Škálování bioprocesu od laboratoře po výrobu
Přenos procesu z jednoho měřítka do druhého není násobení objemu: mění se, jak kultura dostává kyslík, jak se míchá a jakému smykovému namáhání je vystavena. Tato stránka shrnuje kritéria, podle nichž se přenos posuzuje, a čtyřstupňovou cestu od 250 ml po více než 1 000 l WV, kterou ji vede platforma Vinci.
Od výzkumu po výrobu, jedna platforma
Tytéž parametry a recepty Bioflex™ vás provedou od laboratorního stolu po průmyslovou škálu a snižují riziko přenosu mezi etapami.
Bioreaktory a fermentory sterilizovatelné in situ pro V&V
Série BioSIP.
Zobrazit systém →
Bioreaktory a fermentory sterilizovatelné in situ pro pilot a výrobu
Série BioFerm.
Zobrazit systém →
Velkokapacitní bioreaktory a fermentory sterilizovatelné in situ
Bioreaktory na míru.
Zobrazit systém →Podle čeho se posuzuje přenos měřítka
Nelze zachovat všechna zároveň: škálování při konstantním měrném příkonu dá jinou obvodovou rychlost. Škálování znamená vybrat, které kritérium platí, a zdokumentovat, co smí kolísat.
kLa
Objemový koeficient přestupu kyslíku je nejčastěji používaným kritériem u aerobních procesů: mezi měřítky se udržuje konstantní, protože určuje, kolik kyslíku se skutečně dostane k biomase. Mění se s otáčkami míchadla a průtokem plynu, takže stejné hodnoty se v každém měřítku dosáhne jinou kombinací obou.
Měrný příkon (P/V)
Výkon rozptýlený na jednotku objemu spojuje míchání se smykovým namáháním. Jeho udržení na konstantní úrovni zachová režim míchání, ale s rostoucím objemem si vynutí nižší otáčky míchadla — proto se proces nepřenese zkopírováním otáček.
Obvodová rychlost míchadla
Právě ta určuje smykové namáhání, kterému jsou buňky vystaveny. U citlivých kultur — savčí buňky, myceliální biomasa — bývá omezením, které převáží nad ostatními, a rozhoduje o geometrii míchadla dříve než o jeho otáčkách.
Měrný průtok plynu (vvm)
Objemy plynu na objem kapaliny za minutu se nepřenášejí lineárně: ve větším měřítku stejné vvm znamená mnohem více plynu, více pěny a silnější odstraňování CO₂. Obvykle se místo vvm škáluje povrchová rychlost plynu.
Geometrická podobnost
Poměr výšky a průměru, průměr míchadla k průměru nádoby, počet a poloha narážek: zachování proporcí mezi měřítky je to, co činí procesní data porovnatelnými. Kde úplná podobnost není možná, volíte, který poměr zachovat.
Doba míchání
Čas, který nádoba potřebuje k opětovnému dosažení homogenity po dávkování, roste s objemem. Ve výrobním měřítku právě on rozhoduje, zda přidání zásady či živiny vytvoří lokální gradient pH nebo substrátu dříve, než se rozptýlí.
Co zůstává stejné s rostoucím měřítkem
Stejné recepty
Bioflex™ provází stejný proces od laboratoře po průmyslové měřítko: recepty, sekvence a profily dávkování se mezi stupni přenášejí, místo aby se psaly znovu.
Stejné víko
Víko stolních systémů je stejné od skleněné nádoby po nerezovou: sondy, přípojky a uspořádání odběru vzorků zůstávají ty, na nichž byl proces vyvinut.
Stejné měřené parametry
pH, rozpuštěný kyslík, teplota, tlak a biomasa se snímají stejným měřicím řetězcem v každém měřítku, takže laboratorní a pilotní data lze porovnat bez slaďování.
Jednotná sterilizace
Od autoklávování v laboratoři po sterilizaci in situ u pilotních a průmyslových systémů jsou cykly SIP a CIP automatizované a zaznamenávané: skok měřítka nemění způsob validace procesu.
Časté dotazy ke škálování
Přechod z třepací baňky do bioreaktoru mění způsob, jakým kultura dostává kyslík: v baňce probíhá výměna přes povrch, v bioreaktoru přes bublinky. Začíná se proto stanovením kritéria, které je třeba zachovat — u aerobního procesu téměř vždy kLa — a v každém měřítku se odvodí kombinace míchání a průtoku plynu, která jej dosáhne, přičemž se ověří, že obvodová rychlost míchadla zůstává pod hranicí tolerovanou buněčnou linií. Na cestě Vinci se tento vývoj provádí na stolních systémech od 250 ml do 30 l WV a přenáší se na další stupně s nezměněnými recepty a měřicím řetězcem.
V praxi se používá šest kritérií: kLa, měrný příkon P/V, obvodová rychlost míchadla, měrný průtok plynu, geometrická podobnost a doba míchání. Nelze zachovat všechna zároveň: škálování při konstantním P/V dá například jinou obvodovou rychlost. Škálování znamená vybrat, které kritérium pro daný proces platí, a zdokumentovat, co smí kolísat.
Cesta zahrnuje čtyři stupně: 250 ml – 30 l WV v laboratoři se sérií Biobook, 20 – 100 l WV pro výzkum se sterilizací in situ se sérií BioSIP, 250 – 800 l WV pro pilotní a výrobní fázi se sérií BioFerm a nad 1 000 l WV s bioreaktory na míru. Stupně sdílejí řídicí platformu, takže přenos se týká procesních parametrů, nikoli přepisování automatizace.
Protože rozptýlený výkon roste s třetí mocninou otáček a pátou mocninou průměru míchadla. Zachování stejných otáček při větším objemu tedy znamená zcela jiný měrný příkon a smykové namáhání. Přenáší se kritérium — kLa, P/V nebo obvodová rychlost — a z něj se otáčky v každém měřítku přepočítají.
Promluvme si o
vašem škálování
Řekněte nám, v jakém měřítku jste dnes a kam se potřebujete dostat: náš tým odpoví do 24 hodin.
