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[Bio-Edu] バイオロジクスの培養プロセス技術移管 -スールアップで考慮すべき項目 – ID17887 [2020/06/20]

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[Bio-Edu] バイオロジクスの培養プロセス技術移管 -スールアップで考慮すべき項目 – ID17887 [2020/06/20]
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培養のスケールアップ

バイオロジクスの製造では、商用化に備えてコマーシャル製造に対応した製造所での製造を行うことになり、開発サイトからコマーシャルサイトへの技術移管のプロスセか発生します。

大半の場合、その技術移管には、コマーシャルでの需要が増えることを見越してスケールアップが伴うことがほとんどです。

今回、Sartoriusの発表を解説します。プロス開発(15ml培養)から生産規模(2000L)までの培養スケーラビリティの確保は、Sartoriusが開発したscale-convert toollを使うコトで容易であるとのことです。

目的

スケーラビリティとは。

  • 設計品質 (QbD)の維持
  • スケールアップにより、Key Performance Indicator (KPI)とCritical Process parameter (CPP)に悪影響を与えない

考慮事項

インプット因子

  • 製造所の違い (Location) : 培養における外部環境的な影響
  • スケールの違い (Scale up) : スケーラビリティに影響
  • Bioreactorのデザイン (geometry and design) : スケーラビリティに影響
  • 攪拌方法(agitation, impeller type) : 細胞の生育
  • ガス供給方法(gassing and sparging) : 細胞の生育
  • 温度/pH : グリカン・プロファイル(CQA)に影響
  • 重要品質特性(Critical Quality Attribute; CQA)

アウトプット因子

  • 主要プロセス指標(KPI)
    • 生細胞濃度(VCC) : mAb生産性
    • 細胞生存率 : 不純物含量
    • 細胞直径 : (?)
    • 製品力価
    • グリカン : 品質

手段

スケールダウンモデル(Scale-down Model; SDM)では、以下に示すパラメータが、スケールアップや、その他、Bioreactorの違いなどに応じて変更が生じる可能性がある。

scale-convert toolは、Sartoriusのバイオリアクター製品に応じて、それぞのパラメータを提案する。

  • 体積ガス流量(VVM)
  • 単位体積あたりの電力(P/V)
  • 物質移動係数(KLA)
  • ガス転送速度
  • 攪拌速度

Bioreactorのスケールアップ

Sartoriusのバイオリアクター製品は、スケールアップを容易にするためにH/D比を合わせている。

  • Bioreactorの高さ vs 直径 (H/D)の類似性は、パラメータを類似させる
  • 攪拌における電力入力 (W/m3)
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ambrを使用したスケールアップ・パラメータの設定

ambr15は、sartoriusのミニチュア・バイオリアクターです。スケールアップでの実験計画法 (Design of Experiments; DoE)による検討によく使われています。

  • 15mLのミニチュアバイオリアクターであるため、複数の検討を同時に実施することが可能であり、DoEの実施に向いている
  • DO、pHの測定、その他のKPIの測定(サードパーティ製の統合化可能モジュールで自動測定)も自動で測定可能
  • ambrソフトウェア
    • データの自動集積
    • SIMC多変量解析(MVDA)
    • 重要プロセスパラメータ(CPP)の特定
    • 最適化範囲とロバストネスな範囲の特定

検討内容

15mLから2,000Lのバイオリアクターにおいて、Sartoriusが開発したscale-convert toolが、培養スケールの違いがあっても、同等な培養が可能で同等な品質のmAbを得られるかの検証内容。

  • 細胞株
    • ヒトIgG1 mAb (Cellca CHO DG44 (Sartorius)
    • 工業的に使用(イギリス、アメリカ)されているホストセル
  • ambr15と250mLから2,000L SUBへのスケーリング
  • KPIとCQAへの影響を確認
  • 攪拌の最適化
    • スケール変換ツール(by Sartorius)使用により15mLから2000LのSUBでの双方向なスケーラビリティを確保するアルゴリズム
    • 剪断力の最小化
    • 均一な細胞の混合
    • 電力入力(P/V)
    • 攪拌翼の速度
    • レイノルズ数(Re) : 攪拌速度を必要とする
  • スケーラブルなガス処理戦略
    • kLa : DECHEMAガイドライン1)に従い、ambr/UniVesselおよびBiostat STR Bioreactorにおいて決定されている
    • 特定のDO設定でのガス調整で81 L/hのスケーラブルなkLaの算定
  • スモールスケール・バイオリアクター
    • ambr15 (15mL) : 2L~7Lのベンチトップ・スケールを模倣
    • ambr250 (250mL) : スケールアップ開発に適する(H/D比)
      • 1000Lを模倣可能な結果が得られた
  • ベンチトップ・バイオリアクター
    • UniVessel (5L)ガラス・バイオリアクター(Sartorius)
  • 商業規模バイオリアタクー
    • BIOSTAT STR SUB (50L, 200Lおよび2,000L)
    • H/D比は同一 : 2/1
    • インペラーとbag直径の比は同一 : 0.38
    • bag : FlexSafe STR bag
      • Sartocheck 4 Plus : バッグのリークテスト
  • スケーラビリティ研究デザイン
    • ambr15, ambr250, BIOSTAT STR 50L, 200L, 2,000L
    • 履歴データソース : Sartoriusの米国データ、インドのデータ、米国のデータ
    • 検討項目 : スケール全体で比較
      • パフォーマンス
      • KPI
      • mAb力価
      • CQA
    • 条件抽出
      • 播種前の条件
        • 生産用培地の温度平衡(~36.8℃/4時間)と供給時間(1日)
      • プロダクション段階
        • 播種直前
          • BioPAT ViaMassセンターのゼロ調整
        • 攪拌とガス処理関連パラメータkLa = 81/hを満たすパラメータ設定
  • 続き(スケーラビリティ研究デザイン)
    • 続き(条件抽出)
      • 温度: 36.8℃
      • pH7.1
      • DO 60%
      • Re (>3,000)
      • Impeller 先端速度 : 0.6~1.25 m/s
      • 30~200 W/m3
    • 注(上記の表の説明)
      • 先端速度(Tip Speed)とReynolds Numberは、ambrの場合 < BIOSTAT STRの場合となります。そり理由は以下の通り
        • ambrのImpeller数は1枚
        • BIOSTAT STRのImpeller数は2枚はと比較して、低くなる
    • 培養は、Feedを使用した流加培養
    • 播種濃度 : 0.2e6 cells/mL (Seed stage), 0.3e6 cells/mL (Production Stage)
    • 種培養期間 : 3~4日間 (2.5e6 cells/mL)
    • プロダクション培養(9日間、流加培養)
      • Feed A
      • Feed B
      • 400 g/L Glucose to keep 3g/L for production
      • ambr15のFeedの方法 : workstation’s automated liquid-handling system
      • ambr25のFeedの方法 : syringe pumps built into the ambr workstation
      • 5Lベンチトップ/BIOSTAT STRのFeedの方法 : peristaltic pump
    • サンプリングと分析
      • 自動採取
      • ambr15/FlexSafe STRバッグ
        • 付属の光学シングルユースDO/pHセンサー
        • グルコース/乳酸 : BioProfile FLEX2自動細胞培養分析システム(Nova Biomedical)
        • 浸透圧 : Osmomat 030(Gonotec) or Cedex HiResアナライザー
      • ambr250
        • 光学式シングルユースDOセンサー、電気化学pHプローブ
        • グルコース/乳酸/浸透圧 : BioProfile FLEX2自動細胞培養分析システム(Nova Biomedical)
      • BIOSTAT/UniVesselバイオリアクタ
        • UniVesselバイオリアクターの電気化学センサー
        • グルコース/乳酸 : Radiometer ABL800基本システム(Radiometer,ドイツ)
        • VCC/細胞生存率/浸透圧 : BioPAT ViaMass or Cedex HiResアナライザー(Roche Diagnostics、ドイツ)
    • mAb生産性
      • 培養上清でmAb測定
      • N型グリカン・プロファイル分析(スコットランドのザルトリウすにある分析センター)
      • 最終的mAb力価は、12日目のサンプル(スコットランドのザルトリウすにある分析センター)
      • 補足分析 : LabChip GXII Touchタンパク質特性評価システム(Peerkin Elmer, Seer Green, UK)
  • Reference standard
    • 30のデータセット(Commercial IgG achieved)
      • ambr250のデータセット
      • UniVessel
      • BIOSTAT STR
      • VCCs : >20e6 cells/mL, 80 cell viability at the day of harvest

検討結果

結論

ザルトリウスが開発したスケール変換ツール(scale-conversion tool)を使えば、ambr15から2,000L BIOSTAT STRバイオリアクターまでのスケールアップについて、単一の戦略を適応可能である。

結果

A Rapid, Low-Risk Approach Process Transfer of Biologics from Development to Manufacturing Scale

BioPreocess Internatioanl, 2020/03/24

https://bioprocessintl.com/sponsored-content/biostat-str-bioreactors-a-rapid-low-risk-approach-process-transfer-of-biologics-from-development-to-manufacturing-scale/

まとめ

Sartoriusのバイオリアクター製品で統一することで、2,000Lまでのスケールアップは、scale-convert toolにより容易に実現可能であることがわかった。

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編集履歴
2020/06/20 はりきり(Mr)
1)

DECHEMA Guidline

https://dechema.de/dechema_media/Downloads/Positionspapiere/SingleUse_ProcessEngineeringCaracterisation_2016.pdf

ここまで

< 本編はここまで。

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