はじめに
バイオ医薬品をつくるには，種々の高価な装置が必要です．MRHARIKIRは，バイオの専門家なので，皆さんには，バイオ医薬品の製造や品質分析方法，それ以外にも分析装置，製造装置などについても紹介しています．
バイオ医薬品(バイオロジクス)の製造には、上流工程と下流工程に大きく区別されています。上流工程は細胞培養が行われて、その細胞の増殖により目的物を造らせます。
使用する細胞が、動物細胞、酵母、昆虫細胞である場合は、細胞外に分泌されるため、遠心分離機などで溶液画分を取得して、製造原料とします。
しかし、大腸菌の場合は、細胞外に目的物質を分泌させることは通常不可能です。目的物質は、大腸菌の細胞内に留まり、さらに、水溶液に対して不容性として存在します。
そこで、大腸菌を使用するバイオロジクスの製造では、大腸菌の破砕が実施され、この破砕により不溶性画分となっている目的物を細胞外に抽出させることが必要です。
その破砕に使用されるのが、「ホモジナイザー」と呼ばれる機器です。
ホモジナイザーの種類
細胞を破砕する原理として、以下のようなものがあります。工業的には、消耗コストが少ない圧力によるfrench Pressが多く用いられます。いずれの原理も熱が発生するためタンパク質の変性を抑制するために冷却が必要です。
- French Press (French pressure cell press)法
- 高い圧力を細胞懸濁液にかけて、その圧力にり細い管から出すことで、一気に圧力が解放されて細胞が破裂する
- 操作は、基本的に連続運転
- Sonication法
- 超音波振動により細胞膜を破壊する
- 連続処理チャンバー装着可能
- デメリットは、超音波プローブの消耗があるため消耗品コストとなること、騒音問題などがある。
- Bead Mill法
- 細胞懸濁液とガラスビーズなどの硬い粒子を一緒に攪拌することで高い剪断応力と衝突力二より細胞膜を物理的に破壊する
- 操作はバッチ方式が基本
- デメリットは、ガラスビーズなどの消耗品のコストが発生すること、ガラス破片の除去処理などが追加として必要であること
- Enzyme法
- 大腸菌の場合は、リゾチームという酵素を使い細胞膜を溶かすことで細胞膜を破壊する。
- 操作は、バッチ方式が基本
- デメリットは、リゾチームの使用コスト、不純物としてリゾチームが混入してしまうこと
French Press – wikipedia –
https://en.wikipedia.org/wiki/French_pressure_cell_press
GEA社
GEA社は色々な製品を取り扱っています。French Pressの原理であるホモジナイザー製品は以下のリンクから辿れます。
以下の表には、製造規模のホモジナイザーを示していますが、ラボ用の小型のラインナップもあります。
| 圧力(bar) | 3160 (L/h) | 5415 (L/h) | 5400 (L/h) |
| 100 | / | ||
| 120 | 65,000 | 80,000 | |
| 180 | 22,000 | 47,000 | 56,000 |
| 200 | 21,000 | 41,000 | 57,000 |
| 250 | 19,000 | 34,000 | 45,000 |
| 300 | 38,000 | ||
| 400 | 12,000 | 21,000 | 28,000 |
| 600 | 7,500 | 14,000 | 18,000 |
| 1,000 | 4,100 | 10,000 | |
| 1,200 | 3,100 | 7,000 | |
| 1,500 | 2,100 | 5,000 |
カタログ(5415,5400)
- Ariete homogenizer 5400 – most powerful homogenizer on earthBrochurePDF 1007,7 KBダウンロード
- GEA Ariete homogenizer 5400 high pressure homogenizer pump datasheetBrochurePDF 1 MBダウンロード
GEA – ホモジナイザー –
https://www.gea.com/ja/products/homogenizers/index.jsp
ELE社
バイオロジクス製造に使用実績があるかは調査不足で不明ですが、ELE社には、Bead Mill方式装置のラインナップが揃っています。以下のデータシートから、装置の能力と大きさをイメージすることができます。
Data Sheet
| Model | Chamber(L) | Motor(KW) | Speed(rpm) | Working capacity(L) | Dimension (mm) | Weight(kg) |
| EDW-5 | 5 | 11 | 0-1500 | 30-200 | 1100x850x1600 | 400 |
| EDW-10 | 10 | 22 | 0-1200 | 50-300 | 1400x1100x1750 | 600 |
| EDW-15 | 15 | 37 | 0-1200 | 100-500 | 1550x1100x1800 | 1200 |
| EDW-30 | 30 | 55 | 0-100 | 200-1000 | 1850x1300x1700 | 2200 |
| EDW-50 | 50 | 75 | 0-860 | >1000 | 2200x1500x1800 | 2800 |
| EDW-100 | 100 | 110 | 0-750 | >1500 | 3150x1500x2000 | 5500 |
| EDW-150 | 150 | 250 | 0-580 | >2000 | 3300x1500x2300 | 8300 |
| EDW-400 | 400 | 500 | 0-480 | >3000 | 3300x1500x2600 | 11700 |
Bead Mill – ELE –
https://www.ele-mix.com/bead-mill/bead-mills.html?gclid=Cj0KCQjwpcOTBhCZARIsAEAYLuXmltqoKdUxCK44NjPPU8ohWW_L4kWVu0gRf1y5xmzPblC7HB6bDUkaAlgmEALw_wcB
編集履歴
2022/05/01, Mr. Harikiri
2022/05/04, 追記: 細胞破砕方法、ELE社
関連記事:
蛋白質の精製装置とその精製 [2019/08/25]
気になる企業(だった) – New Brunswick Scientific (NBS) [2020/07/26]
気になる企業 – Sartorius stedim biotech & cellca – ID6309 [2020/01/07]
[Bio-Equip] Xuri Cell Expansion System W25 – △ID8624 [2020/02/05]
気になる企業 MerckMillipore – ろ過膜の総合メーカー [2020/06/26]
[Bio-Equi] TFF System – Cogent – MerckMillipore [2020/09/19]
[Bio-Equi] Sterile Filter – Merck Millipore [2020/09/19]
[Bio-Equip] Single Use Bioreactor, 4,000L – ABEC [2020/09/19]
[Bio-Equip] Single Use Bioreactor – ThermoFisher [2020/09/19]
[Bio-Equip] 培養液モニタリング装置 – Cedex Bio [2020/12/10]