Увеличение объемов производства на небольших динамичных биофармацевтических предприятиях

В биофармацевтической отрасли быстрое внедрение продукции имеет решающее значение, поскольку постоянно растет спрос на моноклональные антитела (mAbs), вырабатываемые бактериями вакцины и терапевтические клетки млекопитающих. Ежегодный объем производства биофармацевтических белковых продуктов составляет более 17 миллионов литров по всему миру. Такие инновационные решения, как одноразовые перфузионные сепараторы GEA kytero, предназначенные для высокоинтенсивной непрерывной сепарации клеток, отвечают потребностям производителей, которые нацелены на получение прибыли на этом динамичном рынке и развития своего успеха, за счет надежных и легко масштабируемых процессов переработки. Новые перфузионные сепараторы представляют собой революционное решение, позволяющее увеличить выпуск продукции, обеспечить беспрецедентную производительность и ускорить обслуживание медицинских учреждений и пациентов. 

Непрерывность обеспечивает экономическую эффективность

Непрерывное производство оптимизирует время производства и снижает трудозатраты на запуск биофармацевтических процессов. Операторам больше не нужно ждать окончания цикла производства партии, чтобы сепарировать клетки и собрать целевой белок — активный фармацевтический ингредиент — из содержащей продукт среды. Вместо утилизации клеток они возвращают их в биореактор, что позволяет поддерживать производство в течение нескольких недель, а не часов или дней, и получать готовый продукт с первого дня. 

Это инновационное решение позволяет быстрее выводить на рынок новые продукты и поставлять уже готовые без потери драгоценного времени. Важно отметить, что одни и те же культивируемые клетки используются повторно в течение всего многонедельного процесса, и их не нужно выращивать заново для последующих партий. 

Непрерывность обеспечивает экономическую эффективность, и в прошлом такой подход был выгоден только крупным предприятиям. Этот скоро изменится с появлением новых одноразовых перфузионных сепараторов, которые делают эту технологию доступной для небольших фармацевтических компаний с ограниченными площадями, небольшим количеством трудовых ресурсов, сложными требованиями к рабочему процессу и работающих в условиях жесткой конкуренции. Эти компании используют современное одноразовое оборудование для решения своих ключевых технологических задач. Сложные циклы уборки, требующие дополнительного пространства, инженерного оборудования, рабочей силы и времени, являются для них слишком затратными. В 2021 году одноразовые сепараторы впервые в мире сделали доступной легко применимую технологию тарельчатой сепарации для обработки партиями для небольших научно-исследовательских и производственных предприятий, предлагая высокую эффективность, исключительную универсальность и простоту в эксплуатации. Новые одноразовые перфузионные сепараторы этой серии — первые в своем роде — позволяют достичь того же для небольших предприятий, которые нацелены на непрерывное производство.

Существующие биофармацевтические процессы 

Культивирование клеток в биореакторе и последующий сбор белка — ключевой процесс в биофармацевтическом производстве. После экспоненциального роста клеток на экспоненциальной фазе в реакторе их необходимо извлечь из резервуара и отделить от культуральной среды — процесс, который можно оптимизировать с помощью перфузионной сепарации. Однако в прошлом переход на перфузионную систему казался запредельно дорогим и связанным с риском. Это одна из основных причин, по которой многие, даже крупные, производители фармацевтической продукции сопротивлялись такому переходу. Одноразовые перфузионные установки дают возможность перейти на перфузионную сепарацию со сравнительно небольшими усилиями и затратами, устраняя многие из типичных барьеров для перехода на этот процесс. Обзор типичных вариантов обработки дает следующую картину:

Подготовка инокулята (стартовых клеток)

Независимо от того, какая технологическая установка используется для культивирования и разделения клеток, подготовка к процессу одинакова: Клетки из криоконсервированного флакона предварительно культивируются во встряхиваемых колбах, помещенных в шейкер-инкубатор. Пассивирование (удаление среды и перенос клеток в свежую среду для выращивания) можно проводить через стандартные промежутки времени (например, раз в два дня), чтобы ускорить размножение клеточного штамма перед посевом. 

Вариант 1: Периодический режим культивирования клеток

Простой периодический режим культивирования клеток для научно-исследовательских целей может быть наиболее эффективным методом культивирования и сепарации клеток. Клеточная культура может быть активной менее семи дней или даже всего несколько часов, после чего она подается в небольшой сепаратор или другой экспозитор клеток, чтобы сепарировать их и выделить необходимый продукт. Основное преимущество этой методики заключается в том, что ее легко настроить и легко защитить от контаминации. 

Вариант 2: Стационарное культивирование с подпиткой

Процессы в периодическом режиме культивирования клеток могут длиться лишь ограниченное время, потому что питательные вещества в субстратной среде расходуются, а токсичные побочные продукты метаболизма клеток в конце концов превышают установленный предел, что негативно сказывается на жизнеспособности клеток. При использовании процесса стационарного культивирования с подпиткой этот срок может превышать 15 дней. Это обеспечивается путем многократной замены среды в биореакторе на свежий субстрат, подаваемый из отдельного резервуара на основании сложных графиков. Эта процедура удаляет токсичные вещества и обеспечивает подачу питательных веществ в количестве, достаточном для поддержания активности партии, но объем питательных веществ должен быть тщательно сбалансирован, чтобы исключить риск разбавления культуры. После производства всей партии продукт собирается так же, как и при стандартном процессе. Стационарное культивирование с подпиткой хотя и требует больших усилий, подходит для производства в коммерческих объемах. Оно обеспечивает высококачественные результаты при достаточной плотности клеток и титра продукта.

Вариант 3: Перфузионный процессинг

Использование перфузионной установки с таким решением, как новый перфузионный сепаратор GEA kytero, позволяет продлить срок культивирования клеток на срок до нескольких недель. Среда в биореакторе, содержащая клетки, клеточные продукты и питательные вещества, непрерывно подается в перфузионный сепаратор, где немедленно извлекается ценный продукт. Отработанная среда собирается вместе с собранным продуктом с той же скоростью, с которой в реактор добавляется свежая среда, что позволяет поддерживать постоянный объем культуральной среды в биореакторе. Скорость обмена называется объемом резервуара в день. Сепарированные клетки возвращаются из сепаратора, оснащенного специальным портом, в биореактор без потери их жизнеспособности. 

Обеспечение условия для перфузии: Высокоэффективная тарельчатая сепарация 

Для обеспечения необходимой сепарации клеток существует несколько методов их удержания, в том числе переменная тангенциальная поточная фильтрация или тангенциальная поточная фильтрация, которая сепарирует частицы по размеру, а тарельчатый сепаратор использует центробежную силу для сепарации частиц по массе. 

Последняя из указанных технология, которая совершенствуется инженерами по сепарации GEA в течение многих десятилетий и используется в промышленных фармацевтических производствах по всему миру, имеет преимущества с точки зрения эффективности, универсальности и занимаемого оборудованием пространства. Тарельчатый сепаратор обеспечивает исключительно высокую плотность клеток и выход готового продукта при 99-процентном улавливании твердых частиц. Его можно точно настроить на небольшую разницу в массе, что позволяет выполнять сложные автоматизированные задачи по сепарированию, которые могут меняться каждый день. Механические системы без трения и с малыми сдвиговыми усилиями обеспечивают минимальное повышение температуры для гарантии максимальной жизнеспособности клеток.

Революционное удобство одноразового использования

В серии GEA kytero проверенная тарельчатая технология компании была реализована в особенно компактных машинах с простым в обращении одноразовым элементом, в котором реализована вся тарельчатая технология. Этот элемент и все соответствующие линии подачи и отвода, то есть все части, контактирующие с продуктом, просто заменяются после окончания производственного цикла, что обеспечивает максимальное удобство и защиту от контаминации. В качестве опции предлагаются сменные картриджи, прошедшие обработку гамма-излучением. 

Новые перфузионные сепараторы этой серии обладают теми же преимуществами, что и оригинальные модели сепараторов систем стационарного культивирования с подпиткой: Не требуется гигиеническая очистка или автоклавирование, поэтому машина может быть готова к следующему непрерывному процессу в течение нескольких минут. Сепараторы не требуют никаких коммуникаций, кроме подачи электропитания и воздуха. Они подходят для любого предприятия в отличие от классических систем фильтрации. Как и во всех тарельчатых сепараторах для замены фильтров не требуется выделять специальную площадь или специальных сотрудников.
 
Помимо инновационной компактной, закрытой, на 100% защищенной от контаминации системы сепарирования машины GEA kytero оснащены бесконтактной приводной системой, обеспечивающей идеальную поддержку системы биобезопасности. 

Запуск и масштабирование перфузии

Перфузионные сепараторы GEA kytero выпускаются в двух вариантах для биореакторов объемом до 500 и 2000 литров, что позволяет сократить объем используемых в процессе производства дорогостоящих клеточных штаммов с целью экономии. В начале 2025 года ожидается появление нового сепаратора для самых компактных научно-исследовательских лабораторий, который подходит как для периодических, так и для перфузионных процессов. 

Тестовые пользователи машин GEA kytero пришли к выводу, что они помогают преодолеть существующие ограничения. Результаты испытаний и производства, достигнутые с помощью этих технологических компонентов, могут быть масштабированы на более крупные варианты одноразовых моделей и даже на промышленное производство с классическими сепараторами из нержавеющей стали известных серий GEA pharma aseptic и GEA pharma pure — при этом всегда сохраняется технический принцип тарельчатой сепарации, который обеспечивает безопасный перенос процесса и облегчает его последующую валидацию.

Производителям биофармацевтической продукции, нацеленным на развертывание перфузионных процессов и расширение своих позиций на динамичном фармацевтическом рынке, рекомендуется более подробно рассмотреть преимущества одноразовой перфузионной технологии в своей деятельности.