特表 2025-503196 固定床バイオリアクタのパラメータ検知に基づくバイオマスの予測／推定システム、および関連方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-30

(54)【発明の名称】固定床バイオリアクタのパラメータ検知に基づくバイオマスの予測／推定システム、および関連方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20250123BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20250123BHJP

   C12M 1/38 20060101ALI20250123BHJP

   C12Q 1/06 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 A

C12M1/00 C

C12M1/38 Z

C12Q1/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024544523

(86)(22)【出願日】2023-01-26

(85)【翻訳文提出日】2024-09-19

(86)【国際出願番号】 EP2023051922

(87)【国際公開番号】W WO2023144266

(87)【国際公開日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】63/303,133

(32)【優先日】2022-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/325,701

(32)【優先日】2022-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520355596

【氏名又は名称】ユニバーセルズ テクノロジーズ エス．エー．

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＣＥＬＬＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ Ｓ．Ａ．

【住所又は居所原語表記】Ｃｈｅｍｉｎ ｄｅ ｌａ Ｖｉｅｉｌｌｅ－Ｃｏｕｒ ５６／１，１４００ Ｎｉｖｅｌｌｅｓ Ｂｅｌｇｉｕｍ

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドルグマンド， ジャン－クリストフ

(72)【発明者】

【氏名】ペレイラチリマ， タニア

【テーマコード（参考）】

4B029

4B063

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029AA07

4B029AA27

4B029BB11

4B029CC02

4B029FA12

4B029FA15

4B029GA02

4B029GB06

4B063QA01

4B063QQ05

4B063QQ15

4B063QQ61

4B063QR01

4B063QS28

4B063QS36

4B063QS39

4B063QX02

(57)【要約】

バイオマス検知のシステムは、容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含む固定床バイオリアクタを含む。少なくとも１つのセンサが固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するためのものである。コントローラが、例えば、相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを固定床バイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されている。関連するシステムおよび方法も記載される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタのバイオマスを評価するシステムであって、
前記固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知する少なくとも１つのセンサと、
前記１つ以上のパラメータを前記固定床のバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラと、
を備える、システム。

【請求項2】

バイオマスを表す前記１つ以上のパラメータが、グルコースまたは乳酸のような細胞培養副産物を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記少なくとも１つのセンサが分光センサを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記少なくとも１つのセンサが酵素センサを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記少なくとも１つのセンサが前記バイオリアクタに関連付けられたガスセンサを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記ガスセンサおよび／またはコントローラは、空気および酸素ガスの流量入力、酸素出口濃度、酸素移動速度、酸素摂取速度、二酸化炭素発生速度、および呼吸比率のうちの１つ以上を決定するように適合されている、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記少なくとも１つのセンサが、気泡を最小限に抑えるために前記バイオリアクタの表面以外から液体を引き出す専用ラインの一部のような、前記バイオリアクタ内に配置されるか、または前記バイオリアクタに接続された再循環ループ内に配置される、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記少なくとも１つのセンサが前記バイオリアクタからのサンプリングのための自動サンプラーと関連付けられている、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記コントローラは、将来の時点における前記バイオリアクタ内の前記バイオマスの量を推定するように適合されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記バイオマスの量を表示するための前記コントローラに関連付けられたディスプレイをさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

前記１つ以上のパラメータが、グルコース、乳酸、Ｇｌｕ、Ｇｌｎ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、ＮＨ_３、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

前記コントローラは、相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを入力として受け取り、前記相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを処理して前記固定床の前記バイオマスの量を出力するように適合されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

前記バイオリアクタが密閉容器を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

バイオマスを評価するシステムであって、
容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタであって、再循環ループに関連付けられているバイオリアクタと、
前記バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサであって、前記再循環ループに関連付けられている前記少なくとも１つのセンサと、
を含むシステム。

【請求項15】

前記１つ以上のパラメータを前記バイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。

【請求項16】

前記コントローラは、将来の時点における前記バイオリアクタ内の前記バイオマスの量を推定するように適合されている、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記コントローラは、相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを入力として受け取り、前記相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを処理して前記固定床の前記バイオマスの量を出力するように適合されている、請求項１４に記載のシステム。

【請求項18】

前記バイオマスの量を表示するための前記コントローラに関連付けられたディスプレイをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタのバイオマスを評価するシステムであって、
前記固定床バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知する少なくとも１つのセンサと、
前記１つ以上のパラメータに基づいて将来の時点での前記固定床バイオリアクタ内のバイオマスの量を予測するように適合されたコントローラと、
を備える、システム。

【請求項20】

前記バイオマスの量を表示するための前記コントローラに関連付けられたディスプレイをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。

【請求項21】

前記コントローラは、相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを入力として受け取り、前記相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを処理して前記固定床の前記バイオマスの量を出力するように適合されている、請求項１９に記載のシステム。

【請求項22】

システムであって、
容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタと、
前記バイオリアクタと流体連通する導管によって少なくとも１つのセンサに提供される液体の１つ以上のパラメータを検知するための前記少なくとも１つのセンサであって、導管が気泡の発生を最小限に抑えるために、バイオリアクタの表面以外の前記バイオリアクタから流体を引き出すための専用ラインを備えている、センサと、
を備える、システム。

【請求項23】

前記１つ以上のパラメータを前記バイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラをさらに備える、請求項２２に記載のシステム。

【請求項24】

前記コントローラは将来の時点での前記バイオリアクタ内の前記バイオマスの量を推定するように適合されている、請求項２３に記載のシステム。

【請求項25】

前記コントローラは、相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを入力として受け取り、前記相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを処理して前記固定床の前記バイオマスの量を出力するように適合されている、請求項２３に記載のシステム。

【請求項26】

前記バイオマスの量を表示するための前記コントローラに関連付けられたディスプレイをさらに含む、請求項２３に記載のシステム。

【請求項27】

容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含み、前記固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するセンサと関連付けられたバイオリアクタ内のバイオマスを評価するシステムであって、
前記バイオリアクタからサンプルを取得し、前記サンプルを前記センサと関連付ける自動サンプラーと
前記センサからの前記１つ以上のパラメータを前記固定床のバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラと、
を備えるシステム。

【請求項28】

前記コントローラは、将来の時点での前記固定床内の前記バイオマスの量を推定するように適合されている、請求項２７に記載のシステム。

【請求項29】

前記コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、前記相関モデルを使用して前記１つ以上のパラメータを処理して前記固定床の前記バイオマスの量を出力するように適合されている、請求項２７に記載のシステム。

【請求項30】

前記バイオマスの量を表示するための前記コントローラに関連付けられたディスプレイをさらに含む、請求項２７に記載のシステム。

【請求項31】

バイオマスを評価する方法であって、
固定床バイオリアクタ内で細胞を培養すること、
前記培養ステップ中または前記培養ステップ後に、前記バイオリアクタ内または前記バイオリアクタから放出される細胞培養液から、固定床バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知することであって、前記１つ以上のパラメータは細胞培養物の代謝産物レベルおよび／または呼吸レベルを含む、検知すること、
前記１つ以上のパラメータをコントローラに送信すること、および
前記固定床のバイオマスの量を推定するよう前記１つ以上のパラメータを使用すること、
を含む、方法。

【請求項32】

前記使用ステップは、前記プロセッサおよび相関モデルを使用して、前記１つ以上のパラメータを前記固定床内の前記バイオマスの量と相関させることを含む、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記１つ以上のパラメータを前記コントローラに手動で入力するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

前記バイオマスの量は、予測される将来のバイオマスの量である、請求項３１に記載の方法。

【請求項35】

前記検知ステップは、前記細胞培養液を前記固定床バイオリアクタの外部の代謝産物センサに供給することを含む、請求項３１に記載の方法。

【請求項36】

前記検知ステップは、空気および酸素ガスの流量入口、酸素出口濃度、酸素移動速度、酸素摂取速度、二酸化炭素発生速度、および呼吸比率のうちの１つ以上を監視することによって前記細胞培養呼吸レベルを検知することを含む、請求項３１に記載の方法。

【請求項37】

細胞を含む固定床バイオリアクタ内のバイオマスを評価する方法であって、
前記固定床バイオリアクタのパラメータを測定すること、
前記固定床バイオリアクタの細胞密度の実測値を取得すること、および
前記パラメータと細胞密度の前記実測値に基づいて推定細胞密度の相関モデルを開発すること、
を含む方法。

【請求項38】

サンプリングを必要とせずに前記相関モデルを使用して前記細胞密度を推定するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。

【請求項39】

前記推定ステップは、センサを使用して前記パラメータを測定し、前記測定されたパラメータを前記相関モデルに適用することをさらに含む、請求項３７に記載の方法。

【請求項40】

前記実測値を取得するステップは、前記固定床バイオリアクタをサンプリングすることを含む、請求項３７に記載の方法。

【請求項41】

前記相関モデルを使用して、現在の時点または将来の時点における推定細胞密度を提供するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。

【請求項42】

前記推定された細胞密度に基づいて前記細胞を感染またはトランスフェクトする時期を決定するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。

【請求項43】

請求項３７に記載の方法を使用して得られた前記相関モデルを固定床バイオリアクタの測定されたパラメータに適用して細胞密度を推定するように適合されたコントローラを含み、これにより、細胞培養中に前記細胞密度をサンプリングまたは測定する必要がなくなる、バイオリアクタシステム。

【請求項44】

請求項３７に記載の方法を使用して得られた前記相関モデルを適用して固定床バイオリアクタの細胞密度を予測するように適合されたコントローラを含み、これにより、細胞培養中に前記細胞密度をサンプリングまたは測定する必要がなくなる、バイオリアクタシステム。

【請求項45】

第１の固定床バイオリアクタにおける細胞密度の最終予測モデルを開発する方法であって、
細胞密度と１つ以上の第２の固定床バイオリアクタの１つ以上のパラメータとを相関させる予備モデルを開発すること、
前記１つ以上の第２の固定床バイオリアクタから細胞密度の実測値を取得することにより予備モデルを検証して前記最終モデルに到達すること、および
前記最終モデルを前記第１の固定床バイオリアクタに適用して前記細胞密度を推定すること、
を含む方法。

【請求項46】

前記予備モデルを開発するステップは、複数の第２の固定床バイオリアクタにおいて、細胞密度と代謝産物とを相関させることを含む、請求項４５に記載の方法。

【請求項47】

前記取得ステップは、前記１つ以上の第２の固定床バイオリアクタから細胞密度を表す１つ以上のサンプルを取得することを含む、請求項４５に記載の方法。

【請求項48】

前記取得ステップは、前記１つ以上の第２の固定床バイオリアクタを開き、その中の固定床上の細胞の少なくとも一部を数えることを含む、請求項４５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年１月２６日に出願された米国仮特許出願第６３／３０３１３３号明細書、および２０２２年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６３／３２５７０１号明細書の利益を主張するものであり、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

技術分野
本開示は、一般的に、相関モデルを使用して、固定床バイオリアクタのバイオマスの量を、その特定のパラメータに基づいて推定または予測するシステムおよび関連する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

固定床バイオリアクタは、生物学的細胞（動物、昆虫、細菌など）の増殖に最適な環境を提供し、かつ高い細胞密度、または「バイオマス」を有する細胞培養を実現できる。細胞の増殖（または培養）中に細胞密度を正確に測定することは、固定床バイオリアクタのユーザにとってよく知られた課題である。特に、固定床に直接アクセスせずに固定床上に固定された細胞の数を確認することは困難である。固定床へのこのようなアクセスは困難な場合が多く、およびバイオリアクタの内容物が汚染される危険性がある。しかし、米国食品医薬品局のプロセス分析技術（ＰＡＴ）のイニシアチブでは、細胞培養プロセスを理解して、重要品質特性（ＣＱＡ）に影響を与える重要なプロセスパラメータ（ＣＰＰ）をタイムリーに監視することも求められており、コンプライアンスのためにはこのようなバイオマスの測定が必要になる。

【0004】

現在、固定床バイオリアクタ内の動物細胞の密度を監視するための間接的な技術は存在するが、そのような技術の既知の例は複雑である。例えば、細胞が存在する固定床の取り外し可能な部分をサンプリングすることで、バイオリアクタ全体の細胞密度を把握することができる。しかしながら、細胞はサンプリング中に得られた固定床部分に付着したままになっているため、簡単に数えることができない場合がある。細胞数は、細胞を溶解して、染色して細胞核を数えることによって決定する必要がある。細胞培養イベント中または各連続イベント中にこのステップを繰り返し実行する必要があるため、操作のコストと複雑さが増大する。

【0005】

無菌状態を維持しながら固定床を頻繁にサンプリングすることも課題であり、これは、サンプリングには通常、無菌状態になっている可能性のあるバイオリアクタ内部の固定床にアクセスする必要があるためである。静電容量バイオマスプローブによる間接測定が提案されているが、通常は正確性、精密性、または再現性に欠ける。これは主に、プローブの周囲の容積のみが測定されるという事実によるものである。固定床へのプローブの挿入も一貫して行われず、これがこれらの制限にさらに寄与する。

【0006】

そのため、固定床バイオリアクタ内に存在するバイオマスの量、または細胞密度を決定する方法が必要であることが認識されている。この技術は、固定床の物理的サンプリングに関連する汚染の潜在的リスクを最小限に抑えるか排除すると同時に、従来の技術よりも固定床のコロニー形成をより正確に示す。この技術により、固定床におけるバイオマス生産量をリアルタイムで推定できるだけでなく、現在のプロセス条件に基づいて将来のバイオマスレベルを予測することも可能になり、オペレータは希望する結果を達成するためにリアルタイムで調整を行うために必要な情報を得ることができる。この技術は、固定床バイオリアクタに関連する自動化システムを介して適用することもでき、バイオマスの量を推定または予測するためにオペレータの介入の必要性を完全に排除することができる。

【発明の概要】

【0007】

本開示の第１の態様によれば、固定床バイオリアクタのパラメータ検知に基づくバイオマスの予測／推定システムが提供される。このシステムには、容器（使用前または使用中に密閉される場合がある）と、その容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタが含まれる場合がある。固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサが設けられる。コントローラは、１つ以上のパラメータを固定床のバイオマスの量と相関させるように適合されている。

【0008】

一実施形態では、バイオマスを表す１つ以上のパラメータは、グルコースや乳酸などの細胞培養副産物を含む。少なくとも１つのセンサは、分光センサ、酵素センサ、ガスセンサ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。ガスセンサおよび／またはコントローラは、空気および酸素ガスの流量入力、酸素出口濃度、酸素移動速度、酸素摂取速度、二酸化炭素発生速度、および呼吸比率のうちの１つ以上のパラメータを決定するように適合させることができる。センサによって検出される１つ以上のパラメータは、グルコース、乳酸、Ｇｌｕ、Ｇｌｎ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、ＮＨ_３、またはそれらの組み合わせを含む群から選択することができる。

【0009】

センサはバイオリアクタと関連するか直接接続されている場合もあれば、独立している場合もある。例えば、システムは自動サンプラーを使用してセンサにサンプルを提供する場合がある。センサは、バイオリアクタの表面以外から液体を吸引して気泡を最小限に抑える専用ラインの一部など、バイオリアクタに接続された再循環ループに関連付けられるか、または再循環ループ内に配置することができる。

【0010】

コントローラは、将来の時点でのバイオリアクタ内のバイオマスの量を推定するように適合されてもよい。システム（またはコントローラ）には、バイオマスの量を表示するためのディスプレイがさらに含まれていてもよい。コントローラは、相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを入力として受け取り、かつ相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して、固定床のバイオマスの量を出力するように適合されてもよい。

【0011】

本開示のさらなる態様によれば、バイオマス評価システムは、容器と、そのような容器内に配置された固定床とを含むバイオリアクタを含む。バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサ。少なくとも１つのセンサは、バイオリアクタに関連付けられた再循環ループに関連付けられる。

【0012】

オプションとして、この態様によるシステムは、１つ以上のパラメータをバイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラを含んでもよい。コントローラは、将来の時点でのバイオリアクタ内のバイオマスの量を推定するように適合されてもよい。より具体的には、コントローラは、相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを入力として受け取り、かつ相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを（プロセッサなどを介して）処理して、固定床のバイオマスの量を出力するように適合されてもよい。バイオマスの量を表示するために、コントローラにディスプレイが関連付けられる場合がある。

【0013】

本開示の別の態様によれば、バイオマスを評価するためのシステムは、密閉された容器と、そのような容器内に配置された固定床とを含むバイオリアクタを含む。固定床バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサが設けられている。コントローラは、１つ以上のパラメータに基づいて、将来の時点における固定床バイオリアクタ内のバイオマスの量を予測するように適合されている。

【0014】

一例では、コントローラに関連付けられたディスプレイに、コントローラによってバイオリアクタ内に存在すると予測されるバイオマスの量が表示される。予測を行うために、コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、かつ相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して、固定床のバイオマスの量を出力するように適合されてもよい。

【0015】

本開示のさらに別の態様によれば、システムは、容器と、その容器内に配置された固定床とを含むバイオリアクタを含む。バイオリアクタと流体連通する導管によって少なくとも１つのセンサに提供される液体の１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサが設けられる。導管は、気泡の発生を最小限に抑えるために、バイオリアクタの表面以外のバイオリアクタから流体を引き出すための専用ラインを備えていてもよい。

【0016】

オプションとして、システムは、１つ以上のパラメータをバイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラをさらに含んでもよい。コントローラは、将来の時点でのバイオリアクタ内のバイオマスの量を推定するように適合されてもよい。より具体的には、コントローラは、相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを入力として受け取り、かつ相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して、固定床のバイオマスの量を出力するように適合されている。コントローラに関連付けられたディスプレイが、バイオマスの量を表示するために設けられている。

【0017】

バイオリアクタ内のバイオマスを評価するためのシステムに関する本開示のさらに別の態様は、容器と、その容器内に配置された固定床と、を含み、および固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するためのセンサと関連付けられる。このシステムは、バイオリアクタからサンプルを取得して、そのサンプルをセンサに関連付ける自動サンプラーを含む。システムにはさらに、センサによって取得され、および／またはセンサから受信された１つ以上のパラメータを固定床のバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラが含まれる。

【0018】

コントローラは、将来の時点での固定床内のバイオマスの量を推定するように適応されてもよい。具体的には、コントローラは、相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを入力として受け取り、かつ相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して、固定床のバイオマスの量を出力することができる。ディスプレイは、バイオマスの量を表示するためのコントローラに関連する。

【0019】

他の態様では、バイオマスを評価する方法には、固定床バイオリアクタ内で細胞を培養するステップ、および、培養ステップ中または培養ステップ後に、バイオリアクタ内のまたはバイオリアクタから発散する細胞培養液から、固定床バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータ（１つ以上のパラメータには、例えば、細胞培養の代謝産物レベルおよび／または呼吸レベルが含まれる）を検知するステップなどのさまざまなステップが含まれる。この方法は、１つ以上のパラメータをコントローラに送信して、１つ以上のパラメータを使用して固定床のバイオマスの量を推定することを含むことができる。

【0020】

使用ステップは、コントローラおよび相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを固定床内のバイオマスの量と相関させることを含むことができる。この方法では、１つ以上のパラメータをコントローラに手動で入力することができる。バイオマスの量は、予測される将来のバイオマスの量である場合がある。

【0021】

検知ステップは、固定床バイオリアクタの外部にある代謝産物センサに細胞培養液を供給することを含み得る。代替的にまたは追加的に、検知ステップは、空気および酸素ガスの流量入口、酸素出口濃度、酸素移動速度、酸素摂取速度、二酸化炭素発生速度、呼吸比率、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を監視することによって細胞培養の呼吸レベルを検知することを含む。

【0022】

本開示によるさらに別の方法は、細胞を含む固定床バイオリアクタ内のバイオマスを決定することに関し、固定床バイオリアクタのパラメータを測定することを含む。この方法はさらに、固定床バイオリアクタの細胞密度の実測値を取得することを含む。さらに、この方法には、パラメータと細胞密度の実測値に基づいて推定細胞密度の相関モデルを開発することが含まれる。

【0023】

相関モデルを使用すると、細胞をサンプリングしたり、侵襲性プローブを使用などして細胞を直接測定したりすることなく、細胞密度を推定することができる。推定ステップは、センサを使用してパラメータをさらに測定し、かつ測定されたパラメータを相関モデルに適用することを含むことができる。実際の測定には、固定床バイオリアクタのサンプリング、またはそれを開いて細胞の少なくとも一部を数えることが含まれる。

【0024】

この方法は、相関モデルを使用して、現在の時点または将来の時点における推定細胞密度を提供するステップをさらに含んでもよい。推定細胞密度の情報は、推定細胞密度に基づいて細胞を感染またはトランスフェクトするタイミングを決定する際に使用できる。

【0025】

本開示の関連する態様は、本明細書に記載された方法を使用して得られた相関モデルを固定床バイオリアクタの測定パラメータに適用して細胞密度を推定するように適合されたコントローラを含むバイオリアクタシステムであり、これにより、細胞培養中に細胞密度をサンプリングまたは測定する必要がなくなる。本開示のさらなる関連する態様は、本明細書に記載の方法を使用して得られた相関モデルを適用して固定床バイオリアクタの細胞密度を予測するように適合されたコントローラを含むバイオリアクタシステムであり、これにより、細胞培養中に細胞密度をサンプリングしたり測定したりする必要がなくなる。

【0026】

本開示のさらなる態様は、第１の固定床バイオリアクタ内の細胞密度の最終予測モデルを開発する方法に関する。この方法は、細胞密度と１つ以上の第２固定床バイオリアクタの１つ以上のパラメータを相関させる予備モデルを開発することを含む。この方法はさらに、１つ以上の第２固定床バイオリアクタから細胞密度の実測値を取得して予備モデルを検証して、最終モデルに到達することを含む。さらに、この方法では、最終モデルを第１の固定床バイオリアクタに適用して細胞密度を推定する。

【0027】

一例では、予備モデルを開発するステップは、複数の第２の固定床バイオリアクタ内の細胞密度と代謝産物を相関させることを含む。同様に、この例または別の例では、取得ステップは、１つ以上の第２の固定床バイオリアクタから細胞密度を表す１つ以上のサンプルを取得することを含む。取得ステップは、代替的にまたは追加的に、１つ以上の第２の固定床バイオリアクタを開き、およびその中の固定床上の細胞の少なくとも一部を計数することを含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は固定床バイオリアクタ用のバイオマスセンサシステムを概略的に示す。

【0029】

【図2】図２は固定床バイオリアクタ用のバイオマスセンサシステムの別の実施形態を概略的に示す。

【0030】

【図3】図３は固定床バイオリアクタ用のバイオマスセンサシステムの別の実施形態を概略的に示す。

【0031】

【図4】図４は、固定床バイオリアクタの入力ラインと出力ラインに対する代謝産物センサのさまざまな位置を示す。

【図4A】図４Ａは、固定床バイオリアクタの入力ラインと出力ラインに対する代謝産物センサのさまざまな位置を示す。

【図4B】図４Ｂは、固定床バイオリアクタの入力ラインと出力ラインに対する代謝産物センサのさまざまな位置を示す。

【0032】

【図5】図５は固定床バイオリアクタ内の特定のパラメータとバイオマスまたは細胞密度を相関させるモデルを示す。

【0033】

【図6】図６は相関モデルと対応する代謝産物データの使用に基づいて固定床バイオリアクタのバイオマスを推定および／または予測するグラフを示す。

【図7】図７は相関モデルと対応する代謝産物データの使用に基づいて固定床バイオリアクタのバイオマスを推定および／または予測するグラフを示す。

【0034】

【図8】図８はモデルの開発と使用のステップの一つの可能な例を示したフローチャートである。

【0035】

【図9】図９は、固定床バイオリアクタ内の特定のパラメータとバイオマスを相関させるモデルの使用に関する現在の情報または更新された情報を入力および表示するためのグラフィカルユーザインタフェイスを表す。

【図10】図１０は、固定床バイオリアクタ内の特定のパラメータとバイオマスを相関させるモデルの使用に関する現在の情報または更新された情報を入力および表示するためのグラフィカルユーザインタフェイスを表す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

一態様では、本開示は、固定床バイオリアクタのバイオマス推定（現在）または予測（将来）システムに関する。具体的には、開示されたシステムは、細胞培養に関するリアルタイム情報（例えば、呼吸情報（酸素消費量および二酸化炭素生成量）および／または代謝情報（グルコース消費量および乳酸生成量）などの１つ以上のパラメータ）を利用して、正確なバイオマス推定値を得ることができる。この情報を使用して、相関モデルを採用し、固定床バイオリアクタ内の細胞密度を推定することができる。この相関モデルを採用することで、システムはバイオマスの進化（細胞密度の増加または減少であり得る）の観点から固定床の将来の状態を予測するためにも使用でき、また、従来のアプローチと比較して、信頼性が高く、再現性があり、リスクが低く、コスト効率の高い方法で、完全に自動化された推定と予測を実現できるようになる。推定値（将来の予測である場合もある）は、例えば細胞に感染またはトランスフェクトするステップなど、追加の処理ステップをいつ実行するかを評価するために使用できる。

【0037】

図１を参照すると、例示的な細胞培養システム１０には、付着細胞または懸濁細胞の成長のための内部構造を含むような、バイオリアクタ１２が含まれる。図１、図４、図４Ａ、および図４Ｂに示すように、バイオリアクタ１２には、細胞増殖用の内部構造として固定床１２ｂを含む外部容器１２ａまたは容器が含まれており、この容器１２ａまたはバイオリアクタは、細胞培養に適した環境（例えば、滅菌または無菌環境）を維持するために密閉することができる。固定床１２ｂは、例えば、３Ｄプリントされたマトリックスを含み得る、または、織物または不織布材料（例えば、互いに直接接触する、または介在するスペーサー、ビーズ、中空繊維、または接着細胞の成長を促進するためのその他の適切な細胞培養構造を備えた１枚以上のそのような材料のシートなど）で構成され得る。固定床１２ｂは、任意の所望の形状、配向、または形態にすることができ、例えば、３Ｄ多孔質モノリス、積み重ねられた層（例えば、米国特許第１１，１１１，４７０号明細書を参照。その開示は参照により本明細書に組み込まれる）、垂直に配置された平行層、螺旋状または巻き線状の構成で配置された層、または充填床（例えば、米国特許第８，１３７，９５９号明細書を参照。その開示は参照により本明細書に組み込まれる）を含むことができる。

【0038】

一例では、システム１０は、固定床バイオリアクタ１２のバイオマス濃度を決定するための情報へのインラインまたはインサイチュアクセスを備える。バイオリアクタ内の流体内容物またはバイオリアクタから発せられる流体内容物から得られる情報には、非侵襲的な方法（例えば、インライン、インサイチュセンサまたは分析装置の使用、および図３に示され、かつ以下の説明でさらに概説されるように、自動サンプラー１９に接続される可能性）で決定可能なバイオリアクタ１２の１つ以上のパラメータに関する情報が含まれる場合がある。このようなパラメータには、例えば、呼吸情報や代謝情報などが含まれる。特に、呼吸情報には、例として、１つ以上の次のパラメータ、
・空気、酸素（および潜在的に二酸化炭素）のガス流量入口（マスフローコントローラ）のリアルタイム監視
・培地中の酸素濃度のリアルタイム監視
・酸素（および潜在的に二酸化炭素）の出口濃度のリアルタイム監視（Ｂｌｕｅｓｅｎｓ分析器などのシステムを使用）
・バイオリアクタ内のＯＴＲ（酸素移動速度）のリアルタイム計算
・酸素摂取率（ＯＵＲ）、二酸化炭素発生率（ＣＤＥＲ）、および呼吸比率（ＲＱ）に基づく酸素／ＣＯ_２リアルタイム酸素質量バランス計算
が含まれる場合がある。

【0039】

このような呼吸情報の監視または計算のための情報は、バイオリアクタ１２の密閉容器１２ａなどの容器に関連付けられた１つ以上のガスセンサ１４を使用して取得できる。このようなガスセンサ１４は、モデルを含むコントローラに出力信号（矢印２１）の形で情報を提供することができる。コントローラは、例えば、データを受信するための入力デバイス、データを処理するためのマイクロプロセッサチップ、および処理されたデータを送信するための出力デバイスを含むマイクロプロセッサベースのデバイスを含み得る。このコントローラには、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、プロセッサ、マイクロプロセッサ、またはモデル１８を適用してバイオマスの量を推定および／または予測するための計算をコンピュータ化できるその他の自動制御ユニットが含まれるか、またはこれらと見なされる場合がある。そのため、このコントローラは、以下の説明で概説されているように、システム１０の一部を形成し、およびシステムの物理的な一部である場合もあれば、システムから離れた場所にある場合もある。

【0040】

バイオリアクタ１２から代謝産物情報を収集するには、例えば次のパラメータの１つ以上
・細胞培養液のグルコースおよび乳酸濃度のリアルタイム監視
・Ｇｌｕ、Ｇｌｎ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、アンモニア（ＮＨ_３）、ピルビン酸など、バイオマスを反映する他の代謝産物の潜在的な監視
が必要になる場合がある。

【0041】

１つ以上の代謝産物を監視するための情報は、酵素技術（ＣＣＩＴデバイスなど）または分光技術（Ｉｒｕｂｉｓデバイスなど）に基づくなど、バイオリアクタ１２に関連付けられた１つ以上の代謝産物センサ１６を使用して取得することができる。検知を実現するための配置は、例えば、図１および図４に示すように、バイオリアクタ媒体の再循環ループ１７に接続されたインラインセンサ１６（１）、図２に示すように、インサイチュ（つまり、バイオリアクタに直接統合された）センサ１６（２）、および／または図３に示すように、バイオリアクタ１２からサンプリングのための自動サンプラー１９（例えば、「Ｔｒａｃｅ」／ＩＳＩ／Ｎｏｖａｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ）に関連付けられたセンサ１６（３）を含み得る。

【0042】

特定の一例では、代謝産物検知機能は、システムへのセンサの統合を伴う場合がある。例えば、代謝産物センサは、図１に示すように、バイオリアクタ１２から流れる代謝産物を測定し、かつ関連する固定床１２ｂ内の細胞培養条件を表す測定値（例えば、コンピュータ２０、または他のプロセッサなどのコントローラへの出力信号の形で）を提供することができるインラインフロー細胞センサ１６を含むことができる。このようなセンサ１６を固定床バイオリアクタ１２を含むシステム１０に統合する１つの方法は、例えば再循環ループ１７として（必要に応じて適切なフィルタリングを使用して）、このバイオリアクタから流体（上清）をリアルタイムで送出するための導管と「インライン」に配置することである。

【0043】

固定床バイオリアクタ１２および再循環タンクＴと連通する再循環ループ１７を示している、図４、図４Ａ、および図４Ｂに示されるように、センサ１６は、入力ライン１７ａ（図４Ａ）、またはバイオリアクタ１２と入力ライン１７ａとの間を連通する専用ライン１７ｂ（図４Ｂ）に配置され得る。これは、出力ライン１７ｃ（図４）とは対照的であり、出力ライン１７ｃには、バイオリアクタ１２から得られた液体に気泡が含まれる可能性があり、その気泡は、場合によっては代謝産物の検知に影響を及ぼす可能性がある（センサが気泡の存在に敏感な場合など）。専用ライン１７ｂは、例えば、図４Ｂに示すように、バイオリアクタ１２内の液体の表面の下に配置された導管を含み得る。

【0044】

前述のように、システム１０に関連して、１つ以上の異なるタイプの代謝産物センサ１６を使用することができる。例えば、再循環ループ１７に１つ以上の分光センサ（例えば、Ｉｒｕｂｉｓ）を設けることができる。１つ以上の酵素センサ（例えば、ＣＣＩＴ）を単独で、または他のセンサと組み合わせて使用することもできる。上で述べたように、使用されるセンサ１６のいずれかが正確な測定を行う上で気泡の影響を受けやすい可能性がある状況では、「気泡のない」セットアップを使用することができる。

【0045】

ガスセンサ１４または代謝産物センサ１６の一方または両方からの情報を使用して、相関モデル１８によりバイオマス推定値をリアルタイムで自動的に計算することができる。モデル１８は、図に示すように、例えばコンピュータ２０などのコントローラによって実装されて、システム１０の一部を形成することもある。図１から３にさらに概略的に示されているように、コンピュータ２０は、センサ１４、１６からのパラメータを表す代謝産物情報を入力２３として受信して、矢印２５で示されているように、プロセッサを介して（または手動でモデルに入力され得る）その情報をモデル１８に適用し、およびその処理能力によって、固定床バイオリアクタ１２内の推定または予測されたバイオマス量（例えば、細胞密度）の出力２７をモデル１８から生成する。

【0046】

使用されるモデル１８の性質は様々であり、そのバージョンは当業者に知られている。代謝産物に基づく細胞増殖速度相関モデル１８の一例を図４に示し、これは、マクロ的な質量バランスと阻害因子を含むモノ型方程式を備えた非構造化メカニズム速度モデルの例である。選択されたモデル１８には、予測された状態推定値、修正された状態推定値、これらの推定値を計算するために使用される対応するゲイン、これらの推定値に対応する関連する予測および推定誤差共分散、および離散－離散拡張カルマンフィルタなどの推定出力のための関数も含むことができ、次の例のようなになる。

【0047】

１．サンプリング時間Δｔ_ｓ＝ｔ_ｓ－ｔ_ｓ－１を有する離散時間における予測方程式（１つのシミュレーション時点ｔ_ｓから次の時点ｔ_ｓ＋１までの解を直接計算する再帰方程式）：

【0048】

２．サンプリング時間Δｔ_ｋを有する離散時間における補正方程式（各新しい測定時点ｔ_ｋにおける）

【0049】

選択された相関モデル１８を使用して、コンピュータ２０は、酸素消費量や代謝産物などの１つ以上のパラメータに関する情報を相関させて、バイオマス推定値２２を提供する。図１から３に示すように、この推定値２２は、固定床バイオリアクタ１２に関連する推定バイオマス量を含み、かつシステム１０の一部を形成する関連するディスプレイＤでユーザにグラフィカルに表示され得る（図９から１０も参照）。このディスプレイＤは、図１から３に示すように、コントローラとして機能するコンピュータ２０の一部であるか、またはそれに関連付けられている場合がある。ディスプレイＤは、測定されたパラメータレベル２４（例えば、１つ以上の代謝産物）も提供し、図６に詳細が示されている。そのため、サンプリング、またはその他の侵襲的な技術を必要とせずにバイオマスの指標が提供され、かつ無菌状態が確実に維持される可能性がある。

【0050】

予測技術（例えば、上記のような拡張カルマンフィルタ）を使用することで、モデル１８は、図７のグラフ２６に示すように、固定床バイオリアクタ１２内のバイオマスの将来の量を予測するためにも使用できる。グラフ２８（例としてグルコースと乳酸）に示されているように、パラメータ（例えば、代謝産物）のレベルに関しても予測を行うことができる。この情報は、コンピュータ２０を介して、特定の時点または一定範囲の時間にわたって、グラフ形式または数値形式で表示できる。この情報により、オペレータは、固定床に直接アクセスしたり、固定床をサンプリングして細胞密度を直接測定したりすることなく、固定床バイオリアクタ１２の将来のバイオマス生成能力（量がプラスかマイナスかに関係なく）を理解することができる。これにより、無菌状態の侵害に関する懸念が回避されるだけでなく、細胞密度プローブなどのバイオマスのインサイチュ検知に関する過去のアプローチに関して前述した制限も回避される。

【0051】

バイオリアクタ１２のパラメータを検知して固定床内の現在のバイオマスレベルを決定したり将来のバイオマスレベルを予測したりすることは、特定の状況で必要であると判断された場合、定期的に実行できる。自動で行われるか手動で行われるかにかかわらず、サンプリングおよび／または検知は、例えば数秒ごとに高頻度で実行される場合がある。状況に応じて、１時間に１回、１日に１回、または、あるいはもっと長いような、低い頻度で実施されることもある。

【0052】

本開示のさらなる態様によれば、バイオリアクタの１回以上のテスト実行のサンプリングに関連するカスタム相関モデルの開発は、後で、バイオマス生産のリアルタイムの非侵襲的モデリングを可能にするために実行されてもよい。図８のフローチャートに示されているように、これは、培養される細胞の種類に依存しないバイオマス／代謝産物相関法１００を使用することによって達成できる。この方法１００では、ステップ１０２に示すように、予備的な相関モデルを開発するために、固定床バイオリアクタの複数のキャリブレーション実行を、場合によっては異なるスケールで実行することが必要になる場合がある。このステップ１０２は、バイオマス生産を示す１つ以上のパラメータ（代謝産物など）を定期的に測定または検知することを含み、固定床に関連するバイオマスの量の実際の測定と組み合わされる（サンプリングによるバイオプロセス中、または完了後）。

【0053】

予備モデルの完全なパラメータ推定と検証が完了すると（ステップ１０４）、このモデルは、サンプリングを必要とせずに固定床バイオリアクタと接続した最終モデルとして使用でき（ステップ１０６）、汚染のリスクなしにバイオマス生産のリアルタイム表示を提供できる。より具体的には、予備相関モデルを作製し、検証するプロセスには、固定床バイオリアクタの小規模バージョンを複数回実行することが含まれる場合がある。図８のサブステップ１０２ａに示すように、これには、グルコースや乳酸の生産などの１つ以上のパラメータを測定し、同時に固定床バイオリアクタのバイオマス生産を評価して、対応する細胞密度値を確立することが含まれる場合がある。これは、バイオプロセスが完了したらバイオリアクタを解体したり、またはバイオプロセスイベント中にサンプリングしたりすることを含むさまざまな方法で実行できる。固定床バイオリアクタに適したサンプリングシステムの特定の例は、米国特許出願公開第２０２１／００９９３３号明細書に記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

【0054】

いずれの場合も、取得され保存された測定値（サブステップ１０２ｂ）を使用して、サブステップ１０２ｃで示されるように、１つ以上のパラメータとバイオマスを相関させる予備モデルを開発することができる。これは、例えば、培養終了時に簡単に開けられるように設計された固定床バイオリアクタの比較的小規模なバージョンを使用して、細胞溶解および細胞核を数えるための染色後の細胞密度の推定のために固定床材料のサンプリングを容易にすることでも実現できる。このようなアクセスが容易なバイオリアクタは、バイオリアクタ容器に取り外し可能に固定された蓋を備えている場合がある。

【0055】

オプションとして、複数の中規模確認実行を実施することもできる。これは、開発されたモデルのスケーラビリティを確認し、かつこのモデルのパラメータを微調整するために行われる場合がある。これには、前述のように、最初の「小規模」ステップと同じパラメータの測定とサンプリングの組み合わせも含まれる場合がある。

【0056】

予備モデルの検証も構築ステップ１０２の一部として実行できる。これには、例えば、サブステップ１０２ｄで示されているように、モデルとそれを構築するのに使用されたデータとを比較することが含まれる場合がある。

【0057】

検証ステップ１０４は、予備モデルを検証するための検証実行を実行するサブステップ１０４ａも含む場合がある。サブステップ１０４ｂで示されているように、データは保存される可能性がある。検証サブステップ１０４ｃは、モデルによって得られた予測と、ステップ１０４ａで実行された検証データとを比較することによっても実行できる。

【0058】

これらのステップを使用して予備モデルが完全に開発されると、サンプリングを必要とせずに、バイオマス予測（サブステップ１０６ａ）のための固定床バイオリアクタ１２の大規模な実行に最終的な相関モデルとして適用できる。これには、例えば、代謝産物の値（例えば、毎日のグルコース／乳酸測定値）に関する情報の入力が含まれ、これは手動または自動で実行できる（サブステップ１０６ｂ）。最終モデルは、そのような条件の推定細胞密度を出力することができる（サブステップ１０６ｃ）。

【0059】

そのため、理解できるように、開示されたバイオマス予測／推定技術は、細胞の種類に依存せず、かつプロセスパラメータに応じて、代謝産物および／または呼吸レベルの測定に基づいて細胞密度のリアルタイム推定を提供するために使用することができる。上記および以下の説明でさらに述べるように、推定を実行するために接種物中の初期細胞密度を測定するステップを含め、固定床バイオリアクタの生産性を予測するために細胞密度の将来の予測を行うこともできる。この情報は、感染やトランスフェクションなどのさらなるプロセスステップをいつ実行するか、またはバイオマス、時間などの考慮事項に関して特定の結果を達成するためにバイオプロセス操作の他の態様またはパラメータを調整するかどうかを決定するために使用できる。

【0060】

上で述べたように、また図１に概略的に示すように、バイオマス推定／予測モデル１８は、コンピュータ２０上のアルゴリズムまたはプログラムとして動作することができる。コンピュータ２０は、図９から１０に示すように、グラフィカルユーザインタフェイス３０を表示するようにプログラムできる。このグラフィカルユーザインタフェイス３０には、バイオマスターゲットを入力するための入力３２と、測定された代謝産物の表示３４（手動で入力することも、前述のセンサを介して自動的に取得することもできる）が含まれる場合がある。インタフェイス３０には、モデルとディスプレイを更新するためのアクティベーションボタン３６も含まれている場合があり、また、これは自動的に実行することもできる。該当する場合は、利用可能なバイオマス推定モデルまたは予測モデルの中から選択するためのセレクタ３８も提供される場合がある。インタフェイス３０は、必要に応じて追加の情報（例えば、バイオリアクタおよび関連する固定床の追加のパラメータ、例えば体積対表面積比４０）を入力することも可能にする。

【0061】

インタフェイス３０は、モデル１８からの出力４２を、例えばグラフィック表現４４の形で、ターゲット到達時間の予測に関してさらに提供することができる。出力４２は、例えば、バイオマスの推定量または予測量を示すことができる。インタフェイス３０は、表示される情報を切り替えるための対応する選択ボタン４６などによって、１つ以上の代謝産物の対応するレベルの選択された表示を提供することができる。グラフィック表現４４に加えて、特定のターゲットに到達する推定時間の数値計算４８も表示される場合がある。

【0062】

図１０に示すように、代謝産物の値は時間の経過とともに更新される可能性があり（この場合も、手動または自動で）、これは表示３４に複数の行で表示され、入力３４ａを使用してデータセットの長さを増やすことが必要になる場合がある。このような場合、出力４２は、その特定の時間におけるバイオマスレベルを示すように修正され、かつそれに応じてグラフィック表現４４が更新され、ユーザが状況をリアルタイムで理解しやすくなる。出力４２は、取得された更新された情報を使用して、所望のバイオマスターゲットを達成するために推定数値時間計算４８を修正することもできる。

【0063】

呼吸、グルコース、および乳酸は、検知され、かつ細胞密度と相関し得る可能性のあるパラメータとして挙げられているが、他のパラメータも使用される可能性がある。例えば、パラメータは、グルタミン、ピルビン酸、アスパラギン、および一般的にはすべてのアミノ酸、クレブス回路の中間体、培養培地中に存在する糖類（Ｃ５およびＣ６）などの栄養素の消費に関連する可能性がある。パラメータは、アンモニア、エタノール、アラニンなどの副産物の生成にも関係する場合がある。モデルで使用できる追加のプロセスパラメータには、バイオリアクタのｐＨ、温度、および攪拌速度（酸素移動速度に影響を与える可能性があるため）を含むことがある。培地の量（ｍｌ／ｃｍ^２）、培地入口の流量（灌流／再循環）、培地交換などの供給戦略に関するパラメータもモデルに関連して使用できる。

【0064】

この開示が関係する可能性のあるさまざまな態様を要約すると、以下の項目が特定され、任意の組み合わせで配置できる。

【0065】

項目１．容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタのバイオマスを評価するシステムであって、
固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知する少なくとも１つのセンサと、
１つ以上のパラメータを固定床のバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラと、
を備える、システム。

【0066】

項目２．バイオマスを表す１つ以上のパラメータが、グルコースまたは乳酸のような細胞培養副産物を含む、項目１に記載のシステム。

【0067】

項目３．少なくとも１つのセンサが分光センサを含む、項目１または項目２に記載のシステム。

【0068】

項目４．少なくとも１つのセンサが酵素センサを含む、項目１から３のいずれかに記載のシステム。

【0069】

項目５．少なくとも１つのセンサがバイオリアクタに関連付けられたガスセンサを含む、項目１から４のいずれかに記載のシステム。

【0070】

項目６．ガスセンサおよび／またはコントローラは、空気および酸素ガスの流量入力、酸素出口濃度、酸素移動速度、酸素摂取速度、二酸化炭素発生速度、および呼吸比率のうちの１つ以上を決定するように適合されている、項目５に記載のシステム。

【0071】

項目７．少なくとも１つのセンサが、気泡を最小限に抑えるためにバイオリアクタの表面以外から液体を引き出す専用ラインの一部のような、バイオリアクタ内に配置されるか、またはバイオリアクタに接続された再循環ループ内に配置される、項目１から６のいずれかに記載のシステム。

【0072】

項目８．少なくとも１つのセンサがバイオリアクタからのサンプリングのための自動サンプラーと関連付けられている、項目１から７のいずれかに記載のシステム。

【0073】

項目９．コントローラは、将来の時点におけるバイオリアクタ内のバイオマスの量を推定するように適合されている、項目１から８のいずれかに記載のシステム。

【0074】

項目１０．バイオマスの量を表示するためのコントローラに関連付けられたディスプレイをさらに備える、項目１から９のいずれかに記載のシステム。

【0075】

項目１１．１つ以上のパラメータが、グルコース、乳酸、Ｇｌｕ、Ｇｌｎ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、ＮＨ_３、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、項目１から１０のいずれかに記載のシステム。

【0076】

項目１２．コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して固定床のバイオマスの量を出力するように適合されている、項目１から１１のいずれかに記載のシステム。

【0077】

項目１３．バイオリアクタが密閉容器を備える、項目１から１２のいずれかに記載のシステム。

【0078】

項目１４．容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含み、かつ再循環ループを含むバイオリアクタのバイオマスを評価するシステムであって、バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサを備え、少なくとも１つのセンサが再循環ループに関連付けられている、システム。

【0079】

項目１５．１つ以上のパラメータをバイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラをさらに備える、項目１４に記載のシステム。

【0080】

項目１６．コントローラは、将来の時点におけるバイオリアクタ内のバイオマスの量を推定するように適合されている、項目１５に記載のシステム。

【0081】

項目１７．コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して固定床のバイオマスの量を出力するように適合されている、項目１４または項目１５に記載のシステム。

【0082】

項目１８．バイオマスの量を表示するためのコントローラに関連付けられたディスプレイをさらに備える、項目１５から１７のいずれかに記載のシステム。

【0083】

項目１９．容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタのバイオマスを評価するシステムであって、
固定床バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知する少なくとも１つのセンサと、
１つ以上のパラメータに基づいて将来の時点での固定床バイオリアクタ内のバイオマスの量を予測するように適合されたコントローラと、を備える、システム。

【0084】

項目２０．バイオマスの量を表示するためのコントローラに関連付けられたディスプレイをさらに備える、項目１９に記載のシステム。

【0085】

項目２１．コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して固定床のバイオマスの量を出力するように適合されている、項目１９または項目２０に記載のシステム。

【0086】

項目２２．システムであって、
容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含むバイオリアクタ、および／または
バイオリアクタと流体連通する導管によって少なくとも１つのセンサに提供される液体の１つ以上のパラメータを検知するための少なくとも１つのセンサであって、導管が気泡の発生を最小限に抑えるために、バイオリアクタの表面以外のバイオリアクタから流体を引き出すための専用ラインを備えている、センサ、を備える、システム。

【0087】

項目２３．１つ以上のパラメータをバイオリアクタのバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラをさらに備える、項目２２に記載のシステム。

【0088】

項目２４．コントローラは将来の時点でのバイオリアクタ内のバイオマスの量を推定するように適合されている、項目２３に記載のシステム。

【0089】

項目２５．コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して固定床のバイオマスの量を出力するように適合されている、項目２３または項目２４に記載のシステム。

【0090】

項目２６．バイオマスの量を表示するためのコントローラに関連付けられたディスプレイをさらに含む、項目２３から２５のいずれかに記載のシステム。

【0091】

項目２７．容器と、そのような容器内に配置された固定床と、を含み、固定床内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知するセンサと関連付けられたバイオリアクタ内のバイオマスを評価するシステムであって、
バイオリアクタからサンプルを取得し、サンプルをセンサと関連付ける自動サンプラー、および／または
センサからの１つ以上のパラメータを固定床のバイオマスの量と相関させるように適合されたコントローラ、を備える、システム。

【0092】

項目２８．コントローラは、将来の時点での固定床内のバイオマスの量を推定するように適合されている、項目２７に記載のシステム。

【0093】

項目２９．コントローラは、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを入力として受け取り、相関モデルを使用して１つ以上のパラメータを処理して固定床のバイオマスの量を出力するように適合されている、項目２７または項目２８に記載のシステム。

【0094】

項目３０．バイオマスの量を表示するためのコントローラに関連付けられたディスプレイをさらに含む、項目２７から２９のいずれかに記載のシステム。

【0095】

項目３１．バイオマスを評価する方法であって、
固定床バイオリアクタ内で細胞を培養すること、および／または
培養ステップ中または培養ステップ後に、バイオリアクタ内またはバイオリアクタから放出される細胞培養液から、固定床バイオリアクタ内のバイオマスを表す１つ以上のパラメータを検知することであって、１つ以上のパラメータは細胞培養物の代謝産物レベルおよび／または呼吸レベルを含む、検知すること、および／または
１つ以上のパラメータをコントローラに送信すること、および／または
固定床のバイオマスの量を推定するよう１つ以上のパラメータを使用すること、を含む、方法。

【0096】

項目３２．使用ステップは、プロセッサおよび相関モデルを使用して、１つ以上のパラメータを固定床内のバイオマスの量と相関させることを含む、項目３１に記載の方法。

【0097】

項目３３．１つ以上のパラメータをコントローラに手動で入力するステップをさらに含む、項目３１または項目３２に記載の方法。

【0098】

項目３４．バイオマスの量は、予測される将来のバイオマスの量である、項目３１から３３のいずれかに記載の方法。

【0099】

項目３５．検知ステップは、細胞培養液を固定床バイオリアクタの外部の代謝産物センサに供給することを含む、項目３１から３４のいずれかに記載の方法。

【0100】

項目３６．検知ステップは、空気および酸素ガスの流量入口、酸素出口濃度、酸素移動速度、酸素摂取速度、二酸化炭素発生速度、および呼吸比率のうちの１つ以上を監視することによって細胞培養呼吸レベルを検知することを含む、項目３１から３５のいずれかに記載の方法。

【0101】

項目３７．細胞を含む固定床バイオリアクタ内のバイオマスを評価する方法であって、
固定床バイオリアクタのパラメータを測定すること、および／または
固定床バイオリアクタの細胞密度の実測値を取得すること、および／または
パラメータと細胞密度の実測値に基づいて推定細胞密度の相関モデルを開発すること、を含む方法。

【0102】

項目３８．サンプリングを必要とせずに相関モデルを使用して細胞密度を推定するステップをさらに含む、項目３７に記載の方法。

【0103】

項目３９．推定ステップは、センサを使用してパラメータを測定し、測定されたパラメータを相関モデルに適用することをさらに含む、項目３７に記載の方法。

【0104】

項目４０．実測値を取得するステップは、固定床バイオリアクタをサンプリングすることを含む、項目３７から３９のいずれかに記載の方法。

【0105】

項目４１．相関モデルを使用して、現在の時点または将来の時点における推定細胞密度を提供するステップをさらに含む、項目３７から４０のいずれかに記載の方法。

【0106】

項目４２．推定された細胞密度に基づいて細胞を感染またはトランスフェクトする時期を決定するステップをさらに含む、項目３１から４１のいずれかに記載の方法。

【0107】

項目４３．項目３７から４２のいずれかに記載の方法を使用して得られた相関モデルを固定床バイオリアクタの測定されたパラメータに適用して細胞密度を推定するように適合されたコントローラを含み、これにより、細胞培養中に細胞密度をサンプリングまたは測定する必要がなくなる、バイオリアクタシステム。

【0108】

項目４４．項目３７から４２に記載の方法を使用して得られた相関モデルを適用して固定床バイオリアクタの細胞密度を予測するように適合されたコントローラを含み、これにより、細胞培養中に細胞密度をサンプリングまたは測定する必要がなくなる、バイオリアクタシステム。

【0109】

項目４５．第１の固定床バイオリアクタにおける細胞密度の最終予測モデルを開発する方法であって、
細胞密度と１つ以上の第２の固定床バイオリアクタの１つ以上のパラメータとを相関させる予備モデルを開発すること、および／または
１つ以上の第２の固定床バイオリアクタから細胞密度の実測値を取得することにより予備モデルを検証して最終モデルに到達すること、および／または
最終モデルを第１の固定床バイオリアクタに適用して細胞密度を推定すること、を含む方法。

【0110】

項目４６．予備モデルを開発するステップは、複数の第２の固定床バイオリアクタにおいて、細胞密度と代謝産物とを相関させることを含む、項目４５に記載の方法。

【0111】

項目４７．取得ステップは、１つ以上の第２の固定床バイオリアクタから細胞密度を表す１つ以上のサンプルを取得することを含む、項目４５または項目４６に記載の方法。

【0112】

項目４８．取得ステップは、１つ以上の第２の固定床バイオリアクタを開き、その中の固定床上の細胞の少なくとも一部を数えることを含む、項目４５から４８のいずれかに記載の方法。

【0113】

この開示の目的上、以下の用語は以下の意味を有する。
本明細書で使用されている「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈により明らかに別の意味が示されていない限り、単数と複数の両方の対象を指す。例として、「コンパートメント」は１つまたは複数のコンパートメントを指す。

【0114】

本明細書で使用されている、パラメータ、量、時間的持続時間などの測定可能な値を指す「約」、「実質的に」、「一般的に」、または「おおよそ」は、開示された発明においてそのような変動が実行するのに適切である限り、指定された値の、および指定された値から＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、より好ましくは＋／－５％以下、さらに好ましくは＋／－１％以下、およびさらにより好ましくは＋／－０．１％以下の変動を包含することを意味する。ただし、「約」という修飾語が指す値自体も具体的に開示されていることを理解する必要がある。

【0115】

本明細書で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、または「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「含んでいる（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」と同義であり、かつ後に続くものの存在を特定する包括的またはオープンエンドの用語であり、例えば、「コンポーネントが含む」は、当該技術分野で既知であるか開示されている、記載されていない追加のコンポーネント、特徴、要素、部材、ステップの存在を除外または排除するものではない。

【0116】

本明細書では特定の実施形態が示され、かつ説明されているが、そのような実施形態は例としてのみ提供されていることは、当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、数多くの変形、変更、および代替を思いつくであろう。本発明を実施する際には、本明細書に記載した本発明の実施形態のさまざまな代替例が採用され得ることが理解されるべきである。以下の請求項は、適用法に基づく保護の範囲を定義し、かつこれらの請求項の範囲内の方法および構造、ならびにそれらの均等物がそれによってカバーされることが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】