細胞培養用バイオプロセススキッド: 設計、検証、調達の要点

プロセスチームが流加培養から灌流培養にスケールアップする場合、または 200 L から 2,000 L の使い捨てバイオリアクターに移行する場合、多くの場合、バイオリアクター自体がボトルネックになる前に、サポート システムがボトルネックになります。培地調製、バッファーコンディショニング、ハーベスト冷却、およびジャケット温度制御では、同じ洗浄ウィンドウ内でより厳しい許容誤差で大量の容量を送達する必要が突然必要になります。バイオプロセス スキッドは、まさにこの問題を解決するために構築されています。ポンプ、熱交換器、バルブ、センサー、定義されたプロセス機能の自動化を、工場でテストされた 1 つのモジュールにパッケージ化し、既知のインターフェイスを介してバイオリアクターやユーティリティに接続します。これらのスキッドに何が含まれているか、どのように製造されているか、注文前に何を確認する必要があるかを理解することで、数か月にわたる試運転時間を節約し、GMP 生産におけるリスクを軽減できます。

細胞培養プロセスが適切に設計されたバイオプロセススキッドに依存する理由

細胞培養は、スキッドの設計に直接影響する点で微生物の発酵とは異なります。哺乳類細胞はゆっくりと成長し、限られた剪断力に耐え、熱に弱い生成物を生成します。培地の配合は複雑で高価です。 40 °C を超える温度変化は、たとえ短期間であっても、ビタミンや成長因子を劣化させる可能性があります。搬送経路の清掃が不適切だと、バッチ全体が汚染される可能性があります。したがって、細胞培養業務で使用されるスキッドは、穏やかな温度制御、完全な排水性、および実証された洗浄性を中心に設計される必要があります。

細胞培養用のバイオプロセス スキッドは通常、次の 1 つ以上の役割を果たします。

• 培地と緩衝液の調製と調整
• 滅菌濾過の前後での液体の流れの加熱と冷却
• ホールド船、ハーベスト船、サージ船の温度維持
• バイオリアクタージャケットまたは熱交換器を通る熱流体の循環
• 定置洗浄 (CIP) および定置滅菌 (SIP) シーケンスのサポート

スキッドアプローチの価値は、適切に実行されたスキッドが 部分の合計以上のもの 。システムは一方の当事者によって組み立ておよびテストされるため、ユニットが施設に到着する前に、熱交換器、バルブ、制御装置、ポンプ間のインターフェースが検証されます。これにより、設置時間、試運転の労力、プロジェクト チームが調整する必要がある関係者の数が削減されます。

細胞培養用バイオプロセススキッド上のコアシステム

熱伝達と温度制御

細胞培養における最も一般的な熱的役割は、培地の加熱、加熱滅菌後の冷却、および培養中の温度制御です。培地には、高い壁温度や機械的せん断に敏感なタンパク質、アミノ酸、脂質が含まれています。蒸気の直接噴射が適切であることはほとんどありません。代わりに、設計者は、適度な速度と制御された表面温度を備えた熱交換器を選択します。

職務上、完全に事前に組み立てられたシステムが必要な場合、 インテリジェントバイオプロセス熱伝達スキッドユニット 熱交換器、制御バルブ、ポンプ、計器類を 1 つのフレームに組み合わせます。これらのユニットは、プロセスの特定の流量、温度、洗浄性要件に基づいて構成されており、文書化されたテストプロトコルとともに出荷されます。

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採取容器を 4 °C に維持したり、バイオリアクター ジャケットを 37 °C に制御したりするなど、温度を厳しい許容範囲で維持する必要があるアプリケーションの場合、 バイオ医薬品用精密温度制御ユニット 応答性が高く安定したコントロールを実現します。このタイプのモジュールは、施設の加熱水と冷却水だけでは設備の変動に関係なくプロセス温度を維持できない場合に重要です。

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閉無菌ループ内での熱交換の場合、 サニタリー毛細管熱交換器 評価する価値がある。その狭いチャネルにより、低流量で効果的な熱伝達が実現されるため、製品の滞留が最小限に抑えられ、せん断に敏感な貴重な媒体が過熱するリスクが軽減されます。

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液体の取り扱いと媒体の準備

多くの細胞培養スキッドには、熱伝達以外の流体処理機能が含まれています。培地調製スキッドには通常、混合タンクまたは再循環ループ、粉末および液体用の追加ポート、低せん断移送ポンプ、および滅菌フィルターハウジング用の接続部が含まれています。配管レイアウトは自己排出式であり、液体が溜まる可能性のある低い場所がないようにする必要があります。培地には、低せん断インペラを備えた遠心ポンプが推奨されます。容積式ポンプは、正確な投与や粘性流体の供給に使用できますが、フィルターの過剰な加圧や細胞やタンパク質の損傷を避ける必要があります。

自動化、制御、データ統合

最新のバイオプロセス スキッドは、レシピベースまたはシーケンスベースの自動化により、PLC 制御下で実行されます。 GMP 設定では、自動化システムは、該当する場合、21 CFR Part 11 を満たすバッチ レポート、アラーム履歴、および電子記録をサポートする必要があります。標準プロトコルを通じてプラントの DCS または SCADA 環境と通信する必要があり、危険な操作を防止するインターロックが含まれている必要があります。自動化のレベルは設計段階で決定する必要があります。自動化が多ければ多いほど良いというわけではなく、選択したレベルがプラントの運用理念と検証能力に一致する必要があるためです。

材料と衛生設計の要件

製品と接触する部品は、ほとんどの場合、表面仕上げが Ra ≤ 0.4 μm の 316L ステンレス鋼で、必要に応じて濡れた表面に電解研磨が施されています。溶接は完全に貫通し、隙間がないようにし、各溶接を溶接士の資格および検査記録に追跡する溶接マップに記録する必要があります。プロセス接続には、検査のために分解できる衛生的なクランプ継手または同様の設計を使用する必要があります。 デッドレッグは最小限に抑える必要がある ;やむを得ない場合は、短くし、フラッシングおよびスチーム動作を検証する必要があります。

放射状または堰の設計を備えたダイヤフラム バルブが一般的です。これは、ダイヤフラムがプロセス バリアとして機能し、きれいな遮断を実現するためです。スキッドフレームは、埃や液体が溜まる水平面のないステンレス鋼で作られている必要があります。蒸気、冷却水、計器用空気などのユーティリティにはラベルを付け、経路を指定して、メンテナンスのアクセスが製品経路に入る必要がないようにする必要があります。

見積もりを依頼する前に定義すべき主な仕様

バイオプロセス スキッドはプロセスを中心に設計されており、その逆ではありません。見積もりをリクエストする前に、少なくとも次のパラメータを定義してください。

• 流体の特性: 組成、粘度、温度感度、固形分含有量
• 流量とバッチ量: 最小値、通常値、最大値
• 必要な温度範囲と加熱または冷却の上昇率
• プロセス接続: ポートサイズ、継手のタイプ、およびユーティリティの仕様
• 洗浄性と滅菌の要件: CIP 温度、SIP サイクル、圧力定格
• スペースの制約: 設置面積、高さ、メンテナンスのためのアクセス要件
• 文書要件: 材料証明書、溶接マップ、水圧試験報告書、および FAT/SAT プロトコル

明確なプロセス定義により、サプライヤーは設置時に時間と費用がかかる妥協をせずに、運用に適したスキッドを提供できます。また、ラインサイジング、交換器のデューティ、制御精度などの設計上の決定はすべてこれらの入力の影響を受けるため、同じ基準で提案を比較するのにも役立ちます。

細胞培養スキッドにとってサプライヤーの経験が重要な理由

バイオプロセス スキッドの購入は、ポンプの購入とは異なります。細胞培養プロセスでは、無菌設計、熱性能、検証ライフサイクルの経験が必要です。バイオ医薬品に精通したサプライヤーは、不十分な排水スロープ、デッドレッグトラップ、凝縮水の除去、または一般の製造業者が見逃す可能性のある相互作用の制御などの問題にフラグを立てることができます。将来のサプライヤーに細胞培養または同様の無菌プロセスのリファレンス設備を依頼し、P&ID 開発、制御設計、および文書化に関する社内の能力について尋ねてください。

Shiloc は、ヨーロッパの技術に基づいたエンジニアリング指向のサプライヤーとしての地位を確立し、統合スキッドとより広範な製品を提供しています。 バイオ医薬品プロセス装置 ポートフォリオ。ヨーロッパスタイルのエンジニアリング文書、工場の受け入れテストへの参加、試運転サポートが必要なプロジェクトの場合、同社は単一の責任あるパートナーとして機能します。

結論

バイオプロセス スキッドは、細胞培養のサポート システムを管理され、検証された資産に変えます。工場で熱交換器、ポンプ、バルブ、コントローラーを組み立てる代わりに、プロセスに適合する事前設計されたユニットがテスト済みで到着し、検証に使用できるドキュメントが付属します。購入を成功させる鍵は次のとおりです。 プロセスを正確に定義し、衛生設計を検査し、実際のバイオプロセスエンジニアリングの経験を持つサプライヤーを選択します .

まず熱負荷と油圧負荷を指定し、材料と溶接の品質をチェックし、ドキュメント パッケージが検証計画をサポートしていることを確認します。これらの部分が適切であれば、スキッドは始動時だけでなく、多くのバッチにわたって価値を提供します。統合されたスキッドが現代のバイオプロセス製造にどのように適合するかについて詳しくは、当社の記事をお読みください。 現代の製造におけるバイオプロセス統合スキッドのガイド 、または 当社のプロセスエンジニアリングチームにお問い合わせください 細胞培養アプリケーションについて話し合うために。