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교반탱크 (Stirred Tank) 바이오리액터

큐브형 바이오컨테이너의 제조, 공급 및 검증

탁월한 성능이 입증된 Pall의 single-use 교반 탱크 바이오리액터는 우수한 혼합 및 물질 전달(mass transfer) 기능을 제공하고, 더 높은 세포 밀도를 지원합니다.

Single-use 장비를 사용자가 원하는 성능, 기능, 검증 요건을 완벽히 충족하도록 설계, 개발하는 것은 바이오리액터와 같은 복잡한 자동화 장비에서 특히 까다로운 부분입니다. 그러나, 성공할 경우 새로운 혁신의 길이 열립니다. 기존 시스템보다 성능이 향상되고 실질적인 장점(신속한 시스템 설정, 처리 시간 및 정지 시간 단축, 제품 취의 안정성 등)이 많습니다. 

 

BioProcess International의 이 기사는 차세대 single-use 교반 탱크 바이오리액터를 이끄는 설계 공정의 고려 사항을 설명합니다. Steam-in-place(SIP) 및 clean-in-place(CIP) 과정이 필요없기 때문에 원통형 대신 큐브형의 새로운 디자인이 가능합니다. 이를 통해, 제품의 사용성 및 공정 보증과 관련하여 다양한 성능이 개선됩니다. 

 

Single-use 교반 탱크 바이오리액터 플랫폼 선택 시 주요 고려 사항 

 

Single-use 바이오리액터는 기존 스테인리스 스틸 제품과 동등 이상의 성능을 발휘해야 하며, 세포의 높은 밀도, 생존률, 발현 수준을 안정적으로 재현할 수 있어야 합니다. 전체 설계는 최적의 혼합 및 물질 전달 속성을 강화하는 방향으로 이뤄져야 하며, 이 두 가지는 성공적인 바이오리액터 배치의 핵심 성능 지표입니다. 효과적인 세포 배양 성능은 균일한 성장 환경에 의해 크게 좌우되는데, 더 짧은 주기로 영양분을 전달하고 적절한 가스를 공급하기 위해서입니다. 

 

잘 설계된 바이오리액터 플랫폼은 single-use 바이오컨테이너와 작업자의 상호 작용을 최소화하도록 보장하여 초기 바이오리액터 설치, 세포 배양 공정 및 최종 바이오컨테이너 제거 과정에서 작업자의 실수를 방지해야 합니다. 많은 single-use 바이오리액터(특히 대규모)에서는 바이오컨테이너의 누출을 과제로 안고 있습니다. 따라서 바이오컨테이너의 제조, 포장 및 배송 과정을 최대한 자동화하여 안전하게 보호하도록 고려가 필요합니다.  

 

Single-use 구성 요소는 최종 사용자 인증 프로세스의 일부 과정을 가속화하며, 세척 검증이 필요하지 않지만, 생물의약품 제조 시 물질 접촉에 관한 규제 요건에 따라 새로운 문제가 발생하기도 합니다. 더 원활한 장비 도입을 위해서는 single-use 바이오리액터의 올바른 문서화가 필요합니다. 예를 들어, 사용하고 난 single-use 구성 요소는 표준화된 BPOG 지침(extractable 및 leachable 속성)에 따라 검사를 진행합니다. 물질 특성 확인 데이터 외에도 single-use 바이오리액터는 광범위한 밸리데이션, 적격성 평가 및 적용 관련 패키지를 제공해야 합니다.  

 

Single-use 시스템으로 이행하여 제조 시 유연성을 극대화하려면, turndown ratio가 높은 확장 가능한 교반 탱크 바이오리액터 제품군을 사용하는 것이 유리합니다. 특히 CMO 및 공정 개발 실험실에서는, 변화하는 공정 요건에 부응하도록 안정적인 소프트웨어 기능으로 바이오리액터가 다양한 세포주(cell line) 요건에 대응하도록 지원하는 것도 주요 고려 사항 중 하나입니다.

 

Single-use 바이오리액터는 공정 중 언제라도 컨트롤러 간 연속적인(cascading) 커뮤니케이션 요청이 발생할 때, 기존 스테인리스 스틸 장비처럼 제어 및 자동화를 실현해야 합니다. 표준적인 프로브 (pH, 용존 산소 및 온도 제어용) 이외에 다른 프로브를 바이오리액터에 넣을 수 있는 유연성도 선호되는 기능 중 하나입니다. 물론, single-use 바이오컨테이너에 이미 여러 개의 single-use 센서가 적용되어 있어서 사용자의 혼란과 에러 및 오염 가능성을 방지할 수 있다면 더 이상적입니다.

추천사

고객사의 의견은 어떨까요?
divya goel

Divya Goel, MBS

기술 및 사업 부문

Celltheon Corporation

"Allegro 플랫폼은 공정 개발 및 후속 생산 효율을 높이는 통합 생산 솔루션으로, 확장성이 뛰어납니다. P/V 등 확장성의 주요 제약 사항을 해결하여, 규모 확장에 필요한 시간과 자원을 절감할 수 있습니다. 즉, 일정을 단축하고 원가를 절감할 수 있는데, 이는 환자에게 직접 영향을 미치는 요소입니다.

 

”"많은 바이오시밀러 개발사가 "벤치 규모" 개발에 성공하지만, 규모가 커지면 생산성 및/또는 품질이 떨어지기 때문에 양산 시 난관에 부딪칩니다. 1세대 Single-Use 바이오리액터에는 몇몇 제한이 있었는데, Allegro 플랫폼은 벤치 규모 공정을 재현하는 과정에서 다양한 문제를 해결했습니다. 그야말로 진정한 의미의 확장형 플랫폼입니다."

 

 

"바이러스 벡터의 대량 생산은 일반적으로 바이오리액터에서 이뤄지고, 바이오리액터의 설계는 공정 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 Brammer bio는 잠재력이 다른 바이오리액터 기술을 이론적 기반과 공정 개발 실험 모두에서 평가하기 위해 시간과 자원을 투자했습니다."

 

"신중한 검토 끝에 Pall의 업스트림 및 다운스트림 공정 플랫폼을 선택했습니다(Allegro™ STR Single-Use 교반 탱크 바이오리액터 라인 및 부착성 세포 공정인 iCellis® 바이오리액터 시스템 포함). 이 바이러스 벡터 생산용 리액터 기술의 장점으로는 사용의 용이성, 벡터 생산용 세포 생산과의 호환성, 세포 성장과 벡터의 수율, 안정적인 소모품 공급망, 그리고 2,000L에 달하는 확장성을 들 수 있습니다. 바이오리액터는 Brammer의 Cambridge와 Alachua 시설에 설치 중입니다."

richard snyder phd brammerbio

Richard Snyder, PHD

Chief Scientific Officer, Founder

Brammer Bio

사각형으로 새로운 세계가 열립니다.

큐브형 single-use 바이오리액터 설계의 장점

Clean-in-place(CIP) 및 steam-in-place(SIP) 세척 공정이 필요하지 않을 때, 큐브형 바이오리액터 설계가 다음과 같은 장점을 제공할 수 있습니다.

 

  • 일체형 배플(baffle)을 통한 우수한 혼합 성능과 탁월한 물질 전달 성능
  • 인체공학적 백(bag) 설계로 설치 및 제거 용이 
  • 설치 공간 절감, 종횡비 1:1, 높이 3m 미만 
  • 바이오컨테이너 제조 단순화로 누출 가능성 감소

 

Pall Allegro™ STR single-use 바이오리액터 제품군은 높은 전력을 사용할 수 있는 임펠러(direct bottom-driven impeller)로 설계를 보완하여 산소 전달률을 높이고 혼합 시간을 단축합니다. 이를 입증하기 위해, 광범위한 특성확인 및 엔지니어링 성능 작업이 수행되었습니다.

 

 

 

원통형 및 큐브형 바이오리액터 설계 간에 규모를 확장하고 공정을 이동할 경우, 일반적인 확장 전략이 사용됩니다. 다음 Application Note에서는 10L 원통형 벤치탑 용기(benchtop vessel)부터 Allegro STR 200L까지, 나아가 1000L 바이오리액터로 확장하는 동안 kLa(주어진 조건에서 바이오리액터로의 산소 전달 효율을 설명하는 용량물질전달계수)를 일정하게 유지했습니다. 다만, 유체역학에 미치는 영향과 이로써 공정 성능에 영향을 줄 가능성을 감안하여, 규모 확장 시 부피당 전력 입력, 날개 속도(tip speed), 공탑 기체 속도(superficial gas velocity) 및 폭기(aeration)도 고려했습니다. 

 

대표 제품

Allegro™ STR 바이오리액터
Biotech

Allegro™ STR 바이오리액터

Single-Use 바이오리액터
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Single-Use 바이오리액터

Allegro™ XRS 25 바이오리액터
Biotech

Allegro™ XRS 25 바이오리액터