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Essai de recirculation en utilisant un bioconteneur FlexGro^® équipé d’un tube plongeur fixe pour les cultures en perfusion

Introduction

Les procédés en perfusions sont rapidement en train de devenir une alternative viable aux cultures discontinues (en « batch ») ou discontinues alimentées (en « fed-batch ») de cellules de mammifères. Dans un type de système de perfusion, un bioréacteur est connecté à une voie de recirculation où se produit le renouvellement du milieu de culture. Les bioréacteurs à bascule, également appelés bioréacteurs à vagues, ont été un choix populaire pour les applications de chaîne d’inoculation et la production de protéines à petite échelle pour des volumes de travail inférieurs à 100 litres. Le mouvement continu de bascule du bioréacteur produit une vague à l’intérieur du bioconteneur à usage unique, permettant ainsi au milieu de culture d’être oxygéné tout en éliminant les contraintes de cisaillement pouvant être problématiques. Toutefois, un défi est souvent rencontré lors de l’utilisation de bioréacteurs à bascule en perfusion : l’entrée non souhaitée d’air dans les voies de recirculation. Ces bulles d’air compromettent l’efficacité des filtres de perfusion, ces derniers reposant généralement sur des dispositifs de filtration à flux tangentiel (TFF) ou à flux tangentiel alterné (AFT). Dans ce rapport technique, nous évaluons une solution permettant de réaliser des cultures en perfusion par le biais d’un nouveau tube plongeur fixe conçu pour empêcher l’air de s’introduire dans la voie de recirculation. La présence d’air dans un bioconteneur FlexGro^® de 50 l connecté à une boucle de recirculation a été évaluée dans différentes conditions de traitement, notamment différents volumes, fréquences de bascule et angles de bascule. Ces données expérimentales sont précieuses pour comprendre la relation entre volume de liquide, fréquence de bascule et angle de bascule. Ces informations sont cruciales afin de définir la fourchette acceptable prouvée (PAR) des paramètres pour un système de perfusion.

Matériel et méthodes

Un bioconteneur FlexGro^® de 50 l (réf. B12R00505-006) modifié afin d’incorporer un tube plongeur fixe de 6,4 mm de diamètre interne et 11,1 mm de diamètre externe monté sur un bioréacteur à bascule (GEHC, Système Wave Bioreactor 20/50), rempli avec de l’eau colorée et gonflé avec de l’air jusqu’à atteindre une pression de 1 psi, selon les instructions du constructeur. Une voie de recirculation composée de tubes en silicone transparent est établie en connectant les tubes d’arrivée et de sortie. Une pompe péristaltique (Masterflex^® I/P) est utilisée pour maintenir un débit de recirculation constant de 8 l/min. L’assemblage est détaillé dans la Figure 1. Des angles de basculement de 6 à 10°, des fréquences de basculement de 15 à 35 tr/min et des volumes de liquide de 10 à 25 l ont été utilisés conjointement pour déterminer une éventuelle entrée d’air dans le circuit de recirculation. Le tableau 1 résume les différents paramètres de test. La migration de bulles d’air dans le circuit de recirculation a été évaluée par inspection visuelle pour chacune des combinaisons testées.

Résultats et discussion

Le graphique présenté dans la Figure 2 montre la fréquence de basculement maximale, représentée en fonction de l’angle de basculement et du volume de travail avant que la migration de bulles d’air se produise. Un débit de recirculation de 8 l/min a été utilisé afin d’être représentatif des conditions de traitement les plus défavorables et pour amplifier la migration de bulles d’air dans le circuit. Conformément à l’hypothèse de départ, l’angle et la fréquence de basculement, ainsi que le volume de travail ont affecté le transfert de bulles d’air dans le circuit. L’augmentation de l’angle et de la fréquence de basculement contribue à augmenter le transfert de bulles d’air, tandis que des volumes de fluide plus faibles ont également entraîné une augmentation du transfert de bulles d’air. Afin d’empêcher la migration de bulles d’air, deux conditions semblent essentielles. Premièrement, le tube plongeur ancré doit à tout moment rester submergé sous le niveau du liquide. Deuxièmement, le liquide à proximité du tube plongeur ne doit pas contenir de bulles d’air. Les trois paramètres de fonctionnement, c’est-à-dire le volume, l’angle de basculement et la vitesse de basculement, contribuent à déterminer si la première condition est remplie. Bien que le tube plongeur ancré ait été positionné le long de la ligne centrale du bioconteneur, l’emprisonnement de bulles d’air se produit toujours dans certaines conditions, même lorsque le volume de travail le plus élevé est utilisé, soit 25l. Lorsque la vitesse de basculement est suffisamment élevée (supérieure à 30 rpm pour un angle supérieur ou égal à 8°), les forces d’inertie générées provoquent le déplacement de la majeure partie de la vague au-delà de la ligne centrale, ce qui fait baisser le niveau du liquide en dessous de l’entrée du tube plongeur ancré. La fréquence de basculement est le principal facteur qui contribue à ce que la deuxième condition soit remplie. À des fréquences de basculement plus élevées, l’agitation accrue entraîne des turbulences, lesquelles produisent des bulles d’air dans le liquide. Il est probable que cet effet soit exacerbé lors de cultures cellulaires réelles en raison de la production de mousse. Le bioconteneur de 50 L utilisé ici devrait être représentatif des conditions les plus défavorables par rapport aux petits bioconteneurs FlexGro^® de 20 l et 10 l, car l’effet des forces d’inertie devraient alors générer moins de turbulences lors de l’agitation et du mélange.

Conclusion

Un bioconteneur FlexGro^® de 50 litres modifié par un tube plongeur central afin de former une boucle de recirculation peut être utilisé dans des applications de perfusion, à condition que les conditions opérationnelles de culture utilisées restent dans les limites de la fourchette acceptable prouvée afin d’éviter tout emprisonnement d’air. Une évaluation expérimentale supplémentaire peut être nécessaire en conditions réelles de culture cellulaire afin de définir des paramètres opérationnels dans une plage de fonctionnement normal (NOR) adaptés à la culture en perfusion. Par conséquent, les résultats présentés dans ce rapport technique ne doivent servir que de guide initial vers l’adoption des bioconteneurs FlexGro^® pour la culture en perfusion.

Pour plus d’informations ou de données issues d’analyses, veuillez contacter Meissner Filtration Products.

Test de débit de recirculation Flexgro

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Revue Pharmaceutique Américaine : Table ronde sur les technologies et les équipements à usage unique

Cet article publié dans l’American Pharmaceutical Review traite des meilleures pratiques pour la mise en œuvre des technologies à usage unique et des conséquences découlant du fait de comprendre que les utilisateurs finaux externalisent effectivement des fonctions qui étaient assurées par des capacités internes avec des systèmes traditionnels. Les processus qu’il est le plus facile de faire évoluer vers des systèmes à usage unique sont présentés, l’accent étant mis sur le déploiement des meilleures pratiques nécessaires à l’intégration des équipements à usage unique et en acier inoxydable (systèmes hybrides). Les prévisions pour l’avenir des systèmes à usage unique sont discutées. Le panel comprend Max Blomberg, directeur des opérations, et Christian Julien, directeur de Pharma Process Solutions, ainsi que des experts de Finesse, BioPlan Associates, Pall Life Sciences, Thermo Fisher Scientific et Ulteemit Bioconsulting.

La vidéo INTERPHEX New York 2016 couvre les systèmes à usage unique de Meissner Filtration Products et les innovations en matière de systèmes de filtration visant à optimiser les processus de fabrication dans le secteur biopharmaceutique.

Découvrez les dernières innovations de Meissner pour une fabrication optimisée dans les secteurs de la biotechnologie et de l’industrie pharmaceutique. Max Blomberg, directeur des opérations, présente la technologie de surmoulage modulaire BioLink^® – une technologie révolutionnaire qui réunit tous les avantages du surmoulage traditionnel avec la vitesse et la flexibilité des connexions mécaniques traditionnelles. Optimisés pour les applications à usage unique, les assemblages BioLink^® permettent à l’équipe d’ingénieurs en applications de Meissner de créer des assemblages à usage unique adaptés aux exigences spécifiques de l’utilisateur final, ce qui se traduit par une réduction des risques inhérents aux processus.

Christian Julien, directeur de Pharma Process Solutions, parle du bioconteneur en PVDF FluoroFlex^® destiné à des applications dépassant les contraintes des bioconteneurs traditionnels à base de polyoléfines. Optimisés pour les besoins les plus exigeants de l’industrie pharmaceutique, les bioconteneurs FluoroFlex^® ouvrent de nouvelles possibilités pour les systèmes à usage unique. La fabrication de ce film ne nécessite pas d’antioxydants et d’additifs, ce qui en fait une alternative ultra propre aux films à base de polyoléfines. En outre, il présente un profil de lixiviabilité et d’extractibilité extrêmement bas. L’absence d’antioxydants dans le bioconteneur FluoroFlex^® souligne son excellente performance dans les applications de culture cellulaire.

GEN Roundup : L’avenir des filtres réside dans leur fonctionnalité

Cet article de Genetic Engineering & Biotechnology News (GEN) présente les contributions de spécialistes de la purification des bioprocédés impliqués en aval de la production biopharmaceutique. Ils discutent des principales avancées réalisées en matière d’élimination des virus par filtration au cours des dix dernières années, et donnent leur avis sur ce qui est nécessaire pour une filtration à grande échelle réussie et économique. Le groupe d’experts de GEN passe en revue les succès, les compromis et les futurs essais dans le domaine de la filtration.

Il est composé de Leesa McBurnie, directrice des services de laboratoire et de validation de Meissner Filtration Products, ainsi que des représentants de GE Healthcare Life Sciences, MilliporeSigma, Pall Life Sciences, Sartorius Stedim Biotech et Spectrum Laboratories.

Pharmaceutical Technology: Innovation Outlook – Mise à l’échelle en reproduisant à la même échelle

Le déploiement des capacités industrielles standard se déroule généralement à partir du développement des procédés (DP) jusqu’à l’usine pilote, suivie d’une mise à l’échelle ou d’une production à grande échelle. Bien que cette pratique ne soit pas près de disparaître, les installations de production à grande échelle traditionnelles étant toujours planifiées et les activités de développement de procédés ainsi que les activités pilotes n’étant certainement pas rendues obsolètes, le modèle traditionnel de mise à l’échelle est concurrencé par la transposition de la production, tandis que le modèle accepté de production à grande échelle est en train de changer. Les installations conventionnelles à grande échelle ont certainement leur place dans la fabrication biopharmaceutique. Toutefois, le passage à une capacité de production flexible est une tendance de l’industrie qui offre une multitude d’avantages pour les besoins de demain. Parmi ceux-ci, on peut citer une réponse rapide aux pandémies, la planification d’une capacité de production variable de produits en fonction de la demande dynamique du marché résultant de la concurrence en matière de médicaments biosimilaires, une fabrication plus proche des populations touchées et, enfin, la production de médicaments pour un nombre plus restreint de patients à mesure que les traitements sont mieux adaptés aux affections spécifiques. Pour répondre à ces besoins, compte tenu des progrès réalisés en matière de fabrication via des procédés discontinus alimentés et de l’avènement des procédés en continu, la transposition de la production par la simple reproduction d’un processus donné à un volume fixe est souvent une solution meilleure et plus efficace par rapport à la mise à l’échelle de la production.

L’évolution vers le traitement de populations affectées de plus en plus restreintes grâce à des traitements plus spécifiquement d’une maladie donnée conduit en définitive à une médecine personnalisée. Malgré les points communs des procédés impliqués, la fabrication de ces thérapies nécessite par nature une transposition de la production en reproduisant un processus similaire et à volume donné. La transposition de la production tire profit (et, dans une certaine mesure, dépend) de l’utilisation de systèmes à usage unique (SUU). Ces systèmes ne sont pas nouveaux ; toutefois, lorsqu’ils sont appliqués dans le contexte de la transposition de la production, où de plus grandes quantités de systèmes à usage unique de plus petite taille peuvent être utilisées dans des applications de plus en plus complexes et critiques, les défis communs qui y sont associés peuvent être exacerbés. Ces défis comprennent la capacité à déployer rapidement et systématiquement les SUU, les considérations logistiques et la capacité à établir une chaîne logistique solide garantissant une livraison continue de produits répondant à des spécifications de qualité strictes. En outre, il est essentiel que des produits appropriés existent dans des facteurs de forme adaptés à l’échelle des processus. Ce qui a pu être historiquement un petit filtre de laboratoire peut aujourd’hui être un filtre final critique, et doit donc être pris en charge de la même manière que ses homologues destinés aux processus traditionnels à plus grande échelle. Meissner répond à ces besoins en proposant de nouveaux produits de filtration à petite échelle.

Les processus de production transposée bénéficient également, et souvent nécessitent, des niveaux d’automatisation accrus. Pour les fabricants de médicaments, cela se traduit par la mise en œuvre d’un plus grand nombre de processus, généralement simultanés, et parfois dans des modes de fonctionnement avancés. De même, le besoin d’une automatisation accrue existe au sein de la base d’approvisionnement qui prend en charge les processus de production transposés, à la fois en termes de fourniture de solutions de procédés intégrées et de progrès en matière de méthodes et de technologie de fabrication de consommables. Les facteurs d’automatisation communs aux fabricants de médicaments et à la base d’approvisionnement comprennent l’augmentation de la robustesse des processus, l’accroissement rapide des capacités, ainsi que la possibilité de codifier des données de fabrication supplémentaires. Meissner s’attaque à ce problème en développant des solutions de traitement unitaire hautement automatisées ainsi que des technologies de connexion de nouvelle génération pour SUU qui remplacent les connexions mécaniques assemblées manuellement par des liaisons thermiques permanentes obtenues par des processus entièrement automatisés.