Global Marketing

Umwälzungsfluss-Tests mit einem FlexGro^® Biocontainer mit fest verbundenem Eintauchrohr für die Perfusionskultur

Einleitung

Perfusionsverfahren setzen sich schnell als alternative Methoden zu traditionellen Batch und Fed Batch Säugerzellkulturverfahren durch. In einem bestimmten Typ von Perfusionssystemen wird ein Bioreaktor an ein Rückzirkulationssystem angeschlossen, durch das verbrauchtes Medium gegen frisches ausgetauscht wird. Schaukel-Bioreaktoren, auch häufig als „Wave-Bioreaktoren“ bezeichnet, haben sich für Anwendungen in Arbeitsvolumina von unter 100 Litern bewährt, wie z.B. der Herstellung von Vorkulturen in der Säugerzellkultur und die Proteinproduktion im kleinen Maßstab. Die kontinuierliche Schaukelbewegung des Reaktors erzeugt eine Welle innerhalb des Einweg-Biocontainers, die die Belüftung der Zellkultur sicherstellt, ohne möglicherweise problematische, starke Scherkräfte zu erzeugen. Ein häufiges Problem bei der Nutzung von Schaukelreaktoren im Perfusionsmodus ist jedoch, dass unerwünschte Luftblasen in das Rückzirkulationssystem gelangen. Diese Luftblasen können sich dort festsetzen und die Effizienz des Perfusionsfilters beeinträchtigen. Üblicherweise werden hier Tangentialflussfiltrations- oder alternierende Tangentialflussfiltrations-Geräte verwendet. In diesem technischen Artikel wird untersucht, ob die Verwendung eines neuartigen fest verbundenen Eintauchrohrs in der Perfusionskultur verhindern kann, dass Luftblasen in das Rückzirkulationssystem gelangen. Ein FlexGro^® Biocontainer mit 50 l Volumen wurde mit einer Rückzirkulationsschleife verbunden und unter verschiedenen Prozessbedingungen mit variierenden Flüssigkeitsvolumina, Schaukelfrequenzen und Schaukelwinkeln auf Lufteinschlüsse untersucht. Die erhaltenen Daten geben einen Einblick in das Verhältnis von Flüssigkeitsvolumen, Schaukelfrequenz und Schaukelwinkel, das wiederum hilfreich für die Definition eines nachgewiesenen akzeptablen Bereiches (proven acceptable range, PAR) der Perfusions-Prozessparameter ist.

Material und Methoden

Ein Meissner 50 Liter FlexGro^® Biocontainer (Artikelnummer B12R00505-006), modifiziert mit einem fest verbundenen Eintauchrohr mit 1/4″ (6,35 mm) innerem und 7/16″ (11,11 mm) äußerem Durchmesser wurde auf einen Schaukel-Bioreaktor (GEHC, Wave Bioreactor 20/50 system) montiert und mit gefärbtem Wasser gefüllt. Dann wurde Luft bis zu einem Druck von knapp 70 mbar (1 psi) eingeleitet, wie in der Anleitung des Herstellers beschrieben. Ein Rückzirkulationssystem wurde etabliert, bestehend aus einem transparenten Silikonschlauch, der mit den Eingangs- und Ausgangsrohren verbunden wurde. Mit einer peristaltischen Pumpe (Masterflex^® I/P) wurde eine konstante Rückzirkulations-Flussrate von 8 l/min aufrechterhalten. Abbildung 1 zeigt den experimentellen Aufbau. Schaukelwinkel von 6-10°, Schaukelfrequenzen von 15-35 rpm und Flüssigkeitsvolumina von 10-25 Litern wurden miteinander kombiniert um zu überprüfen, ob es zu einem Transfer von Luftblasen in das Rückzirkulationssystem kam. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Testparameter. Das Rückzirkulationssystem wurde einer Sichtprüfung unterzogen, um die Wanderung von Luftblasen unter den verschiedenen Testbedingungen zu untersuchen.

Ergebnisse und Diskussion

Die Grafik in Abbildung 2 zeigt die maximale Schaukelfrequenz, bestimmt als Funktion von Schaukelwinkel und Arbeitsvolumen, bevor Lufteinschlüsse zu beobachten waren. Eine Rückzirkulations-Flussrate von 8 l/min wurde verwendet, um worst case Bedingungen zu erzeugen und so die Wanderung von Luftblasen durch die Schläuche zu verstärken. Entsprechend der Hypothese hatten alle drei Faktoren: Schaukelwinkel, Schaukelfrequenz und Arbeitsvolumen einen Einfluss auf den Einschluss von Luftblasen in den Schläuchen. Eine Zunahme von Schaukelwinkel und Schaukelfrequenz, sowie ein verringertes Flüssigkeitsvolumen führten zu verstärktem Transfer von Luftblasen. Um Luftblaseneinschlüsse zu verhindern, scheinen zwei Faktoren wichtig zu sein. Zum einen muss das verbundene Eintauchrohr während der ganzen Zeit unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche eingetaucht bleiben. Zum anderen darf die Flüssigkeit in der Nähe des Eintauchrohres keine Luftblasen enthalten. Alle drei Betriebsparameter: Volumen, Schaukelwinkel und Schaukelfrequenz, hatten einen Einfluss auf den ersten Faktor. Obwohl das verbundene Eintauchrohr an der Mittellinie des Biocontainers positioniert war, kam es unter bestimmten Bedingungen trotzdem zu Lufteinschlüssen, auch bei dem größten getesteten Arbeitsvolumen von 25 Litern. Wenn die Schaukelfrequenz hoch genug war (über 30 rpm bei einem Winkel von 8° oder mehr), führten die entstehenden Trägheitskräfte dazu, dass der Großteil der Welle unter die Mittellinie wanderte und die Flüssigkeitsoberfläche im Bereich unter der Öffnung des verbundenen Eintauchrohrs sank. Die Schaukelfrequenz ist der Parameter mit dem größten Einfluss auf den zweiten Faktor. Bei höheren Schaukelfrequenzen führt die stärkere Bewegung zu turbulenten Strömungsmustern, durch die Luftblasen in der Flüssigkeit entstehen. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Effekt in einer Zellkultur durch die Entstehung von Schaum noch verstärkt wird. Es ist davon auszugehen, dass der verwendete 50 l Bioreaktor im Vergleich zu den kleineren 20 l und 10 l FlexGro^® Bioreaktoren den worst case repräsentiert, da der Effekt der Trägheitskräfte auf die Entstehung von Mischturbulenzen bei kleineren Volumina vermutlich geringer ist.

Schlussfolgerung

Ein 50 l FlexGro^® Biocontainer, modifiziert mit einem Mittellinien-Eintauchrohr zur Etablierung einer Rückzirkulationsschleife, ist für die Anwendung in Perfusionskulturen geeignet, vorausgesetzt, dass die verwendeten Betriebsparameter der Zellkultur innerhalb des nachgewiesenen akzeptablen Bereiches (PAR) bleiben, um Lufteinschlüsse zu verhindern. Weitere experimentelle Untersuchungen könnten notwendig sein, um einen normalen Betriebsbereich (normal operating range, NOR) für die genannten Betriebsparameter mit einer realen Zellkultur unter Perfusionskulturbedingungen zu ermitteln. Daher bieten die in diesem technischen Artikel gezeigten Ergebnisse nur erste Hinweise für den Einsatz von FlexGro^® Biocontainern in der Perfusionskultur.

Für weitere Informationen oder Messdaten kontaktieren Sie bitte Meissner Filtration Products.

Flexgro-Umwälzflussprüfung

Download PDF

American Pharmaceutical Review: Runder Tisch zum Thema Einweg / Wegwerf-Technologien und Equipment

Dieser in der Zeitschrift American Pharmaceutical Review veröffentlichte Artikel stellt Best Practices bei die Implementierung von Einweg (Wegwerf-) Technologien vor. Dazu gehört auch, die Konsequenzen zu verstehen, denn die Anwender lagern Funktionen aus, die bei traditionellen Systemen von Mitarbeitern des eigenen Betriebes durchgeführt wurden. Die einfachsten Wege der Umstellung zu Einwegsystemen werden präsentiert, mit Fokus auf der Implementierung von Best Practices bei der Integration von Hybridsystemen aus Einweg- und Edelstahlgeräten. Einschätzungen der Zukunft von Einwegsystemen werden diskutiert. An der Diskussionsrunde nehmen Max Blomberg, Director of Operations und Christian Julien, Director of Pharma Process Solutions, sowie Experten der Unternehmen Finesse, BioPlan Associates, Pall Life Sciences, Thermo Fisher Scientific und Ulteemit Bioconsulting teil.

Auf der INTERPHEX New York 2016 präsentiert Meissner Filtration Products Innovationen bei Einweg- und Filtrationssystemen für verbesserte biopharmazeutische Herstellverfahren.

Schauen Sie sich das Video an, um mehr über Meissners neueste Entwicklungen für die Produktionsoptimierung in der Biotech- und Pharmaindustrie zu erfahren. Max Blomberg, Director of Operations, präsentiert BioLink^® Modular Overmolding – eine revolutionäre modulare Überspritzgusstechnologie, die alle Vorteile traditioneller Überspritzgussverfahren mit der Geschwindigkeit und Flexibilität traditioneller mechanischer Anschlüsse vereint. Da BioLink^® Aufbauten für Einweganwendungen optimiert sind, kann das Meissner Applications Engineering Team passgenaue Einwegsysteme für spezifische Anforderungen des Anwenders erstellen und so das Prozessrisiko verringern.

Christian Julien, Director of Pharma Process Solutions erläutert, welche Anwendungen der FluoroFlex^® PVDF Biocontainer ermöglicht, und wie er die Beschränkungen traditioneller Polyolefin-Biocontainer überwindet. FluoroFlex^® Biocontainer sind für die anspruchsvollsten Anforderungen der Pharmaindustrie optimiert worden und eröffnen neue Möglichkeiten für Einwegsysteme. Bei der Herstellung dieser Folien sind keine Antioxidantien oder andere Zusatzstoffe nötig, so dass sie eine hochreine Alternative zu Polyolefin-Folien darstellen, und einen extrem niedrigen Level an herauslösbaren Substanzen (Leachables and Extractables) aufweisen. Da die FluoroFlex^® Biocontainer keine Antioxidantien enthalten, sind sie hervorragend für Zellkultur-Anwendungen geeignet.

GEN Zusammenfassung: Die Filter der Zukunft fokussieren auf Funktionalität

Dieser in Genetic Engineering & Biotechnology News (GEN) veröffentlichte Artikel stellt Meinungen von Bioprozessreinigungs-Experten zusammen, die in Downstream-Prozesse in der biopharmazeutischen Produktion involviert sind. Sie diskutieren die wichtigsten Fortschritte der letzten zehn Jahre im Bereich Virusfiltration und die nötigen Faktoren für eine erfolgreiche und wirtschaftliche Filtration im großen Maßstab. Die GEN-Podiumsdiskussion fasst zusammen, welche Erfolge es bei Filtrationsprozessen gab, aber auch welche Kompromisse nötig waren, und stellt zukünftige Studien vor.

Die Expertenrunde besteht aus Leesa McBurnie, Filtration Products’ Manager of Laboratory and Validation Services bei Meissner, sowie Unternehmensvertreter von GE Healthcare Life Sciences, MilliporeSigma, Pall Life Sciences, Sartorius Stedim Biotech und Spectrum Laboratories.

Pharmazeutische Technologie: Innovationsausblick – Scale-up durch Scaling Out

Üblicherweise werden Industriestandardprozesse nach folgendem Ablauf implementiert: von der Prozessentwicklung (process development, PD) über den Pilotmaßstab zur vertikalen Skalierung (Scale-up) oder Serienproduktion. Dieses Standardverfahren wird uns noch lange begleiten, da konventionelle Großmaßstabanlagen weiterhin geplant werden und PD/Pilot-Aktivitäten sicher nicht obsolet sein werden. Aber neben traditionellen vertikalen Skalierungsmethoden setzen sich horizontale Skalierungsansätze (Scale-out) immer mehr durch, und die akzeptierte Norm der Serienproduktion verändert sich. Konventionelle Großanlagen haben bestimmt ihren Platz in der biopharmazeutischen Produktion. Aber es gibt einen Industrietrend hin zu flexibel angepassten Produktionskapazitäten, der viele Vorteile für die Anforderungen von morgen bietet. Zum Beispiel die Möglichkeit, schnell auf Pandemien zu reagieren oder die Produktionskapazitäten für Wirkstoffe variabel anzupassen, die durch den Wettbewerb mit Biosimilars einer schwankenden Marktnachfrage unterliegen. Außerdem die Produktion in räumlicher Nähe zu betroffenen Patientenpopulationen, und schließlich die Herstellung von Medikamenten für kleine Patientengruppen bei der Behandlung spezifischer Erkrankungen. Durch die Fortschritte bei erreichbaren Konzentrationen in Fed-batch Verfahren und die Einführung kontinuierlicher Produktionsprozesse ist die horizontale Skalierung, nämlich einen bestimmten Prozess in einem festgelegten Volumen einfach wiederholt durchzuführen, oft eine bessere und effizientere Lösung für diese Anforderungen als die vertikale Skalierung.

Der Trend zur Behandlung immer kleinerer betroffener Patientengruppen mit Therapien, die immer spezifischer für an bestimmte Beschwerden entwickelt werden, führt schlussendlich zur personalisierten Medizin. Die Herstellung dieser Therapien verlangt, trotz gemeinsamer Herstellschritte, einen signifikanten Grad von horizontal skalierten Produktionsverfahren, bei denen ein ähnlicher Prozess in einem vorgegebenen Volumen immer wieder wiederholt wird. Diese Scale-out-Prozesse profitieren (und sind in gewissem Maße abhängig) vom Einsatz von Einwegsystemen (single-use systems, SUS). Diese Systeme sind nicht neu. Wenn sie jedoch in horizontal skalierten Prozessen verwendet werden, bei denen größere Mengen relativ kleiner SUS für zunehmend komplexe und kritische Anwendungen benötigt werden, können sich die damit verbundenen allgemeinen Schwierigkeiten verschlimmern. Zu diesen Herausforderungen gehört die Möglichkeit, SUS schnell und wiederholt einzusetzen, aber auch logistische Aspekte und der Aufbau einer robusten Lieferkette für eine konsistente Lieferung von Produkten, die stringente Qualitätsanforderungen erfüllen. Außerdem ist es von wesentlicher Bedeutung, dass geeignete Produkte mit Formfaktoren existieren, die proportional zum Prozessmaßstab sind. Was früher nur ein kleiner Laborfilter war, kann jetzt ein kritischer Filter für den finalen Produktionsschritt sein, der genauso unterstützt werden muss wie größere Varianten für den traditionellen Prozessmaßstab. Meissner adressiert diese spezifischen Bedürfnisse mit eigens entwickelten, neuen Filtrationsprodukten für den kleinen Maßstab.

Horizontal skalierte Prozesse profitieren von einem erhöhten Grad an Automatisierung, sind jedoch oft auch darauf angewiesen. Für Wirkstoffhersteller ermöglicht das die Durchführung einer höheren Anzahl an – typischerweise parallel ablaufenden – Prozessen, und potenziell erweiterte Verfahrensweisen. Gleichzeitig muss auch die Versorgung horizontal skalierter Prozesse stärker automatisiert werden. Dies gilt sowohl für die Bereitstellung integrierter Prozesslösungen, als auch für die Entwicklung neuer Herstellprozesse für Verbrauchsmittel und Technologien. Wirkstoffhersteller und Lieferanten etablieren automatisierte Lösungen in der Regel, um die Prozessstabilität zu erhöhen, die Kapazität schnell auszuweiten und die Kodifizierung zusätzlicher Produktionsdaten zu ermöglichen. Daher entwickelt Meissner hoch automatisierte Steuerungseinheiten und die nächste Generation von Einweg-Anschlusstechnologien. Sie ersetzen manuell assemblierte mechanische Anschlüsse durch dauerhafte thermische Verbindungen, die durch vollständig automatisierte Prozesse erzeugt werden.