BioPAT^®이 용량 조정을 지원하는 방법

Ambr^® 또는 Biostat^®에서 세포주를 배양하는 것은 대용량(예: 1kL) 바이오리액터와는 다른 물리적 특성을 가지고 있습니다. 공정의 에너지, 압력 및 혼합 시간은 과장되어 있으며 올바르게 이해, 전달 및 제어되지 않으면 공정 성능에 영향을 미칩니다. “작은 규모의 실수를 저지르고 큰 규모의 이익을 창출하라.”는 H. Baekeland의 말처럼, 이러한 정신은 센서 및 소프트웨어 제어 솔루션인 BioPAT^® 툴박스의 핵심입니다.

BioPAT^®는 여러 단변량 및 다변량 프로세스 파라미터(파라미터 및 설정)를 정확하게 기록하는 분석 툴을 제공합니다. 또한 축소 모델에서 중요한 품질 속성(제품)에 대한 원인과 결과의 연결을 지원합니다. 따라서 인라인 및 온라인 주요 공정 파라미터를 사용하여 물량 규모, 처리 시간 및 제품 성능(공간-수율/품질)을 고려한 상용 공정에 대한 제어 전략을 수립할 수 있습니다. 이를 통해 규모를 보다 원활하게 조정할 수 있어 유연한 용량 조정과 사이트 간 프로세스 이전을 간소화할 수 있습니다. 결과적으로 숙련된 프로세스 '노하우'가 자동화된 제어 전략으로 이전되고 배치 궤적을 모니터링하여 실시간 품질 보증을 책임집니다. 또한 생산 배치의 데이터는 프로세스를 검증하고 시스템 설계에 반영하여 각 제조 배치에 대한 밸리데이션을 지원할 수 있습니다.

연구실에서 상업적 생산에 이르는 과정은 성공으로 가는 길에 반드시 거쳐야 하는 여정입니다. 선택한 경로와 직면한 장애물에 따라 이 여정의 성공 여부가 결정됩니다. 관련된 위험과 비용을 균형 있게 고려하고 기술 설계, 제품/공정 이해, 최종 시스템 제어 및 규정 준수를 통해 최적의 타협점을 찾아야 합니다.

용기 전체에 균질하거나 균일한 솔루션을 만드는 목표는 용기가 작을 때 훨씬 더 쉽습니다. 따라서 미세한 생산 공장(셀)의 공급 요구 사항을 이해하는 것은 부분적으로 대사 산소 요구량에 기인할 수 있습니다. 따라서 체적 산소 흡수율(OUR)을 파악하고 바이오리액터 액추에이터에 대한 피드백 제어를 통해 공급을 미세 조정하면 산소 제한을 방지할 수 있습니다. 분석 장치의 배치, 보정, 샘플 주파수, 정확도 및 통신이 해당 제어의 성공 여부를 결정합니다. 소규모 실험에서는 센서 배치나 처리 시간이 길어지면 샘플 빈도가 줄어들 수 있으므로 보정, 정확도 및 통신이 가장 중요합니다.

모든 호기성 바이오리액터 가스화 전략은 공정의 복잡성이나 세포 요구 사항에 따라 산소, 이산화탄소 및 질소의 농도 또는 농축도가 있는 공기를 주로 사용합니다. 모든 생명체는 산소를 사용하고 이산화탄소를 생성하므로 세포의 호흡 방식을 통해 세포의 총 활동을 이해할 수 있습니다. 일반적으로 유입 가스의 구성 가변성이 최소화되고 유량을 정확하게 측정하고 제어하기 위해 Biostat^® 질량 유량 컨트롤러를 사용할 수 있습니다. 따라서 배기가스 성분을 측정하는 분석 장치를 사용하면 산소 흡수량과 이산화탄소 생성량을 제공하는 질량 균형 계산이 가능합니다. 이 데이터와 계산이 실시간으로 수행되면, 세포 산소 요구량에 따라 Biostat^® 체적 산소 및 이산화탄소 전달률(모든 규모에서)을 조정하는 대사 제어 루프를 설정할 수 있습니다.

시간은 곧 돈이며, 특히 생물학적 제품의 경우 상업적 제조 분야에서는 1분 1초가 중요합니다. 따라서 공정을 추적하고 공정의 다음 단계로 이동하기 위해 규명된 지점을 확보하면 언더/오버 슈팅을 제거하여 배치 간 변동성을 줄이고 업스트림 제조 공정 라인의 일정을 엄격하게 조정할 수 있습니다.

상업 바이오 제조에서 원하는 세포 밀도에 도달하고 다음 크기의 용기에 접종함으로써 세포 성장을 계단식으로 진행하는 방법은 전체 업스트림 공정 시간에 큰 영향을 미칩니다. 세포 성장 속도에 영향을 미치는 미지의 요소가 있다면 이 시간이 변동되어 공정 계획 및 일정에 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 세포 밀도를 온라인으로 추적하면 원하는 시점에 정확하게 접종제를 전달할 수 있고 일정 변경을 조기에 파악하여 공정 계획을 개선할 수 있습니다. 이를 통해 스케일업 이송 및 재료 가용성과 관련된 다운타임을 최소화하여 적시 제조 및 업스트림 용량 증가의 가능성을 열어줍니다.

공정 개발의 주요 목표 중 하나는 상업적 제조에서 최종 제품의 수율과 회수율을 높이고 품질을 개선하는 것입니다. 프로세스를 개선하려면 기존 방법에 대한 엄격하게 계획되고 문서화된 조사가 필요합니다. 따라서 상업적 공정의 물리적 제한을 준수하면서 변경할 수 있는 요인을 선별하고 그 상호작용을 매핑하면 운영 조건의 표면 반응을 얻을 수 있습니다.

바이오 공정의 생산 및 정제 단계에 영향을 미치는 많은 물리적, 화학적 요인을 모두 고려할 수는 없습니다. 그러나 선별 실험을 사용하면 중요한 품질 속성에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 요인을 파악하고 더 잘 이해할 수 있습니다. 이 실험 설계에서 각 요인의 영향력과 가능한 상호 작용의 강도를 추가로 평가하면 보다 규명된 표면 플롯으로 작업 창이 좁혀집니다. 이 시점에서 요인의 편차가 품질에 미치는 영향에 대한 명확한 지식이 개발됩니다. 따라서 안전 마진과 실패 영역을 명확하게 규명할 수 있습니다. 마지막으로, 견고성 테스트를 활용하여 실제 스케일업 데이터로 모델을 밸리데이션하고 유한한 고정점이 아닌 작동 대역을 기반으로 경보 기능 및 프로세스 사양을 구현할 수 있습니다.

원활한 바이오프로세싱을 위해서는 제조 시간표에 맞추기 위한 문제, 지연 및 맞춤이 자주 발생해야 합니다. 따라서 중요한 품질 속성에 영향을 주지 않으면서 배양 단계의 종료 시점을 예측 가능하게 늦추거나 지연시킬 수 있으면 상업적 제조에 유연성이 향상됩니다. 이를 통해 운영자의 관리 계획을 개선하고 제조 비용을 절감할 수 있습니다.