать, что это особенно полезно для тех патогенных микроорганизмов, которые обозначены как имеющие более высокий риск, например, уровень биологической безопасности 3 и 4. Не будучи понятыми как ограничивающие, система и способ согласно настоящему изобретению особенно подходят для продуцирования вирусных частиц (или продуктов, выделенных из них) полиовируса, вируса венесуэльского конского энцефалита, вируса восточного конского энцефалита, вируса западного конского энцефаломиелита (WEE), коронавируса SARS, вируса лихорадки Рифт-Валли, среднеевропейского клещевого энцефалита, чикунгуньи, вируса желтой лихорадки, вируса Западного Нила, вируса Марбурга, вируса Эбола, вируса Ласса, конго-крымской геморрагической лихорадки, вируса Хендра, вируса Нипах, вируса оспы человека.
В дополнительном варианте осуществления изолированный участок, как описано выше, может быть также расположен в изолированном модуле, который полностью охватывает изолированный участок, тем самым создавая концепцию «box-in-a-box». Таким образом создают дополнительный барьер вокруг производственного модуля, что опять же повышает безопасность системы и методологии (особенно, когда применяют вышеупомянутые организмы). Этот изолированный модуль может представлять собой модульную конструкцию или структуру вокруг изолированного участка. Указанная конструкция или структура может быть снабжена инфраструктурой или модулями, необходимыми для содействия в производстве биомолекул или продуктов. Например, указанная конструкция может содержать герметизируемые, стерилизуемые чистые помещения с контролем воздуха, зоны подачи и хранения, лабораторное оборудование, систему кондиционирования воздуха, разъемы для подачи воздуха, газа и/или жидкости, разъемы для подачи электричества, системы контроля температуры, системы управления давлением и т. д. Пример изолированного модуля, подходящего для охватывания изолированного участка, как описано в одном из приведенных выше вариантов осуществления, раскрыт в US 20130109291.
В варианте осуществления доступ к первому изолированному модулю или помещениям в указанном модуле, охватывающему изолированный участок, может контролироваться аналогично доступу к изолированному участку. Модуль технологического устройства изолированного участка может иметь сообщение или соединение с дверцами, обеспечивающими доступ к изолированному модулю или определенным областям внутри, например, когда устройство управления процессом получило оповещение о выполнении необходимых этапов, таких как деконтаминация и инактивация внутри изолированного участка, или о том, что продуцирование в корпусе было осуществлено в соответствии с графиком и без каких-либо аварий. Это может обеспечить дополнительный барьер безопасности в случае возникновения проблем.
В другом варианте осуществления сам изолированный модуль может быть обеспечен устройством управления процессом или процессором, который регистрирует действия, выполняемые в и/или внутри изолированного модуля или областей внутри указанного модуля. Упомянутое устройство управления процессом изолированного модуля может определять доступность модуля или внутренних областей.
Предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается какой-либо формой реализации, описанной ранее, и что некоторые модификации могут быть добавлены в представленный пример без переоценки прилагаемой формулы изобретения.
Фигуры
На фигурах 1-5 изображены различные конфигурации системы и изолированного участка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что модуль 5 стерилизации является необязательным в любом из показанных вариантов осуществления. Следует понимать, что варианты осуществления, показанные на фигурах, не следует понимать как ограничивающие настоящее изобретение, и что другие варианты осуществления могут также охватываться формулой изобретения.