Одноразовые технологии

ОДНОРАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В современных рыночных условиях ключевыми факторами становятся гибкость, существенное сокращение времени запуска новых производств и возможность их последующей адаптации к выпуску другого продукта.
на сегодняшний день всё более широкое применение находит оборудование под названием «single-use» – одноразовый.

Преимущества при использовании одноразовых систем:
простота использования;
снижение капитальных затрат;
снижение трудоемкости на всех этапах производства, уменьшение трудо- и энергозатрат;
снижение времени запуска новых производств, а также ускорение конструирования производства и, следовательно, более быстрый выход препарата на рынок;
сокращение времени процесса производства за счет отсутствия процедур очистки и простоя оборудования;
большая гибкость адаптации производства к запросам рынка.

Дополнительные преимущества
гибкость производства, которая включает в себя возможность быстро вносить изменения и масштабировать процесс, а также возможность быстрой адаптации производства к выпуску другого продукта;
снижение времени и затрат по валидации оборудования;
повышение надежности технологических процессов;
сниженный риск перекрестной контаминации.

Одноразовые системы, как правило, поставляются на производственные линии в собранном виде, что упрощает их использование и сокращает ошибки оператора при выполнении процедур.
Строительство заводов с использованием свежих одноразовых технологий занимает менее двух лет, по традиционной схеме – 4 года.

Материалы пакетов
полиэтилен,
полистирол,
политетрафторэтилен,
полипропилен,
этилвинилацетат,
Чаще всего содержат специальные добавки для продления срока службы изделий.

Достоинства и недостатки одноразовых систем

В одноразовом исполнении выпускают
многофункциональные мешки;
биореакторы;
кассеты для тангенциальной и глубинной фильтрации;
мембранные абсорберы;
различные трубы, коннекторы;
коннекторы для интеграции со стальными системами;
одноразовые сенсоры.

СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ОДНОРАЗОВЫХ МЕШКОВ

В биофармацевтике одноразовые мешки используют для:
хранения продуктов, сред, буферов, реагентов и т.д.;
перемешивание: приготовление сред и буферов;
транспортировка: доставка сред, буферов, реагентов и т. д.;
культивирование клеток и ферментация: получение инокулята, его транспортировка и т. д.;
отбор проб;
выделение и осветление;
очистка и концентрирование;
заморозка и оттаивание.

Одноразовые мешки
Изготавливают из апробированного пластика, состав которого определяет их конструкцию, рабочие характеристики и производственные возможности.
Современные мешки производят многослойными.
Состав и свойства материалов изменяются в зависимости от производителя.
Клиент может выбирать мешки, ориентируясь на дизайн, необходимый объем, доступность портов, шлангов, фильтров и т.д.
Мешки для заморозки или транспортировки замороженной жидкости делают из специального термостабильного пластика, устойчивого в условиях глубокой заморозки.

Одноразовые 2D-мешки
2D-мешки используют в случае работы с небольшими объемами жидкости, обычно от 50 мл до 50 л.
2D-мешок представляет собой плоскую сумку, которая может иметь порты либо на лицевой стороне, либо сбоку.
Доступны также индивидуальные решения для клиентов, но их цена существенно выше стандартных мешков

Одноразовые 3D-мешки
3D-мешки применяют в случае больших объемов. В зависимости от требований клиента объем может достигать до 2500 л. Наиболее распространенными по дизайну являются цилиндрически-конические и кубические.
В отличие от 2D-мешков 3D-мешки более гибкие и маневренные благодаря возможности расположения портов сверху, снизу или на его боковой стороне. Также доступен широкий выбор размеров портов и их сложности.

Контейнеры для мешков
Кроме малых 2D-мешков все системы требуют внешнего контейнера для хранения и транспортировки. В большинстве случаев простые контейнеры делают из пластика или нержавеющей стали, конструктивно они представляют собой лотки/поддоны.
Также доступны сложные многоуровневые системы.
Более сложные системы контейнеров для мешков могут быть оборудованы различными сенсорами, системами для рециркуляции и перемешивания, устройствами для контроля температуры.

Контейнеры для мешков

Контейнеры для транспортировки
Всегда существует необходимость безопасного перевоза стерильных жидкостей в закрытых контейнерах с одноразовыми мешками.
Среди факторов, определяющих выбор подходящей системы, можно выделить расстояние, цели транспортировки, чувствительность к изменению температуры, объем жидкости и возможность пенообразования.
Когда необходимо минимизировать движение жидкости в контейнере, можно использовать специальные системы, предложенные компаниями Thermo Fisher Scientific и Sartorius Stedim. Они позволяют транспортировать стерильные жидкости объемом до 500 л, гарантируя безопасную перевозку благодаря наличию регулируемой крышки, которая подавляет любые волновые движения жидкости в процессе перевозки.

Системы для хранения и транспортировки мешков

СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

Можно выделить два крупных класса систем на данный момент – приводимые в движение гидравлически и механически.
Последние же можно подразделить на устройства с вращающейся мешалкой, с качающейся мешалкой и колеблющиеся устройства (мешки, диски, диафрагмы).

Система перемешивания Flexel® Mag-Mix 200 l с вращающейся магнитной мешалкой

ОДНОРАЗОВЫЕ БИОРЕАКТОРЫ

Одноразовые биореакторы можно классифицировать по нескольким признакам:
по форме (жесткие – планшеты, картриджи, колбы и др.; гибкие – мешки);
по сложности оснащения: простые, мало- и высокооснащенные;
по масштабу: системы малого, среднего и большого объемов;
по вводимой мощности: статические и динамические (гидравлические, превматические, механические и гибридные).
Динамические системы характеризуются усиленным массо- и энергопереносом, а следовательно, большими плотностями клеток и титрами продуктов.

Принципиальное устройство биореактора на основе полых волокон CellMax®

Такие системы использовали в 80-е и 90-е годы XX в. для длительного культивирования (более 6 месяцев) клеток, полученных на основе гибридомной технологии, при производстве моноклональных антител.
Несмотря на достигаемые высокие плотности клеток (107-109 кл/мл) и на высокие концентрации целевых веществ, ограничения использования этих систем связаны со сложностями масштабирования и измерения параметров процесса.
Объем культивирования ограничен 110 мл, соответственно масштабировать процесс возможно только посредством увеличения количества биореакторов.
Именно поэтому в настоящее время они играют небольшую роль среди многообразия одноразовых систем, хотя по-прежнему их используют в исследовательских целях.

В 1975 г. началось производство одноразовой системы Cell Factory (Nunc), выполненной из полистирола.

Система Cell Factory от компании Nunc (а) и CeLLine от компании Sartorius Stedim (б)
а
б

Она представляла собой многоярусную систему, уровни которой располагались параллельно друг над другом.
Масштабирование в данном случае достигалось увеличением числа ярусов (максимум до 40), что обеспечивало максимальную площадь контакта.
Поскольку это достаточный формат для промышленного производства, их широко применяли для культивирования многих видов линий клеток животных.
Они заменили роллерные бутылки в 90-е годы XX в. и активно использовались для производства в рамках GMP нескольких вакцин, терапевтических белков.

Получили развитие также биореакторы на основе полупроницаемых мембран.
Компанией Sartorius Stedim была представлена система CeLLine (б).
При культивировании клеток млекопитающих в данной системе удавалось достичь высокого уровня плотности клеток (>107кл/мл) и биосинтеза белка (порядка 100-500 мг антител).
Система CeLLine пользовалась большой популярностью для длительных процессов, исследовательских экспериментов, производства препаратов для доклиники в лабораторном масштабе.
В последние несколько лет производители пытаются снабдить подобные системы сенсорами in-line, которые позволили бы осуществлять контроль и измерения без отбора проб.

Заключительным этапом развития появление биореакторов с мешалкой волнового и орбитального перемешивания.
WAVE Bioreactor 20, представленный в 1998 г., стал первым коммерчески доступным биореактором с режимом волнового перемешивания. Его успешное применение привело к масштабированию до 500 л.
Сейчас системы с волновым перемешиванием представляют собой огромную группу, включающую системы AppliFlex и BIoStAT CultiBag Rocking Motion, BioWave, CELL-tainer, Tsunami Bioreactor, WAVE Bioreactor.

Популярные биореакторы волнового перемешивания: Appliflex от компании Applikon (a) и BIO- STAT CultiBag RM от компании Sartorius Stedim (б)
а
б

Сейчас производитель может выбирать среди различных вариантов биореакторов объемом от 1 до 1000 л.