[发明专利]声学生物反应器工艺

说明书

本发公开了一种生物反应器，该生物反应器的生长空间内设置有一系列的多维声驻波。所述声驻波用于在营养液流流动通过细胞培养物时将所述细胞培养物保持在原位。由所述细胞培养物产生的生物分子通过所述营养液流收集并且在所述细胞培养物的下游分离。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月12日提交的美国临时专利申请序列号61/845,531的优先权。本申请还是于2014年2月7日提交的美国专利申请序列号14/175,766的部分延续案，所述美国专利申请序列号14/175,766还是于2013年9月13日提交的美国专利申请序列号14/026,413的部分延续案。这些申请的全部内容均以引用的方式并入本文。

背景技术

许多因素导致了生物技术领域的发展，其中一些因素包括可用于生物反应器的设备的改进。设备的改进使得能够以大规模、低成本进行生物衍生物(例如单克隆抗体和重组蛋白)的生产。用于基于生物学的新药的生产工艺的关键因素之一是生物反应器及与其相关的辅助工艺。

现代生物反应器是一种非常复杂的设备。除了其他参数，生物反应器涉及流体流速、气体含量、温度、pH和氧含量的调节。能够调整所有这些参数，进而使得细胞培养能够尽可能有效地由生物反应器工艺产生所需的生物分子。用于生物反应器领域的一种工艺是灌注式工艺。灌注式工艺由于其低资金成本和高生产量而区别于分批补料式(fed-batch)工艺。

在分批补料式工艺中，将培养物接种于生物反应器中。采用在生长周期过程中逐步添加大量新鲜的所选的营养物来提高生产率和生长。在收获培养物之后回收产物，产物通常是单克隆抗体或重组蛋白。目前采用多种类型的分离用过滤器将细胞、细胞碎片和其他废物与所需的产物分离。这种过滤器是昂贵的，并且在处理生物反应器材料时会变得堵塞从而失去功能。分批补料式生物反应器还具有高的启动成本，并且为了在生长周期结束时获得具有成本效益的量的产物而通常需要大的体积，并且这种工艺包括大量的非生产性停工期。

灌注式生物反应器处理被供入生物反应器中的一批连续的新鲜培养基，同时抑制生长的副产物被不断地移除。灌注式生物反应器工艺可以缩短或取消非生产性停工期。灌注式培养所达到的细胞密度(3000-10000万个细胞/ml)通常高于分批补料模式的细胞密度(500-2500万个细胞/ml)。然而，灌注式生物反应器需要细胞保持装置以防止当移除副产物时培养物逸出。这些细胞保持系统增加了灌注式工艺的复杂程度，并且需要管理、控制和维持以有效运转。以前，诸如细胞保持设备的故障或失灵等操作问题是灌注式生物反应器的难题。这在过去限制了它们的吸引力。

发明内容

在多个实施方案中，本公开涉及用于生产如重组蛋白或单克隆抗体等生物分子的系统，以及用于从生物反应器的细胞培养物中分离这些所需产物的方法。一般而言，所述生物反应器包括用于产生多维驻波的装置。该驻波用于将细胞培养物保持在原位。营养液流循环通过所述生物反应器从而流过细胞培养物以收集由细胞培养物产生的生物产物/生物分子。之后，可以从远离所述细胞培养物的营养液流中分离/收获生物分子。

在多个实施方案中，公开了一种包括生物反应器的系统。所述生物反应器包括反应容器、搅拌器、供料入口和出口。位于所述反应容器中的生长空间由至少一个超声换能器和位置与所述至少一个超声换能器相对的反射器限定。驱动所述至少一个超声换能器以在所述反应容器的生长空间中产生多维驻波。

本文还公开了用于从细胞培养物收集生物分子的方法，包括：将所述细胞培养物悬浮于生物反应器的生长空间中，所述生物反应器包括至少一个超声换能器，以及位置与所述至少一个超声换能器相对的反射器，驱动所述至少一个超声换能器以产生多维声驻波，该多维声驻波将所述细胞培养物保持在所述生长空间中；以及使营养液流流动通过所述细胞培养物以收集生物分子。

所述生物反应器还可包括次级过滤系统，该次级过滤系统位于所述生长空间和生物反应器出口之间。当所述多维声驻波失效时，启动所述次级过滤系统。所述多维声驻波通常以共振的形式运行。