KR20140004150A - 교대 공압 막 세포 분리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교대 공압 세포 분리기 (PACS)로 불릴 수 있는 신규 여과 시스템, 시스템을 구축하는 데 사용될 수 있는 조립품 또는 부품 키트 형태의 유용한 성분, 및 유체를 여과하기 위한 시스템, 예를 들어 필터 함유 구획 (8), 팽창 챔버 (17) 및 기체 흐름 제어기 (28)을 함유하는 필터를 포함하는 세포 배양 관류 시스템에서의 용도를 제공한다.
Description
본 발명은 여과 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 유체, 특히 세포를 포함하는 생물학적 유체용 교대 공압 세포 분리 (PACS) 시스템에 관한 것이다.
여과는 전형적으로 유체 용액, 혼합물 또는 현탁액을 분리, 청정 (clarify), 변형 및/또는 농축시키기 위해 수행된다. 생명공학 및 제약 산업에서, 여과는 신약, 진단 및 다른 생물학적 제품의 성공적 제조, 처리 그리고 시험에 필수적이다. 예를 들어, 동물 세포 배양물 (culture)을 사용하는 생물학적 제제의 제조 방법 시, 여과는 매질로부터 특정 성분의 청정, 선택적 제거 및 농축을 위해 수행되고 또는 추가 처리 전에 매질을 변형시키기 위해 수행된다. 여과는 또한 높은 세포 농도에서 관류 (perfusion) 배양을 유지시켜 생산성을 향상시키는 데 사용될 수 있다. 본 발명은 분자 또는 입자의 혼합물 또는 현탁액을 물리적 및/또는 화학적 성질에 근거하여 분별시키는 개선 수단을 제공한다.
수개의 특수 필터 및 여과 방법은 재료를 그들의 화학적 및 물리적 성질에 따라 분리하기 위해 개발되어왔다. 본 분야에 개발되어온 필터는 평면 필터, 주름 필터, 다중-단위 카세트, 및 중공 섬유 (hollow fiber)와 같은 관형을 포함한다. 그러나, 이들 필터의 다수는 짧은 작업 수명을 가지고, 그리고 세포 배양 현탁액 또는 다른 생물학적 유체를 여과시키기 위해 사용될 때 사멸 세포, 세포 파괴물, 조립품 또는 유체의 다른 성분에 의해 막히는 경향이 있다.
동물 세포는 실제적으로 대부분의 미생물보다 더 느리게 자라고, 그리고 보호 세포벽이 부족하며, 그들은 또한 더욱 손상되기 쉽다. 교반 속도의 증가와 배양물로의 기체의 격렬한 전달을 포함하는 미생물 배양물 제조의 생산성을 증가시키기 위한 몇몇의 공지의 방법은 동물 세포에서는 실현 가능하지 않다. 그러므로, 제조는 매우 온화한 배양 조건과 낮은 세포 농도로 제한된다. 온화한 배양 조건을 유지함에도 불구하고, 세포 농도를 증가시키는 하나의 방법은 관류법을 통한 것이다.
세포를 성장시키는 관류법에서, 영양분이 소비되고 그리고 해로운 폐기물의 증가된 수준을 함유하는 배지는 지속적으로 배양물로부터 제거되고 그리고 신선 매질로 대체된다. 폐기물을 제거시키는 동안 신선 매질의 일정한 첨가는 세포에 높은 세포 농도를 달성하는데 요구되는 영양분을 제공한다. 배치 배양 (batch culture) 제조 공정 동안의 조건을 일정하게 변화시키는 것과 달리, 관류법은 정상 상태 (steady state)에서 배양을 달성하고 그리고 유지시키는 수단을 제공한다.
정상적 배치 배양 제조 방법에서, 세포는 우선 신선 매질에 접종되고 그리고 세포는 빠르게 로그 (log) 증대 단계로 진입한다. 그들이 매질 영양분을 소비하고 그리고 폐기물이 축점됨에 따라, 고정상으로의 세포 전이 후에 감쇠상이 일어난다. 수개의 방법이 배치 배양 제조를 최적화하기 위해 개발되는 동안 각각의 경우에, 이들 공정은 빠른 성장 및 감쇠 사이클을 겪는다. 그러나, 관류에서 배양에 의해 발생되는 폐기물이 지속적으로 제거되고 그리고 배양은 지속적으로 신선 매질로 보충하기 때문에 세포 농도 및 생산성이 유지되는 평형 상태를 달성하는 것이 가능하다. 통상적으로, 매일 약 1의 배양 부피가 교환되고 그리고 관류에서 얻는 세포 농도는 통상적으로 배치 배양의 정점에서 얻는 것보다 2 내지 10배 이상이다.
생물학적 유체용 여과 시스템은 이전에 본 분야에 기재되었다. 외부 여과 관류 시스템의 하나의 유형은 예를 들어 미국 특허 제6,544,424호에 기재되고, 이것은 참고 문헌으로 본 명세서에 통합된다. 유체 여과 시스템은 격막 펌프에 연결되는 필터 함유 구획에 연결된 유체 저장 용기를 포함한다. 격막 펌프는 선택적으로 유체를 필터를 통해 용기에서 흡입하고 그리고 유체를 필터의 농축물 단부를 통하여 용기로 다시 배출한다. 그렇게 함으로써, 시스템은 필터 요소를 통해 유체의 교대 접선 흐름을 형성한다.
상기 시스템의 주요 결점은 격막 펌프가 손상되기 쉽고 그리고 종종 공정 동안 파손될 수 있는 구동부를 함유하는 것이다. 격막이 파손되면, 여과 시스템은 더 이상 차단되지 않고 그리고 오염되기 쉽다. 그러므로 여과 방법은, 예를 들어 생물 약제학적 제제 제조 공정의 경우 높은 비용을 가져오고, 중지되어야 한다. 실제로, 생물약제학적 분자의 제조 방법은 때때로 수일에서 최대 수주까지 걸리기 때문에, 공정 가동 (process run) 동안 펌프의 파손은 제조 시설에서 고비용과 긴 고장 시간을 일으킬 수 있다. 새로운 공정을 운영하는데 최대 수일이 걸린다. 이들 관류 배양은 제조 방법의 최종 단계에서 수행되고, 이것은 이러한 과실로 인해 많은 시간과 돈이 납비되는 것을 의미한다. 보통 관류 단계에 도달하기 전에 3주 내지 5주가 걸린다. 포함 비용은 쉽게 100,000 유로 이상으로 증가될 수 있다.
두번째 결점은 미국 제6,544,424호에 기재된 격막 펌프가 보통 고무 또는 실리콘으로 구성된 격막을 함유하는 스테인리스 스틸 재킷 (jacket)을 포함한다는 것이다. 각각의 작동 전에, 상기 격막 펌프의 요소는 세척, 조립 및 살균되어야 한다. 이에 더하여, 시스템이 약제학적 제품의 제조에 사용될 때, 상기 세척 및 살균 절차는 검증되어야만 한다. 상기 검증은 긴 절차와 시험 운행을 의미하고, 이것은 매우 고가이고 시간 소모적이다.
현재 사용되는 시스템의 세번째 결점은 센서가 제품과 접촉하고 그리고 센서가 공정 동안 대체될 수 없는 관혈식 센서 (invasive sesor) 기술을 사용하는 것이다.
본 발명은 이들 결점을 덜 가지거나 또는 제거하는, 개선된 유체 여과 시스템을 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 교대 공압 세포 분리기 (PACS)로 불릴 수 있는 신규 여과 시스템, 상기 시스템을 구축하는데 사용될 수 있는 조립품 또는 부품 키트 형태의 유용한 성분, 그리고 유체를 여과하기 위한 시스템, 예를 들어 세포 배양 관류 시스템에서의 용도를 제공한다. 본 발명은, 기체 흐름 제어기에 연결되어 있는 팽창 챔버에 배출 단부가 연결되어 있는 필터 함유 구획의 입구 단부에 연결된 용기를 포함하는 여과 시스템을 제공한다. 상기 기체 흐름 제어기는 교대로 정압과 부압을 팽창 챔버로 제공하여 저장 용기에 함유된 유체가 교대로 필터 요소를 통해 팽창 챔버로 흡입되고 그리고 필터를 통해 팽창 챔버로부터 용기로 다시 배출되게 한다. 그렇게 함으로써, 본 시스템은 필터 요소를 통해 유체의 교대 접선 흐름을 형성한다. 상기 유체는 유체 채취 포트 (harvest port)를 통해 회수 컨테이너로 더욱 유도될 수 있다. 시스템은 빠르고 낮은 전단, 접선 흐름 여과를 수행하는 데 유용하다. 상기 시스템은 배양 동물 세포뿐만 아니라 다른 다양한 여과 발명의 관류에 적용된다.
본 발명의 시스템은 몇개의 결점 없이 접선 흐름 여과의 이점을 제공한다. 명백해짐과 같이, 본 분야의 다른 시스템에 의해 제공되지 않는 몇개의 이점은 구동부의 부재를 포함하고, 이것은 유사한 시스템에서 교대 액체 흐름을 위해 제공될 것이 요구된다. 실제로, 본 분야에 알려진 특정한 시스템은 교대로 필터 함유 구획을 통해 용기에서 유체를 흡입하고 그리고 필터의 농축물 단부를 통해 유체를 용기로 다시 배출하는 격막 펌프를 포함한다. 손상되기 쉬운 고무 막인 상기 격막은 광범위하게 사용될 때 쉽게 파열될 수 있다.
본 발명의 시스템은 쉽게 파손될 수 있는 격막 펌프를 필요로 하지 않고, 시스템의 광범위한 사용으로 인해 손상되기 쉬운 어느 구동부도 필요로 하지 않는다. 본 발명의 시스템은 두개 이상의 구멍 (opening)을 가지는 팽창 챔버를 포함하고, 이것은 한쪽 면 (첫번째 구멍)에서 액체가 상기 구획에서 챔버로 진입하게 하는 필터 함유 구획의 배출 단부에 연결되고 그리고 다른쪽 면 (두번째 구멍)에서 교대로 정압과 부압을 팽창 챔버에 제공하는 기체 흐름 제어기에 연결되고 그에 의해 필터 함유 구획의 배출 단부에서 유체를 흡입하고 그리고 필터 함유 구획의 배출 단부에서 유체를 다시 배출한다.
본 명세서에, 본 시스템의 팽창 챔버는 분리 수단 없이 직접 기체-액체 인터페이스를 포함하고, 상기 인터페이스는 기체 흐름 제어기에 의해 제공되는 기체상과 직접 접촉하는 시스템에 함유된 액체에 의해 형성된다. 본 발명의 팽창 챔버는 챔버의 첫번째와 두번째 구멍 사이에 어느 분리 수단을 함유하지 않는다. 팽창 챔버는 하나 이상의 룸 (room) 또는 공간을 포함하고 그리고 두개 이상의 구획으로 분리되지 않는다. 격막 또는 어느 다른 구동부와 같은 분리 수단의 부재는 시스템의 수명을 증가시키고 그리고 공정 사이클의 조기 중지의 위험을 최소화한다.
이에 더하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 여과 시스템은 고가의 세척과 살균 검증을 요구하지 않는다. 대신에 상기 구현예에서 그것은 미리 살균되고 그리고 사용 준비된 일회용 요소를 포함한다. 이것은 검증 비용과 조립 시간을 고려하여 큰 이점을 제공한다.
더욱 바람직한 구현예에서, 본 시스템의 세번째 뚜렷한 이점은 비관혈식 센서를 사용하는 것이다. 본 발명에 따른 여과 시스템은 제품과 접촉하지 않고 그리고 -공정 중- 파손되었을 때 대체될 수 있는 센서를 필요로 한다. 이것은 공정 운영의 전체 기간 동안 더욱 제어된 공정 환경을 허용한다.
본 발명은 다음을 포함하는 유체 여과 시스템을 제공한다:
a) 하나 이상의 유체 저장 용기;
b) 하나 이상의 필터 함유 구획;
c) 저장 용기를 필터 함유 구획의 입구 단부에 연결시키는 하나 이상의 유체 전달 라인으로, 이것은 유체를 저장 용기에서 필터 함유 구획의 입구 단부로 이동시킬 수 있고;
d) 두개 이상의 구멍을 가지는 하나 이상의 팽창 챔버로, 여기서 첫번째 구멍은 필터 함유 구획의 배출 단부에 연결되고 그리고 두번째 구멍은 기체 흐름 제어기에 연결되고, 그리고 팽창 챔버는 첫번째와 두번째 구멍 사이에 분리 수단을 함유하지 않고;
e) 팽창 챔버에 교대로 정압과 부압을 제공하는 하나 이상의 기체 흐름 제어기;
f) 필터 함유 구획에서 여과된 유체를 제거시키기 위한, 필터 함유 구획에 연결되어 있는 하나 이상의 유체 채취 포트.
하나의 구현예에서 팽창 챔버는 기체 라인에 의해 기체 흐름 제어기에 연결된다. 하나의 구현예에서 상기 기체 라인은 팽창 챔버와 기체 흐름 제어기 사이에 살균 필터를 포함한다. 하나의 구현예에서 상기 살균 필터는 히터가 제공된다.
본 발명의 하나의 구현예에서, 유체 저장 용기는 생물 반응 장치 (bioreactor)다.
하나의 구현예에서 필터 함유 구획은 중공 섬유 필터를 함유한다. 또 다른 구현예에서 필터 함유 구획은 스크린 필터를 함유한다.
그러나 또 다른 구현예에서 본 발명에 따른 유체 여과 시스템은 팽창 챔버의 표면 위에 장착된 하나 이상의 레벨 센서를 포함한다.
바람직한 구현예에서 유체 여과 시스템은 팽창 챔버 위 또는 안에 장착된 하나 이상의 레벨 센서를 포함하고, 바람직하기는 여기서 두개 이상의 레벨 센서는 팽창 챔버 위 또는 안에 장착되고, 그리고 바람직하기는 레벨 센서 또는 레벨 센서들은 팽창 챔버의 표면 (즉 바깥쪽) 위에 장착된다.
하나의 구현예에서, 상기 레벨 센서는 팽창 챔버의 최소 및 최대 유체 레벨을 측정할 수 있고, 그리고 기능적으로 기체 흐름 제어기에 연결된다.
하나의 구현예에서 본 발명에 따른 유체 여과 시스템은 교대로 필터 함유 구획을 통해 시스템의 유체를 저장 용기에서 팽창 챔버로 흡입시키고, 그리고 필터 함유 구획을 통해 상기 팽창 챔버에서 다시 저장 용기로 유체를 배출할 수 있다. 유체 흡입은 팽창 챔버에 부압을 적용함에 의해 수행되고 그리고 유체 배출은 팽창 챔버에 정압을 적용함에 의해 수행된다.
바람직하기는, 상기 부압은 팽창 챔버에 진공을 형성시킴에 의해 얻고 그리고 정압은 팽창 챔버에 기체, 예를 들어 압축 공기를 주입함에 의해 얻는다.
하나의 바람직한 구현예에서 본 발명에 따른 유체 여과 시스템은 다음을 포함한다. a) 하나 이상의 유체 저장 용기;
b) 하나 이상의 필터 함유 구획; 여기서 필터는 축 (axes)이 길이방향으로 필터 함유 구획의 입구 단부에서 배출 단부까지 연장된 다수의 다발 중공 섬유를 포함하고;
c) 그것의 하나의 단부가 저장 용기에 연결되고, 그리고 그것의 또다른 단부가 필터 함유 구획의 입구 단부에 부착되는 유체 전달 라인으로, 유체 전달 라인은 유체를 저장 용기에서 필터 함유 구획의 입구 단부로 이동시킬 수 있고;
d) 필터 함유 구획의 농축물 배출 단부에 연결되는 하나 이상의 팽창 챔버로; 팽창 챔버는 교대로 필터 함유 구획의 농축물 배출 단부에서 유체를 흡입하고 그리고 필터 함유 구획의 농축물 배출 단부로 다시 유체를 배출할 수 있고; 상기 팽창 챔버는 교대로 부압과 정압을 팽창 챔버에 적용하고 그리고 그에 의해 팽창 챔버에 분리 수단 없이 직접 기체-액체 인터페이스를 형성할 수 있고; 그리고
e) 필터 함유 구획의 투과 (permeate) 배출 단부에서 여과된 유체를 제거시키기 위한, 필터 함유 구획에 연결된 하나 이상의 유체 채취 포트로, 상기 채취 포트는 선택적으로 투과 라인을 통하여 유체 펌프에 연결된다.
특정한 구현예에서, 필터 함유 구획 및/또는 팽창 챔버는 일회용이고, 즉 일회용 재료로 구성되고, 그리고 더욱 바람직한 구현예에서 또한 유체 저장 용기 및/또는 유체 전달 라인은 일회용이다. 바람직하기는, 완전한 유체 여과 시스템은 일회용이다.
본 발명의 또 다른 면은 한쪽 면 위에서 필터 함유 구획에 그리고 다른 쪽 면 위에서 에어 필터에 결합된 팽창 챔버를 포함하는 조립품에 관한 것이다. 바람직하기는, 상기 조립품은 기능적으로 팽창 챔버에 정압과 부압을 제공할 수 있는 기체 라인에 결합할 수 있다. 바람직하기는 결합된 성분은 배타적으로 일회용 재료를 포함한다.
본 발명의 또 다른 면은 팽창 챔버, 필터 함유 구획과 에어 필터를 포함하는 부품 키트에 관한 것이고, 본 명세서에 기재된 바와 같이 조립품을 제공한다.
본 발명은 또한 a) 하나 이상의 유체 저장 용기; 하나 이상의 필터 함유 구획; 저장 용기를 필터 함유 구획의 입구 단부에 연결시키고, 유체를 저장 용기에서 필터 함유 구획의 입구 단부로 이송할 수 있는 유체 전달 라인;
한쪽면 위에서 상기 구획의 액체를 챔버에 진입시키는 필터 함유 구획의 배출 단부에 그리고 다른쪽 면 위에서 팽창 챔버에 교대로 정압과 부압을 제공하고 그에 의해 필터 함유 구획의 배출 단부에서 유체를 흡입하고 그리고 필터 함유 구획의 배출 단부로 다시 유체를 배출하여, 팽창 챔버에 분리 수단 없이 직접 기체-액체 인터페이스를 형성하는 기체 흐름 제어기가 연결되는 하나 이상의 팽창 챔버;
그리고 필터 함유 구획에서 여과 유체를 제거시키는 필터 함유 구획에 연결되는 하나 이상의 투과 포트를 포함하는 유체 여과 시스템을 제공하는 단계;
b) 팽창 챔버에 부압을 적용시켜 유체를 필터 함유 구획을 통해 저장 용기에서 팽창 챔버로 흐르게 하여 유체를 여과시키는 단계;
c) 팽창 챔버에 정압을 적용시켜 유체의 하나 이상의 부분이 팽창 챔버로부터 필터를 통하여 저장 용기로 다시 흐르게 하여 유체를 재여과시키는 단계; d) 선택적으로 단계 b와 c를 반복하는 단계; 그리고
e) 여과 유체를 여과 시스템에서 제거하는 단계를 포함하는, 유체 여과 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 유체 여과 방법을 제공하고, 여기서 방법은 본 발명에 따른 유체 여과 시스템을 사용해 수행된다.
상기 방법의 바람직한 구현예에서, 필터 함유 구획 및/또는 팽창 챔버는 일회용이다. 바람직하기는 필터 함유 구획, 팽창 챔버, 유체 저장 용기 및 유체 전달 라인은 일회용이다.
또 다른 구현예에서, 공정 동안 정압과 부압은 팽창 챔버에서 유체 레벨을 측정하는 레벨 센서에 의해 조절된다. 상기 레벨 센서는 바람직하기는 팽창 챔버 위에 설치된다.
도 1은 필터 구획의 아래면 부분에 연결된 용기의 아래 면에서 채취 포트를 나타내는 본 발명에 따른 교대 접선 흐름 여과 시스템의 첫번째 구현예를 나타낸다.
도 2는 팽창 챔버, 필터 함유 구획 및 에어 필터를 포함하는 조립품을 나타낸다.
도 3은 PACS 시스템에 결합된 10L 생물 반응 장치에서의 세포 성장 곡선을 나타낸다.
도 4는 PACS 시스템에 결합된 10L 생물 반응 장치에서의 세포 성장 곡선을 나타낸다.
도 2는 팽창 챔버, 필터 함유 구획 및 에어 필터를 포함하는 조립품을 나타낸다.
도 3은 PACS 시스템에 결합된 10L 생물 반응 장치에서의 세포 성장 곡선을 나타낸다.
도 4는 PACS 시스템에 결합된 10L 생물 반응 장치에서의 세포 성장 곡선을 나타낸다.
본 발명은 일반적으로 하나 이상의 유체 저장 용기, 필터 함유 구획을 통해 용기에서 유체를 이송시키는 유체 전달 라인, 유체 연결기에 의하여 한쪽면 위에서 필터 함유 구획에 그리고 기체 라인에 의해 다른쪽 면 위에서 기체 흐름 제어기에 연결되는 하나 이상의 팽창 챔버, 그리고 필터 함유 구획으로부터 나오는 하나 이상의 유체 채취 포트를 포함하는 유체 여과 시스템에 관한 것이다. 상기 기체 흐름 제어기는 팽창 챔버에 교대로 진공 또는 압축 공기를 제공하여 필터 함유 구획을 통하여 유체를 교대 방향으로 나가게 한다. 여기에, 직접 기체-액체 인터페이스는 팽창 챔버에서 시스템의 유체와 기체 흐름 제어기에 의해 제공되는 압축 공기 사이에 형성된다. 액상과 기체상 사이의 분리 수단은, 예를 들어 필터 함유 구획의 안팎으로 유체를 배출하고 그리고 흡입하는 격막 펌프를 포함하는 본 분야에 알려진 시스템과 달리, 본 시스템에서는 요구되지 않는다. 본 발명에서 격막 펌프 또는 다른 구동부의 부재는, 격막 펌프 또는 구동부가 쉽게 파손될 수 있기 때문에, 시스템의 수명을 증가시키고 그리고 공정 사이클의 조기 중지의 위험을 최소화한다.
시스템은 동물 세포와 생체 분자와 같은 손상되기 쉬운 재료의 부드러운 처치를 제공한다. 균일 흐름이 전체 필터를 통해 발생할 수 있고, 여기서 빠르고 낮은 전단, 접선 흐름을 발생시키는 수단을 제공한다. 본 시스템은 배양 동물 세포와 관류뿐만 아니라 다양한 여과 적용에 적용된다. 중공 섬유 (HF) 유형 필터는 더 긴 작업 수명을 제공하고, 그리고 그들은 많은 크기, 배열, 재료, 공극 크기 및 다공성으로 이용가능하다.
더욱, 공정은 중공 섬유 필터의 사용으로 제한될 필요가 없다. 다른 분리 장치를 중공 섬유 하우징 (housing)에 삽입하는 것이 가능하다. 하나의 상기 장비는 스크린 모듈이고 분리 매트릭스 (matrix)와 같은 스크린 매시 (mash)를 포함한다. 모든 상기 분리 모듈은 전체적으로, 필터 요소 또는 간단히 필터로 나타낼 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 유체 여과 시스템이 나타난다. 처리 용기 또는 액체 저장 용기 (1)는 유체 전달 라인 (4)을 통하여 필터 함유 구획 (6)에 연결된다. 용기 (1)는 여과될 유체의 어느 적합한 컨테이너일 수 있다. 예를 들어, 생물 반응 장치, 발효기 또는 비배타적으로 통, 배럴, 탱크, 병, 플라스크, 컨테이너, 그리고 액체를 함유할 수 있는 것 등을 포함하는 어느 다른 용기일 수 있다. 용기는 극저 밀도 폴리 에틸렌 (ULDPE), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), CX5-14 필름과 같은 다층재, 폴리에스테르, 타이 (tie) 장벽층, 에틸 비닐 알코올 (EVOH), 타이 장벽층 및 폴레에스테르 탄성중합체 (PE) 또는 PET, PA, EVOH 및 ULDPE를 함유하는 다층재, 스테인리스 강철, 유리 등과 같은 금속과 같은 어느 적절한 재료로 구성될 수 있다.
또한 연결기, 또는 유체 연결기로 불리는 유체 전달 라인 (4)이 저장 용기 (1)에서 필터 함유 구획 (6)의 입구 단부 (7)로 유체 (이것은 여과될 것이고, 그러므로 분체, 예를 들어 세포를 함유할 수 있지만, 간결하게 하기 위해 본 명세서에 "유체"로 불림)를 이송시키는 작용을 한다. 유체 전달 라인 (4)은 유동 유체가 용기 (1)의 안팎으로 흐르기에 적합하고 접합부 (joint)에 연결되어 결과적으로 필터 함유 구획 (6)의 입구 단부 (7)에 연결되는 용기 포트를 포함할 수 있다. 적절한 포트는 비배타적으로 압축, 표준 Ingold 또는 위생 유형 설비와 같은 본 분야에 알려진 어느 위생, 누수가 없는 설비를 포함한다. 적절한 접합부는 비배타적으로 파이프, 튜브, 호스, 중공 접합 조립품 등을 포함한다. 접합부는 용기와 공정의 배열 및 요건에 근거하여 한 시스템에서 또 다른 시스템으로 다를 수 있다. 바람직한 구현예에서, 유체 전달 라인 (4)은 실리콘 고무, C-플렉스, 바이오프렌 또는 예를 들어 GE 의료사의 Readymate 연결기, 또는 Pall사의 Kleenpack 살균 연결기와 같은 건식-대-건식 무균성 연결기와 같은 튜브 연결기를 통하여 필터 함유 구획 (6)의 입구 단부 (7)에 연결된다. 유체 전달 라인 (4)은 또한 밸브 및 트라이클램프 위생 설비 등과 같은 적절한 클램프에 의하여 용기 (1)와 필터 함유 구획 (6)에 연결될 수 있다. 이것은 다른 적절한 연결기기의 사용을 막지 않는다.
하나의 구현예에서 유체 여과 시스템은 유체 저장 용기 (1)와 필터 함유 구획 (6) 사이에 연결된, 유체 전달 라인과 같은 배관 (tubing)을 포함한다.
하나의 구현예에서 상기 유체 전달 라인 (4)은 그것의 하나의 단부가 밸브에 의해 저장 용기에 연결되고, 그리고 그것의 또 다른 단부는 밸브에 의해 필터 함유 구획 (6)의 입구 단부 (7)에 부착된다.
필터 함유 구획 (6)은 바람직하기는 입구 단부 (7) 및 배출 단부 또는 농축물 단부 (9)를 가진다. 명칭 농축물 단부는 필터의 여과되고 그리고 루멘 내에 남아있는, 막의 다른쪽 면에 필터의 포어 (pore)를 통과하지 않는 유체 (이것은 농축물로 불린다)(가능한 분체)가 이 단부를 통과할 수 있는 것을 의미한다. 필터의 포어를 통해 통과하는 재료는 투과액 또는 또한 여과액이라 불리고, 그러므로 투과 포트 (10) 또는 유체 채취 포트로 나타낸 필터 구획의 또 다른 가능한 배출 단부가 필터 함유 구획에 제공될 수 있고, 투과 포트는 접선 유체 흐름이 회복되거나 채취되게 할 수 있다. 특정한 구현예에서 유체 여과 시스템은 추가로 투과 포트 (10)에 연결된 하나 이상의 투과 펌프 (12) 또는 여과 펌프를 포함한다. 필터 함유 구획의 입구 단부 (7)는 유체 전달 라인 (4)에 연결된다. 필터 함유 구획 (6)의 농축물 배출 단부 (9)는 팽창 챔버 (17)에 연결된다. 필터 함유 구획 (6)은 팽창 챔버 (7)에 연결된다. 필터 함유 구획 (6)은 적절한 연결기에 의해, 또는 예를 들어 유체 전달 라인 (14)의 중간체를 통해 (도 1에 나타낸 바와 같이) 팽창 챔버 (17)에 연결된다. 하나의 구현예에서 배출 단부 (9)는 직접적으로 건식-대-건식 무균성 연결기기, 예를 들어 GE 의료사의 Readymate 연결기, 그리고 클램프 (도시하지 않음)에 의해 팽창 챔버에 연결된다. 또 다른 구현예에서, 배출 단부 (9)는 유체 전달 라인 (14)에 의해 팽창 챔버 (17)에 연결된다. 바람직하기는 상기 유체 전달 라인 (14)은 튜브 조립품 형태로 있지만 다른 유형의 연결기 또한 적합하다. 상기 튜브 조립품은 예를 들어 건식-대-건식 무균성 연결기, 예를 들어 GE 의료사의 Readymate 연결기와 같은 필터 함유 구획과 팽창 챔버를 연결시키는 적절한 연결기 수단을 포함해야 한다. 이것은 다른 적절한 연결기의 사용을 방해하지 않는다.
필터 함유 구획 (6)으로 적절한 재료는 비배타적으로 폴리설폰, 금속 또는 유리와 같은 가소제를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 감마 살균에 적합하고 그리고 바람직하기는 일회용 재료 (즉 일반적으로 한번 사용)로 흔히 사용되는 재료가 적절한 재료다. 당업자는 어떤 재료가 흔히 사용되고 그리고 본 발명에 적합한지 인지한다. 더욱 바람직하기는, 필터 함유 구획은 일회용 재료로 제조되고, 그리고 바람직한 예는 폴리설폰을 포함한다. 필터 함유 구획 (6)은 필터 (8)를 포함한다. 적절한 필터 요소는 비배타적으로 중공 섬유 필터, 스크린 필터 등을 포함한다. 가장 바람직하기는, 필터 요소는 스크랜 매시로 이루어진 중공 섬유 필터 또는 필터들이다. 적절한 중공 섬유 여과 막 또는 스크린 필터는 흔히 다양한 회사 제품, 예를 들어 GE 의료사 또는 WaterSep사의 바로 처리가능한 (ready to process) 중공 섬유; Spectrum사의 Krosflo 중공 섬유, Pall사의 Microza 중공 섬유가 이용가능하다. 특정한 바람직한 구현예에서, 필터는 길이방향으로 필터 함유 구획 (6)의 입구 단부 (7)에서 배출 단부 (9)까지 위치하고, 이것은 필터를 따라 유체의 접선 흐름을 가능하게 한다. 필터가 중공 섬유 필터일 때, 중공 섬유의 축은 바람직하기는 필터 함유 구획 (6)의 입구 단부 (7)에서 배출 단부 (9)까지 길이방향으로 연장한다.
팽창 챔버 (17)는 한쪽 면 위에서 필터 함유 구획 (6)의 배출 단부 (9)에 그리고 다른쪽 면 위에서 기체 흐름 제어기 (28)에 연결된다. 팽창 챔버 (17)는 필터 (8)를 통해 용기의 유체를 팽창 챔버 (17)로 흡입시키고 그리고 수용하고 그리고 선택적으로 필터 (8)를 통해 유체를 팽창 챔버 (17)에서 용기 (1)로 다시 배출할 수 있다. 이런 식으로, 유체의 교대 접선 흐름은 필터 (8)를 통해 발생한다. 상기 접선 흐름은 유체 채취 포트 (10)를 통해 투과 라인 (11)으로 채취될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 상기 투과 라인 (11)은 접선 흐름을 조절하는 투과 펌프 (12)를 포함한다.
필터 (8)는 중공 섬유 필터, 매시 필터 등일 수 있다. 필터 (8)가 중공 섬유 필터인 경우, 두개의 단부, 필터 (8)의 입구 단부와 배출 단부는 필터 함유 구획 (6)의 하우징 벽에 대해 밀봉되어 필터의 농축물 면과 투과 (여과된) 면의 혼합을 방지한다. 섬유의 농축물 면은 중공 섬유의 루멘 면이고 그리고 투과 (또는 여과액) 면은 중공 섬유의 쉘 면이다. 이와 같은 누수가 없는 밀봉은 본 분야에 알려진 많은 방법에 의해 형성될 수 있고, O 링, 개스킷 또는 필터의 각각의 단부의 상황과 하우징의 내부 벽 사이에 관통할 수 없는 장벽을 형성하는 다른 수단을 포함한다. 팽창 챔버 (17)과 용기 (1) 사이의 농축물의 교대 흐름은 필터 함유 구획 (6)중의 필터 (8)의 루멘 면을 통한다.
팽창 챔버 (17)는 첫번째 구멍으로 명명된 입구 단부를 가지고, 그것을 통해 유체가 필터 함유 구획 (6)의 배출 단부 (9)로부터 흐른다. 또한 두번째 구멍 (24)으로 명명되는 팽창 챔버의 배출 단부는 기체 라인 (22)에 의해 기체 흐름 제어기 (28)에 작동가능하게 연결된다. 바람직한 구현예에서 상기 기체 라인 (22)은 가역적 흡입/배출 라인이다. 다른 구현예에서, 분리된 흡입과 배출 기체 라인이 제공된다 (도시하지 않음). 유체 저장 용기 (1) 및 필터 함유 구획 (6)에 함유된 유체는 교대로 팽창 챔버 (17)로 흡입되고 그리고 그것으로부터 배출된다. 유체의 앞뒤 이동은 교대로 충분한 정압 및 부압을 팽창 챔버에 적용함에 의해 활성화된다. 필터 함유 구획 (6)의 압력보다 더 높은 압력으로 정의되는 상기 정압은 바람직하기는 기체 라인 (22)를 통해 압축 공기와 같은 기체를 제공함에 의해 얻는다. 필터 함유 구획 (6)의 압력보다 더 낮은 압력으로 정의되는 부압은 바람직하기는 낮은 압력 (under-pressure) 또는 진공을 팽창 챔버에 적용함에 의해 얻는다. 정압 및 부압은 당업자에게 잘 알려진 수단 및 방법을 사용하여 적용될 수 있고, 그리고 상기 수단 및 방법은 추가로 본 명세서에 설명될 필요가 없다.
팽창 챔버 (17)는 예를 들어 실린더, 사각형, 또는 원형 (제한되지 않음)과 같은 어느 유형의 모양을 가지는 어느 유형의 컨테이너일 수 있다. 특정한 구현예에서, 상기 챔버는 실린더 모양을 가진다. 본 발명에 따른 팽창 챔버는 첫번째 구멍과 두번째 구멍 사이에 격막 또는 어느 다른 구동부 또는 물리적 장벽과 같은 분리 수단을 함유하지 않는다. 팽창 챔버는 하나의 룸만 포함하고 그리고 두개 이상의 구획으로 분리되지 않는다. 작업에서, 팽창 챔버는 분리 수단 없이 직접 기체-액체 인터페이스를 포함하고, 이것은 기체 흐름 제어기에 의해 제공된 기체 상과 직접 접촉하는 시스템에 함유된 액체에 의해 형성된다.
용기는 용기에서 제공하는 액체와 기체 라인 (22)을 통해 기체 흐름 제어기에서 제공하는 기체를 모두 함유하는 데 적합해야 한다. 팽창 챔버에 적합한 재료는 비배타적으로 폴리설폰과 같은 가소제를 포함한다. 선택적으로 챔버는 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 구성된다. 바람직한 구현예에서, 감마 살균에 적합한 재료가 적절한 재료로 사용된다. 추가 바람직한 구현예에서, 흔히 단일 사용 재료로 사용되는 재료가 적절한 재료로 사용된다. 추가 바람직한 구현예에서, 감마 살균에 적합하고 그리고 흔히 단일 사용 재료로 사용되는 재료가 적절한 재료로 사용된다. 당업자는 어떤 재료가 흔히 사용되고 그리고 본 발명에 적합한지 인지한다. 단일 사용 재료는 명칭이 나타내듯이 일반적으로 한번의 사용에 적합하다. 보통 그들은 한번 살균되고, 순차적으로 사용되고 그리고 버려진다. 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 종래의 재료와 반대로, 반복적으로 세척, 조립 및 살균되는 것이 요구되지 않는다. 단일 사용 재료로 제조되는 성분의 사용은 또한 제약 산업에서 일회용품이라 불리고, 상기 성분의 세척, 조립 및 살균 방법의 매우 고가의 검증을 수행하지 않는 이점을 제공한다. 일회용 시스템은 일반적으로 덜 비싸고 그리고 소비된 시스템은 심지어 공정 중에 미사용 시스템에 의해 쉽게 대체될 수 있다.
팽창 챔버 (17)는 챔버에서 액체 레벨을 예측하도록 바람직하기는 투명재로 최소한 부분적으로 (예를 들어 "윈도우(window)"를 포함) 또는 실질적으로 전체로 제조된다. 챔버에 흡입되는 액체는 바람직하기는 컨테이너 내에서 특정 최대 레벨을 초과해서는 안된다. 상기 최대 액체 레벨은 용기의 표면 위에 설치된, 도 1에 나타낸 바와 같이, 레벨 센서 (24)로 측정된다. 상기 레벨 센서 (24)는 "레벨 센서 high high" (LSHH)로 명명된다. 도 1에 나타낸 바와 같이 바람직한 구현예에서, 컨테이너는 선택적으로 그것의 표면 위에 두개의 레벨: 레벨 센서 LOW (LSL) 및 레벨 센서 하이 (LSH)가 표시되고, 이것은 레벨 선세 로우 (25) 및 레벨 센서 하이 (26)에 의해 측정된다. 바람직한 구현예에서, 여과 공정동안액체 레벨은 대략 상기 LSL 및 LSH 사이에서 정상적으로 변동해야 한다. 팽창 챔버 (17)에서 배출될 때, 액체는 바람직하기는 대략 LSL 레벨 아래로 떨어져서는 안 된다. 팽창 챔버 (17)로 유체 저장 용기 (1)에서 흡입될 때, 액체는 바람직하기는 대략 LSH 레벨보다 높아져서는 안된다.
바람직한 구현예에서, 팽창 챔버 (17)는 바람직하기는 팽창 챔버의 표면 위에 설치되는 두개의 레벨 센서가 추가로 제공되고, 이것은 팽창 챔버 (17)에서 유체 레벨을 측정하고 그리고 기체 흐름 제어기 (28)에 피드백을 제공하여, 결과적으로 팽창 챔버에 교대 정압 및 부압 사이클을 활성화시킨다. 레벨 센서는 선택적으로 팽창 챔버 (17) 안에 있을 수 있지만, 표면 위에 (즉 팽창 챔버의 외부 면 위) 설치하는 것이 바람직한데, 이는 그 후 (내부에 있고 그리고 팽창 챔버의 내부 면에 접촉할 수 있는) 여과 유체와의 접촉을 피할 수 있기 때문이다. 상기와 같은 레벨 센서는 분야에 알려져 있고 그리고 팽창 챔버의 유체 레벨을 측정하기 위해 다양한 매개변수 예를 들어 광산란에 근거한 Wenglor사의 K1R87xXT2, 또는 용량 측정에 근거한 Aquasant Messtechnik사의 센서를 사용할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 마이크로파 방출기, 예를 들어 Vega사의 Vegamip가 레벨 감지기로 사용된다. 상기 센서는 매질 표면 위에 발포체의 존재 하에 특히 정확하다.
팽창 챔버 (17)의 배출 단부 (18)는 기체 라인 (22)에 연결되고, 이것은 결국 기체 흐름 제어기 (28)에 연결된다. 바람직하기는, 기체 라인 (22)은 살균 필터 (21)를 포함하여 팽창 챔버로 살균 기체, 예를 들어 압축 공기를 제공할 수 있다. 여기서, 팽창 챔버의 액상 오염 위험은 최소화된다. 바람직한 구현예에서 상기 살균 필터 (21)는 바람직하기는 히터가 제공된 에어 필터로, 팽창 챔버에서 발생되는 증기에 의한 습윤으로 인한 필터의 차폐 (blockage)를 방지할 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 기체 라인 (22)이 살균 필터 (21)를 포함할 때, 필터는 부가적인 기체 라인 (20)에 의하여 팽창 챔버 (17)에 추가로 연결된다.
기체 흐름 제어기 (28)는 바람직하기는 가역적 흡입/배출 라인인 기체 라인 (22)을 통해 정압 및 부압을 제공한다. 정압은 예를 들어 직접적으로, 예를 들어 압축 공기 공급을 통하여 발생할 수 있다. 부압은 제어기, 예를 들어 진공을 형성함에 의해 발생된다. 진공은 진공 펌프 또는 예를 들어 진공 이젝터에 의해 발생할 수 있다. 진공 이젝터는 수렴-발산 노즐의 벤튜리 (Ventury) 효과를 사용하여 구동 유체의 압력 에너지를 속오 에너지로 변환시켜 흡입 유체를 흡입하고 그리고 배출하는 낮은 압력 구역을 형성하는 펌프-형 장비이다. 이젝터의 스로트 (throat)를 통과한 후에, 혼합 유체는 팽창되고 그리고 속도가 감소되어, 속도 에너지를 압력 에너지로 변환함에 의해 혼합 유체를 재압축시킨다. 구동 유체는 액체, 증기 또는 어느 다른 기체일 수 있다. 배출된 흡입 유체는 기체, 액체, 슬러리, 또는 먼지투성이의 기체 증기일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 기체 흐름 제어기는 별개의 진공 공급기를 요구하지 않는다. 진공 이젝터에 선택적으로, 팽창 챔버 (17)에 가압을 형성하는 다른 공지의 수단 및 방법이 사용될 수 있다. 압축 공기 대신에, 다른 기체 또는 기체 혼합물 예를 들어, 질소, 질소/산소 또는 질소/산소/탄소 이산화물 혼합물 등이 사용될 수 있다.
여과 과정 동안, 유체 저장 용기 (1)에 함유된 액체는 필터 (8)를 통하여 용기 (1)에서 팽창 챔버로 흡입되고 그리고 선택적으로 용기 (1)로 다시 배출된다. 액체가 용기 (1)로 흡입될 때, 부압은 레벨 센서 LSH (26)이 반응할 때까지, 즉 액체가 팽창 챔버 (17)로 흡입되고 그리고 챔버 (17)의 레벨이 상한 (LSH)에 도달할 때까지 적용된다. 이것은 정압이 적용되도록 스위치를 작동시킨다. 그 다음 정압은 레벨 감지기 (25)가 반응할 때까지, 즉 액체가 팽창 챔버 (17)에서 추출되고 그리고 챔버 (17)의 액체 레벨이 하한 (LSH)에 도달할 때까지 적용된다. 이것은 부압이 다시 적용되게 한다. 결과적으로, 시스템의 유체는 투과 라인 (11)으로 접선 유체 흐름이 제공되도록 제어된 방식으로 필터 (8)을 통해 앞뒤로 흐른다.
상기 기체 흐름 제어기는 알려져있고 그리고 본 발명에 따라서, 당업자에 의해 알려진 상기 방법에 따라 사용될 수 있다. 기체 흐름 제어기 (28)는 팽창 챔버 (17)에 정압 및 부압을 제공한다. 특정한 구현예에서, 기체 흐름 제어기(28)는 기체 라인 (22)에서 압력을 감시 및/또는 조절하는 작용을 하는 압력 센서와 같은 압력 측정 장치 (32)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 기체 흐름 제어기는 투과 라인 (11)에 압력을 측정하는 작용을 하는 압력 측정 장비 (30)를 포함할 수 있다. 특정한 구현예에서, 기체 흐름 제어기 (28)는 공기 또는 다른 기체 공급기에 연결되고, 기체 흐름 제어기에 공기 또는 기체를 제공하고, 그로부터 압력이 압력 감소기 (46)로 감소될 수 있다. 흐름이 감소될 수 있는 기체는 추가로 정압을 제공하기 위해 기체 라인 (22)을 향해 압력 제어기 (44)와 제어 밸브 (40)를 통해서; 또는 선택적으로 기체 라인 (22)과 팽창 챔버 (17)로 부압을 제공하기 위해 압력 제어기 (42)와 진공 이젝터 (36)을 통해서 이송된다. 이에 더하여, 기체 흐름 제어기는 차단 밸브 (36)를 포함할 수 있고, 이것은 기능적으로 레벨 센서 (25, 26)와 접촉하고 그리고 팽창 챔버 (17)의 유체가 최대 레벨 (LSH)에 도달할 때 닫힌다. 기체 흐름 제어기 (28)는 추가로 전환 밸브 (34)를 포함하고, 이것은 레벨 센서 (25, 26)와 접촉하고 그리고 (필터 함유 구획의 압력보다 더 높은 압력을 가지는) 압축 공기 또는 진공 또는 (필터 함유 구획의 압력과 비교하여) 낮은 압력의 기체 라인 (22)에 적용 여부를 결정한다.
하나의 구현예에서, 팽창 챔버의 액체 레벨은 조명 스위치 또는 마이크로파 방출기와 같은 레벨 센서에 의해 조절된다. 상기 수개의 레벨 센서는 팽창 챔버를 따라 위치하고 그리고 팽창 챔버 앞에서 매질의 속도를 계산할 수 있다. 매질 속도는 지속적으로 LSL 수준 및 LSH 수준 사이에서 매질에 의해 소비된 시간 (△t)을 측정함에 의해 결정될 수 있다. 속도 변화는 중공 섬유 막이 거의 막히거나 또는 막힌 것을 나타낼 수 있다. 속도를 측정함에 의해, 자동적으로 정압 및 부압을 제어하고 그리고 매질 유동 비율을 조절하거나 또는 매질 흡입/ 배출 사이클을 조절하는 것이 가능하여 막힘의 신호를 나타내는 중공 섬유를 제거할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 팽창 챔버의 정압 및 부압은 입도 분포 및 세포 현탁물의 하중에 근거하여 조절될 수 있다. 입도 분포 및 하중은 입도, 예를 들어 Casy® 계수기에 의해 측정될 수 있다. 입도 분포 및 하중 산출량 값은 기체 흐름 제어기에 이송되어 정압 및 부압 사이클을 조절할 수 있다. 이 구현예는 세포 밀도에 중공 섬유 성능과 관련 있는 검정 곡선 (calibration curve)을 만드는 가능성을 허용하고 그리고 세포 밀도 투입량에 따른 자동 유동 제어를 할 수 있다.
이것은 중공 섬유가 막힘 표시를 나타내면 작동이 작업자에 의해 수동적으로 만 취해질 수 있는 현재 사용되는 여과 시스템에 비해 상당한 이점을 가진다. 따라서 본 발명에 따른 시스템은 자동적으로 그리고 사전에 작동한다.
모든 이들 제어 특징은 현재 존재하는 여과 시스템 (현재 상업적으로 이용가능하고 그리고 미국 제6,544,424호에 기재된 ATF 시스템과 같은)에 이용가능하지 않다. 사이클 횟수는 상기 시스템에서 조절되는 유일한 매개변수다. 사이클 시간은 직감에 근거하여 작업자에 의해 수동적으로 조정된다.
필터 함유 구획 (6)은 추가로 투과 포트 (10)를 제공하고, 이것은 접선 흐름이 회복되게 한다. 투과물은 투과 포트 (10)를 통하여 투과 라인 (11)으로 필터 함유 구획에서 나간다. 가장 바람직한 구현예에서, 투과 펌프 (12)는 투과 라인 (11)에 연결된다. 투과 펌프 (12)는 시스템에서 여과 유체 (투과액)의 제거를 조절하는 수단으로서 적절하고 그리고 체크 밸브로 작용하여 구획 (6)으로부터의 투과액의 비제한적 흐름을 조절한다. 투과 라인의 압력은 도 1에 나타낸 바와 같이 압력 센서 (30)에 의해 모니터될 수 있다.
본 발명의 하나의 구현예가 상세히 기재되는 반면, 많은 다른 변수가 고려된다. 예를 들어, 본 발명의 또 다른 구현예에서 스크린 매시 필터 모듈이 상기 중공 섬유 필터 모듈 대신에 사용될 수 있다. 본 발명에 적합한 스크린 필터는 예를 들어 미국 제6,544,424호에 기재되었다.
몇몇의 발명에서 상기 아래 면 구멍 이외의 구멍을 통하여 처리 용기 (1)를 관통하는 것이 바람직할 수 있다. 처리 용기 (1)의 헤드플레이트를 통한 최상부 관통 포트는 도시하지 않았다. 이러한 경우에 유체 전달 라인 (4), 필터 함유 구획(6), 팽창 챔버(17)를 포함하는 시스템 성분과 기체 흐름 제어기 (28) 사이의 관계는 동일하다. 그러나, 교반 접선 흐름을 발생시키는 것에 대해, 딥 튜브 (도시하지 않음)는 그 다음 처리 용기 (1)의 액체에 여과 시스템을 연결하는 데 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 여과 채취 (투과)는 유사하게 투과 라인 (11)으로 투과 포트 (10)를 통하여 필터 함유 구획 (6)에서 수집된다. 시스템에서 (투과 라인을 통하여) 제거되는 액체 부피는 액체를 용기로 펌프하기 위해 추가 펌프를 활성화시키는 레벨 통제 메커니즘에 의해 시스템으로 재저장될 수 있다.
본 발명의 다른 변화가 또한 가능하다. 예를 들어, 다수의 필터 함유 구획이 하나의 용기에 나란히 연결될 수 있다. 각각의 필터 함유 구획은 별개의 팽창 챔버에 연결될 수 있다. 다수의 필터 함유 구획은 평행한 구조로 배열되고 그리고 첫번째 필터는 막히면, 과정은 두번째 또는 세번째 필터 함유 구획으로 지속될 수 있다. 여기서 방법의 지속성이 보장된다.
본 발명의 하나의 추가 면은 도 2에 나타낸 바와 같이 조립품에 관한 것이고, 한쪽 면 위에서 필터 함유 구획에 (6) 및 다른쪽 면 위에서 에어 필터 (21)에 조립되는 팽창 챔버 (17)를 포함하고, 여기서 조립 성분은 바람직하기는 일회용품으로 구성되고, 그리고 바람직하기는 살균 (최소한 여과되는 유체와 접촉시키려는 내부 위)된다. 단일 사용 재료 (또는 일회용품)는 이전에 정의되고 그리고 당업자는 본 재료가 본 목적에 적합한지 인지한다.
상기 조립품의 팽창 챔버 (17)는 첫번째 구멍 (16)으로도 명명되는 입구 단부를 가지고, 이것은 필터 함유 구획 (6)의 배출 단부 또는 농축물 단부 (9)와 쌍을 이룬다. 두개의 성분은 도 2에 나타낸 바와 같이 직접적으로 서로 또는 중간체 튜브 조립품을 통하여 연결된다. 직접적으로 서로 연결될 때, 적절한 연결기는 예를 들어 건식-대-건식 무균성 연결기, 예를 들어 GE 의료사의 Readymate 연결기 또는 Pall사의 Kleenpack 연결기와 같은 것이다. 중간체 튜브 조립품이 사용될 때, 상기 튜브 조립품은 바람직하기는 실리콘, 바이오프렌, C-플랙스 등을 포함한다. 각각의 튜브 단부는 연결 수단을 포함하여 적절히 중간체 튜브 조립품 (14)을 필터 함유 구획 (6)과 팽창 챔버 (17)에 연결시킨다. 적절한 연결기는 예를 들어 건식-대-건식 무균 연결기, 예를 들어 Readymate 연결기 등과 같은 것일 수 있다.
또한 팽창 챔버의 두번째 구멍 (18)으로 불리는 배출 단부는 에어 필터 (21)에 연결된다. 두개의 성분은 도 2에 나타낸 바와 같이 직접적으로 서로 또는 중간체 튜브 조립품 (20)을 통하여 연결된다. 적절한 연결기은 팽창 챔버를 필터 함유 구획에 연결시키는 것들과 유사하다.
본 발명의 하나의 구현예에서, 조립품의 팽창 챔버는 첫번째와 두번째 구멍사이에 격막 또는 어느 다른 구동부 또는 물리적 장벽과 같은 분리 수단을 함유하지 않는다. 팽창 챔버는 하나의 룸만 포함하고 그리고 두개 이상의 구획으로 분리되지 않는다. 여기서, 팽창 챔버는, 상기 조립품에 빌트-인 (built-in)되고 그리고 본 발명에 따른 기체 흐름 미터 및 유체 저장 용기에 연결될 때, 시스템에 함유된 액체가 기체 흐름 제어기에 의해 제공되는 기체상과 직접 접촉함에 의해 형성되는, 분리 수단을 갖지 않은 직접 기체-액체 인터페이스를 포함한다.
하나의 구현예에서, 조립품은 바람직하기는 감마선 조사에 의해 살균되고 그리고 저장하기 위해 포장될 것이다. 미리 살균된 조립품은 유체 용기 및 기체 흐름 제어기에 살균적으로 연결되어 본 발명에 따른 접선 여과를 수행할 수 있다. 상기 조립품의 이점은 구동부를 함유하지 않고 그러므로 여과 공정 동안 시스템이 손상 또는 파손되기 쉽지 않다. 두번째 위치에서 미리 살균된 조립품은 연결된 후에 여과 공정을 바로 시작하게 한다. 고가의 세척 및 살균 검증 절차는 요구되지 않는다.
본 발명의 또 다른 면은 팽창 챔버의 첫번째 구멍 위에 필터 함유 구획을 결합시키는 단계 및 상기 팽창 챔버의 두번째 구멍 위에 에어 필터를 결합시키는 단계를 포함하는 상기와 같은 조립품의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 면은 필터 함유 구획, 팽창 챔버 및 살균 에어 필터를 포함하는 부품 키트에 관한 것이고, 이것은 본 명세서에 기재된 바와 같이 (도 2) 조립품을 제공하는 데 사용될 수 있다. 부품 키트의 성분은 바람직하기는 일회용이다. 부품 키트는 본 발명에 따른 접선 흐름 여과용 시스템에 매우 단단하고 비용 효과적인 조립품이 사용될 수 있게 한다.
본 발명의 시스템은 적절한 필터 요소와 함께 사용될 때 유체 또는 공정 매질을 여과, 농축, 청정 또는 그렇지 않으면 조절하는데 사용될 수 있다. 본 시스템은 또한 공정의 지속적인 모니터링 및 분석을 하면서 처리 용기에서 여과 증기를 추출하는 데 적합한 샘플러로서 사용될 수 있다. 용기와 필터 사이의 매질의 앞뒤 흐름은 이들 두개의 구획 사이의 공정 매질의 지속적 평형을 허용한다. 그러므로 특정한 구현예에서, 여과 증기는 용기 중의 내용물을 대표하는 것으로 고려될 수 있다.
본 발명의 시스템은 가장 바람직하기는 유체, 가장 바람직하기는 생물학적 유체를 여과하는데 사용된다. 생물학적 유체의 비배타적 예는 현탁액 배양물, 마이크로캐리어 기재 배양물, 혈액, 및 다른 유체 함유 동물, 미생물 또는 식물 세포를 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예가 생물학적 유체를 여과하는 것에 대해 기재하더라도, 본 발명이 다른 액체를 여과시키는 데 사용할 수 있는 것이 이해된다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 시스템은 예를 들어 WO 2008/006494에 기재된 재조합 단백질과 같은, 또는 WO 2010/060719에 기재된 바이러스와 같은 생물학적 제제의 제조에 사용될 수 있다. 상기 참고 문헌에 사용되는 여과 시스템은 PACS 시스템에 의해 대채될 수 있다.
실시예 1: 관류에서 세포 배양을 위한 PACS 시스템의 사용
PER. C6 세포를 Cultibag rocking 구동 시스템의 Permexcis® 매질에서 미리 배양시켰다. 그 후에 상기 세포를 접종을 위해 본 발명에 따른 PACS 시스템에 연결된 교반된 10L 생물 반응 장치로 운반하였다. PACS 시스템을 사용한 투과물 회수를 세포 밀도가 약 2 x 106 생존 세포/mL에 도달했을 때 시작하였다 (접종 2일 후). 관류 9일 후에, 세포 배양은 도 3에 나타낸 바와 같이 60x106 생존 세포/mL의 세포 밀도에 도달하였다. 실험은 PACS 시스템이 성공적으로 관류에서 세포를 성장시키는데 사용될 수 있는 것을 나타낸다.
실시예 2: 높은 세포 밀도에서 세포 배양 및 아데노바이러스 증식에 관한 PACS 시스템의 사용
PER.C6 세포를 해동시키고 작업량 10L에서 20L Wave 생물 반응 장치®에서 무혈청 매질에서 증식시켰다. 세포를 37℃에서 각각 0.18L/분의 CO2 및 20mL/분의 에어 오버레이를 사용해 증식시켰다. 세포수 측정을 매일 수행하였다. Wave 생물 반응 장치 ® 접종 4일 후에 백 희석을 수행하였다. 접종 7일 후 세포 현탁액을 0.57x106 전체 세포/mL의 세포 밀도로 PACS 시스템에 결합된 10L 교반 생물 반응 장치를 접종하는 데 사용하였다. 세포를 37℃, DO 40%, pH 7.3에서 10L 생물 반응 장치에서 증식시켰다. PACS 시스템을 생물 반응 장치의 접종 직후 시작하고, 관류의 접종을 약 2x106 생존 세포/mL의 세포 밀도에서 접종 2일 후 시작하였다. 관류 8일 후, 83.2x106 생존 세포/mL의 세포 밀도에 도달하였다. 세포 성장을 도 4에 나타내었다.
접종 후 10일에, 10L 생물 반응 장치에 함유된 현탁액을 40L 신선 매질을 함유한 50L 일회용 생물 반응 장치로 운반하였다. 이것은 접종에서 20.94x106 전체 세포/mL (90% 생존 능력, 그러므로 18.86x106 생존 세포/mL)의 세포 밀도를 가져온다.
그 후에 PACS 시스템에 연결된 50L 생물 반응 장치를 MOI 70 바이러스 입자/세포 (VP/세포)로 Ad35 아데노바이러스로 감염시키고 그리고 36℃, pH 7.3 및 DO 40%에서 배양하였다. PACS 시스템을 연속 40 시간동안 매일 2 용기 부피의 매질 재생 속도로 접종 후 5시간에 시작하였다. 접종 3일 후 50L 생물 반응 장치를 AEX-HPLC에 의한 바이러스 제조를 측정하기 위해 샘플화하였다. 세포에서 바이러스를 배출하기 위해 1mL 샘플을 100μL 10% 삼중양자 (트리톤) X-100와 혼합하였고 그리고 30분 동안 37℃에서 배양하였다. 배양 후 샘플을 2.42μL 벤조나제/MgCl2와 혼합하고 이어서 37℃에서 30분 동안 이후의 배양 단계를 거쳤다. 최종적으로 100μL 500% 수크로오스를 샘플에 첨가하였다. 2500g에서 5분동안의 원심 분리 단계 후에 샘플을 AEX-HPLC에 의해 분석하기까지 -65℃ 이하의 온도에서 저장하였다. AEX-HPLC 결과는 접종 3일 후에 2.08x1012VP/mL의 수율에 도달하는 것을 나타낸다.
이들 결과는 PACS 시스템을 매우 높은 세포 밀도, 80x106 생존 세포/mL 이상 까지에서 세포를 배양시키는 데 사용할 수 있는 것을 증명한다. 더욱, 이들 결과는 PACS 시스템이 높은 세포 밀도 배양으로 바이러스를 증식시키고 그리고 배치 방법과 비교했을 때 정량 수율을 약 10배 증가시키는 데 사용될 수 있는 것을 나타낸다.
Claims (21)
- 다음을 포함하는 유체 여과 시스템:
a) 하나 이상의 유체 저장 용기;
b) 하나 이상의 유체 함유 구획;
c) 유체를 저장 용기에서 필터 함유 구획의 입구 단부로 이동시킬 수 있는, 저장 용기를 필터 함유 구획의 입구 단부에 연결시키는 하나 이상의 유체 전달 라인;
d) 첫번째 구멍은 필터 함유 구획의 배출 단부에 연결되고 그리고 두번째 구멍은 기체 흐름 제어기에 연결되고 그리고 팽창 챔버는 첫번째와 두번째 구멍 사이에 분리 수단을 함유하지 않는, 두개 이상의 구멍을 가지는 하나 이상의 팽창 챔버;
e) 팽창 챔버에 교대로 정압과 부압을 제공하는 하나 이상의 기체 흐름 제어기; 그리고
f) 필터 함유 구획에서 여과된 유체를 제거하기 위한, 필터 함유 구획에 연결되는 하나 이상의 유체 채취 포트. - 제 1항에 있어서, 팽창 챔버는 기체 라인에 의해 기체 흐름 제어기에 연결되는 유체 여과 시스템.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 기체 라인은 팽창 챔버와 기체 흐름 제어기 사이에 필터를 포함하고, 바람직하기는 필터는 살균 필터이고, 그리고 선택적으로 기체 라인은 히터를 갖는 살균 필터를 포함하는 유체 여과 시스템.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 저장 용기는 생물 반응 장치인 유체 여과 시스템.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 함유 구획은 중공 섬유 필터를 함유하는 유체 여과 시스템.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 레벨 센서가 팽창 챔버 위 또는 안에 장착되고, 바람직하기는 두개 이상의 레벨 센서가 팽창 챔버 위 또는 안에 장착되고, 그리고 바람직하기는 레벨 센서 또는 레벨 센서들은 팽창 챔버의 표면 위에 장착되는 유체 여과 시스템.
- 제 6항에 있어서, 상기 레벨 센서는 팽창 챔버의 최소 및 최대 유체 레벨을 측정할 수 있고, 그리고 기능적으로 기체 흐름 제어기에 연결된 유체 여과 시스템.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 교대로 필터 함유 구획을 통하여 저장 용기로부터 팽창 챔버로 시스템의 유체를 흡입하고 그리고 유체를 필터 함유 구획을 통하여 상기 팽창 챔버에서 저장 용기로 다시 배출할 수 있고, 여기서 유체 흡입은 부압을 팽창 챔버에 적용함에 의해 수행되고 그리고 유체 배출은 정압을 팽창 챔버에 적용함에 의해 수행되는 유체 여과 시스템.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부압은 팽창 챔버에 진공을 형성시켜 얻고 그리고 정압은 기체, 예를 들어 압축 공기를 팽창 챔버에 주입시켜 얻는 유체 여과 시스템.
- 다음을 포함하는 유체 여과 시스템:
a) 하나 이상의 유체 저장 용기;
b) 하나 이상의 필터 함유 구획; 여기서 필터는 축이 길이방향으로 필터 함유 구획의 입구 단부에서 배출 단부까지 연장하는 다수의 다발 중공 섬유를 포함하고.
c) 그것의 한쪽 단부가 저장 용기에 연결되고, 그리고 그것의 또 다른 단부가 필터 함유 구획의 입구 단부에 부착되는 유체 전달 라인; 여기서 유체 전달 라인은 저장 용기의 유체를 필터 함유 구획의 입구 단부로 이송시킬 수 있고;
d) 필터 함유 구획의 농축물 배출 단부에 연결되는 하나 이상의 팽창 챔버; 여기서 팽창 챔버는 교대로 필터 함유 구획의 농축물 배출 단부의 유체를 흡입하고 그리고 필터 함유 구획의 농축물 배출 단부로 유체를 다시 배출하고; 여기서 상기 팽창 챔버는 부압과 정압을 교대로 팽창 챔버에 적용시키고 그리고 그에 의해 팽창 챔버에 분리 수단 없이 직접 기체-액체 인터페이스를 형성할 수 있는 기체 흐름 제어기에 연결되고; 그리고
e) 필터 함유 구획의 투과 배출 단부의 여과된 유체를 제거시키기 위한, 필터 함유 구획에 연결되는 하나 이상의 유체 채취 포트, 여기서 상기 채취 포트는 선택적으로 투과 라인을 통하여 유체 펌프로 연결된다. - 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 함유 구획 및 팽창 챔버가 일회용이고, 바람직하기는 필터 함유 구획, 팽창 챔버, 유체 저장 용기 및 유체 전달 라인이 일회용인 유체 여과 시스템.
- 한쪽 면 위에서 필터 함유 구획에 그리고 다른쪽 면 위에서 에어 필터에 결합하는 팽창 챔버를 포함하고, 그리고 정압 및 부압을 팽창 챔버에 제공할 수 있는 기체 라인에 결합될 수 있는 조립품.
- 제 12항에 있어서, 조립 성분은 배타적으로 일회용 재료를 포함하는 조립품.
- 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 팽창 챔버의 첫번째 구멍 위에 필터 함유 구획을 조립시키고 그리고 상기 패창 챔버의 두번째 구멍 위에 에어 필터를 조립시키는 단계를 포함하는 조립품의 제조 방법.
- 제 12항 또는 제 13항에 따른 조립품을 제공하기 위한, 팽창 챔버, 필터 함유 구획 및 에어 필터를 포함하는 부품 키트.
- 제 12항 또는 제 13항 또는 제 15항에 있어서, 팽창 챔버 및 필터 함유 구획의 내부 공간이 살균되는, 조립품 또는 부품 키트.
- 다음을 포함하는 유체 여과 방법:
a) 하나 이상의 유체 저장 용기;
하나 이상의 필터 함유 구획; 저장 용기를 필터 함유 구획의 입구 단부에 연결시키고, 유체를 저장 용기에서 필터 함유 구획의 입구 단부로 운반할 수 있는 유체 전달 라인;
한쪽 면 위에서 상기 구획의 액체가 챔버에 진입하게 하는 필터 함유 구획의 배출 단부에 그리고 다른쪽 면 위에서 부압과 정압을 교대로 팽창 챔버에 제공하고 그에 의해 유체를 필터 함유 구획의 배출 단부에서 흡입하고 그리고 유체를 필터 함유 구획의 배출 단부로 다시 배출시켜, 팽창 챔버로 분리 수단 없이 직접 기체-액체 인터페이스를 형성하는 기체 흐름 제어기에 연결된 하나 이상의 팽창 챔버; 그리고
필터 함유 구획에서 여과 유체를 제거시키는 필터 함유 구획에 연결된 하나 이상의 투과 포트를 포함하는 유체 여과 시스템을 제공하는 단계;
b) 팽창 챔버에 부압을 적용시켜 유체를 필터 함유 구획을 통해 팽창 챔버로부터 저장 용기로 흐르게 하여 유체를 재여과하는 단계;
c) 팽창 챔버에 정압을 제공함에 의해 최소한 유체 일부를 필터를 통해 팽창 챔버로부터 저장 용기로 다시 흐르게 하여 유체를 재여과하는 단계;
d) 선택적으로 단계 b와 c를 반복하는 단계; 그리고
e) 여과 시스템에서 여과 유체를 제거하는 단계. - 제 17항에 있어서, 상기 방법은 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 유체 여과 시스템을 사용하여 수행되는 유체 여과 방법.
- 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 필터 함유 구획 및/또는 팽창 챔버는 일회용이고, 바람직하기는 필터 함유 구획, 팽창 챔버, 유체 저장 용기 및 유체 전달 라인은 일회용인 유체 여과 방법.
- 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 정압 및 부압이 팽창 챔버의 유체 레벨을 측정하는 레벨 센서에 의해 조절되는 유체 여과 방법.
- 제 20항에 있어서, 레벨 센서는 팽창 챔버 위에 장착되는 유체 여과 방법.
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