Scale-up del bioprocesso dal banco alla produzione
Trasferire un processo da una scala all’altra non è moltiplicare un volume: cambia il modo in cui la coltura riceve ossigeno, viene miscelata e subisce sforzo di taglio. Questa pagina raccoglie i criteri su cui si tiene un trasferimento e il percorso in quattro stadi, da 250 mL a oltre 1.000 L WV, con cui la piattaforma Vinci lo accompagna.
Dalla ricerca alla produzione, un’unica piattaforma
Gli stessi parametri e le stesse ricette Bioflex™ ti accompagnano dal banco alla scala industriale, riducendo i rischi di trasferimento tra gli stadi.
Bioreattori e fermentatori sterilizzabili in situ per R&S
Serie BioSIP.
Vedi sistema →
Bioreattori e fermentatori sterilizzabili in situ per pilota e produzione
Serie BioFerm.
Vedi sistema →
Bioreattori e fermentatori sterilizzabili in situ su larga scala
Bioreattori su misura.
Vedi sistema →Su cosa si tiene un trasferimento di scala
Non si possono conservare tutti insieme: scalare a potenza specifica costante porta a una velocità periferica diversa. Lo scale-up è scegliere quale comanda, e documentare cosa si lascia variare.
kLa
Il coefficiente volumetrico di trasferimento dell’ossigeno è il criterio più usato per i processi aerobici: si mantiene costante fra le scale perché è ciò che determina quanto ossigeno arriva davvero alla biomassa. Cambia con la velocità di agitazione e con la portata di gas, quindi a ogni scala si raggiunge lo stesso valore con combinazioni diverse dei due.
Potenza specifica (P/V)
La potenza dissipata per unità di volume lega miscelazione e sforzo di taglio. Tenerla costante conserva il regime di miscelazione, ma al crescere del volume impone giri più bassi: è la ragione per cui un processo non si trasferisce semplicemente copiando gli rpm.
Velocità periferica della girante
È la grandezza che governa lo sforzo di taglio sulle cellule. Per le colture sensibili — cellule di mammifero, biomassa miceliale — è spesso il vincolo che comanda sugli altri, e decide la geometria della girante prima ancora della sua velocità.
Portata specifica di gas (vvm)
I volumi di gas per volume di liquido al minuto non si conservano linearmente: alla scala maggiore la stessa vvm significa molto più gas, con più schiuma e più strippaggio di CO₂. Di solito si scala sulla velocità superficiale del gas invece che sulla vvm.
Similitudine geometrica
Rapporto altezza/diametro, diametro della girante sul diametro del vaso, numero e posizione dei frangiflutti: mantenere le proporzioni fra le scale è ciò che rende confrontabili i dati di processo. Dove la similitudine completa non è possibile, si sceglie quale rapporto conservare.
Tempo di miscelazione
Il tempo perché il vaso torni omogeneo dopo un’aggiunta cresce con il volume. Alla scala di produzione è ciò che determina se un’aggiunta di base o di nutriente crea un gradiente locale di pH o di substrato prima di distribuirsi.
Cosa resta uguale salendo di scala
Le stesse ricette
Il software Bioflex™ accompagna lo stesso processo dal banco alla scala industriale: le ricette, le sequenze e i profili di alimentazione si trasferiscono fra gli stadi invece di essere riscritti.
La stessa testata
La testata dei bioreattori da banco è la stessa dal vaso in vetro a quello in acciaio inox: sonde, porte e configurazione di campionamento restano quelle su cui il processo è stato messo a punto.
Gli stessi parametri misurati
pH, ossigeno disciolto, temperatura, pressione e biomassa sono acquisiti con la stessa catena di misura a ogni scala, così i dati del banco e quelli del pilota si confrontano senza riconciliazioni.
Sterilizzazione coerente
Dal banco in autoclave alla sterilizzazione in situ dei sistemi pilota e industriali, i cicli SIP e CIP sono automatizzati e registrati: il passaggio non cambia il modo in cui il processo viene validato.
Domande frequenti sullo scale-up
Il passaggio dal matraz al bioreattore cambia il modo in cui la coltura riceve ossigeno: nel matraz lo scambio avviene attraverso la superficie, nel bioreattore attraverso le bolle. Si parte quindi fissando il criterio da conservare — per un processo aerobico quasi sempre il kLa — e si ricava a ogni scala la combinazione di agitazione e portata di gas che lo raggiunge, verificando che la velocità periferica della girante resti sotto il limite tollerato dalla linea cellulare. Sul percorso Vinci questa messa a punto si fa sui sistemi da banco da 250 mL a 30 L WV e si trasferisce agli stadi successivi mantenendo ricette e catena di misura.
I criteri usati in pratica sono sei: kLa, potenza specifica P/V, velocità periferica della girante, portata specifica di gas, similitudine geometrica e tempo di miscelazione. Non si possono conservare tutti insieme: scalare a P/V costante, per esempio, porta a una velocità periferica diversa. Lo scale-up consiste nello scegliere quale criterio comanda per quel processo e documentare cosa si accetta di lasciar variare.
Il percorso copre quattro stadi: 250 mL – 30 L WV da banco con la serie Biobook, 20 – 100 L WV per la R&S sterilizzabile in situ con la serie BioSIP, 250 – 800 L WV per pilota e produzione con la serie BioFerm, e oltre 1.000 L WV con i bioreattori su misura. Gli stadi condividono la piattaforma di controllo, quindi il trasferimento riguarda i parametri di processo e non la riscrittura dell’automazione.
Perché la potenza dissipata cresce con il cubo della velocità e con la quinta potenza del diametro della girante. Mantenere gli stessi giri a un volume maggiore significa quindi una potenza specifica e uno sforzo di taglio completamente diversi. Si trasferisce il criterio — kLa, P/V o velocità periferica — e da quello si ricalcolano i giri a ogni scala.
Parliamo del tuo
scale-up
Dicci a che scala sei oggi e dove devi arrivare: il nostro team ti risponde entro 24 ore.
