SINGLE-USE BIOREAKTOREN IN BIOPHARMAZEUTISCHEN … · Bioreaktor 0.1 - 100 Sartorius Stedim Biotech...
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Zuumlrcher Fachhochschule
Institut fuumlr Chemie und Biotechnologie (ICBT)
SINGLE-USE BIOREAKTOREN IN BIOPHARMAZEUTISCHEN PROZESSEN
Regine Eibl
1
httpswwwzhawchdelsfminstitute-zentrenicbtbioverfahrens-und-zellkulturtechnik
Zuumlrcher Fachhochschule
Agenda
bull Einfuumlhrung zu Single-Use Bioreaktoren
Definition und Meilensteine der Entwicklung Instrumentierung
bull Uumlbersicht
Haumlufig eingesetzte Bioreaktortypen Charakteristik und Anwendungen
bull Neue Kultivierungstechnologien
Renaissance der Perfusion Inokulumproduktion Fermentation
bull Fazit und Ausblick
2
Zuumlrcher Fachhochschule 3
wwwa-z-singleuseorg und httpa-z-singleuseorg
Zuumlrcher Fachhochschule
Single-Use Bioreaktoren Meilensteine der Entwicklung
bull 1953 Fenwal entwickelt ersten Blutbeutel aus Kunststoff
Dr Carl W Walter und David Bellamy
bull Bis Mitte der 70er
Entwicklung von Kunststoffbeuteln fuumlr die
Transfusionsmedizin und Ersatz von weiterem
Equipment aus Glas im Zellkulturlabor
Antikoumlrperproduktion in Hohlfaserbioreaktoren
Markteinfuumlhrung der CellFactory
bull Ende der 90er Erster kommerzieller Wave-
Reaktor verfuumlgbar
4
Bildquelle
httpsenwikipediaorgwikiCarl_W_Wa
lter und httpcache1asset-
cachenetxt536895305jpgv=1ampg=fs1|0|
SKP279|95|305amps=1 22018
Zuumlrcher Fachhochschule 5
Geruumlhrte
Systeme und
Modifikationen01 L - 4`000 L
Geschuumlttelte
Systeme1 mL ndash 200 L (2`500 L)Wellendurchmischte
Systeme01 L ndash 500 L
Statische Systeme1 mL ndash 1 L
Hybride
Systeme05 L ndash 8 L
Hydraulische
Systeme1 mL ndash 110 mL
(max 20 Module)
Pneumatische
Systeme06 L ndash 500 L
Single-Use
Bioreaktoren
Single-Use Bioreaktoren Heute
Zuumlrcher Fachhochschule
Instrumentierung
6
bull Zwei Loumlsungsansaumltze
in situ Sensoren
ex situ Sensoren (Sterilbarriereoder beruumlhrungsloses Messprinzip)
bull in situ Sensoren
Standardsensoren 12 mm Ports Sonderloumlsungen oder bdquoAsepticConnectorsldquo erforderlich
Single-Use Sensoren Hauptsaumlchlich chemisch-optische Sensoren fuumlr pH und pO2
Weitere optische Single-Use Senso-ren Truumlbung Fluoreszenz Biomas-se
Flexsafe RM
optical
AppliFlex
Standard
Sensor module
Pall Kleenpaktrade Connector Assembly Aid
Insid
e B
PC
Ou
tsid
e B
PC
1 Make Connection
2 Push in bellows
Probe
Probe
TruFluor Sensor
Zuumlrcher Fachhochschule
Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
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Agenda
bull Einfuumlhrung zu Single-Use Bioreaktoren
Definition und Meilensteine der Entwicklung Instrumentierung
bull Uumlbersicht
Haumlufig eingesetzte Bioreaktortypen Charakteristik und Anwendungen
bull Neue Kultivierungstechnologien
Renaissance der Perfusion Inokulumproduktion Fermentation
bull Fazit und Ausblick
2
Zuumlrcher Fachhochschule 3
wwwa-z-singleuseorg und httpa-z-singleuseorg
Zuumlrcher Fachhochschule
Single-Use Bioreaktoren Meilensteine der Entwicklung
bull 1953 Fenwal entwickelt ersten Blutbeutel aus Kunststoff
Dr Carl W Walter und David Bellamy
bull Bis Mitte der 70er
Entwicklung von Kunststoffbeuteln fuumlr die
Transfusionsmedizin und Ersatz von weiterem
Equipment aus Glas im Zellkulturlabor
Antikoumlrperproduktion in Hohlfaserbioreaktoren
Markteinfuumlhrung der CellFactory
bull Ende der 90er Erster kommerzieller Wave-
Reaktor verfuumlgbar
4
Bildquelle
httpsenwikipediaorgwikiCarl_W_Wa
lter und httpcache1asset-
cachenetxt536895305jpgv=1ampg=fs1|0|
SKP279|95|305amps=1 22018
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Geruumlhrte
Systeme und
Modifikationen01 L - 4`000 L
Geschuumlttelte
Systeme1 mL ndash 200 L (2`500 L)Wellendurchmischte
Systeme01 L ndash 500 L
Statische Systeme1 mL ndash 1 L
Hybride
Systeme05 L ndash 8 L
Hydraulische
Systeme1 mL ndash 110 mL
(max 20 Module)
Pneumatische
Systeme06 L ndash 500 L
Single-Use
Bioreaktoren
Single-Use Bioreaktoren Heute
Zuumlrcher Fachhochschule
Instrumentierung
6
bull Zwei Loumlsungsansaumltze
in situ Sensoren
ex situ Sensoren (Sterilbarriereoder beruumlhrungsloses Messprinzip)
bull in situ Sensoren
Standardsensoren 12 mm Ports Sonderloumlsungen oder bdquoAsepticConnectorsldquo erforderlich
Single-Use Sensoren Hauptsaumlchlich chemisch-optische Sensoren fuumlr pH und pO2
Weitere optische Single-Use Senso-ren Truumlbung Fluoreszenz Biomas-se
Flexsafe RM
optical
AppliFlex
Standard
Sensor module
Pall Kleenpaktrade Connector Assembly Aid
Insid
e B
PC
Ou
tsid
e B
PC
1 Make Connection
2 Push in bellows
Probe
Probe
TruFluor Sensor
Zuumlrcher Fachhochschule
Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
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Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
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Foto Lonza Cologne GmbH
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule 3
wwwa-z-singleuseorg und httpa-z-singleuseorg
Zuumlrcher Fachhochschule
Single-Use Bioreaktoren Meilensteine der Entwicklung
bull 1953 Fenwal entwickelt ersten Blutbeutel aus Kunststoff
Dr Carl W Walter und David Bellamy
bull Bis Mitte der 70er
Entwicklung von Kunststoffbeuteln fuumlr die
Transfusionsmedizin und Ersatz von weiterem
Equipment aus Glas im Zellkulturlabor
Antikoumlrperproduktion in Hohlfaserbioreaktoren
Markteinfuumlhrung der CellFactory
bull Ende der 90er Erster kommerzieller Wave-
Reaktor verfuumlgbar
4
Bildquelle
httpsenwikipediaorgwikiCarl_W_Wa
lter und httpcache1asset-
cachenetxt536895305jpgv=1ampg=fs1|0|
SKP279|95|305amps=1 22018
Zuumlrcher Fachhochschule 5
Geruumlhrte
Systeme und
Modifikationen01 L - 4`000 L
Geschuumlttelte
Systeme1 mL ndash 200 L (2`500 L)Wellendurchmischte
Systeme01 L ndash 500 L
Statische Systeme1 mL ndash 1 L
Hybride
Systeme05 L ndash 8 L
Hydraulische
Systeme1 mL ndash 110 mL
(max 20 Module)
Pneumatische
Systeme06 L ndash 500 L
Single-Use
Bioreaktoren
Single-Use Bioreaktoren Heute
Zuumlrcher Fachhochschule
Instrumentierung
6
bull Zwei Loumlsungsansaumltze
in situ Sensoren
ex situ Sensoren (Sterilbarriereoder beruumlhrungsloses Messprinzip)
bull in situ Sensoren
Standardsensoren 12 mm Ports Sonderloumlsungen oder bdquoAsepticConnectorsldquo erforderlich
Single-Use Sensoren Hauptsaumlchlich chemisch-optische Sensoren fuumlr pH und pO2
Weitere optische Single-Use Senso-ren Truumlbung Fluoreszenz Biomas-se
Flexsafe RM
optical
AppliFlex
Standard
Sensor module
Pall Kleenpaktrade Connector Assembly Aid
Insid
e B
PC
Ou
tsid
e B
PC
1 Make Connection
2 Push in bellows
Probe
Probe
TruFluor Sensor
Zuumlrcher Fachhochschule
Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Single-Use Bioreaktoren Meilensteine der Entwicklung
bull 1953 Fenwal entwickelt ersten Blutbeutel aus Kunststoff
Dr Carl W Walter und David Bellamy
bull Bis Mitte der 70er
Entwicklung von Kunststoffbeuteln fuumlr die
Transfusionsmedizin und Ersatz von weiterem
Equipment aus Glas im Zellkulturlabor
Antikoumlrperproduktion in Hohlfaserbioreaktoren
Markteinfuumlhrung der CellFactory
bull Ende der 90er Erster kommerzieller Wave-
Reaktor verfuumlgbar
4
Bildquelle
httpsenwikipediaorgwikiCarl_W_Wa
lter und httpcache1asset-
cachenetxt536895305jpgv=1ampg=fs1|0|
SKP279|95|305amps=1 22018
Zuumlrcher Fachhochschule 5
Geruumlhrte
Systeme und
Modifikationen01 L - 4`000 L
Geschuumlttelte
Systeme1 mL ndash 200 L (2`500 L)Wellendurchmischte
Systeme01 L ndash 500 L
Statische Systeme1 mL ndash 1 L
Hybride
Systeme05 L ndash 8 L
Hydraulische
Systeme1 mL ndash 110 mL
(max 20 Module)
Pneumatische
Systeme06 L ndash 500 L
Single-Use
Bioreaktoren
Single-Use Bioreaktoren Heute
Zuumlrcher Fachhochschule
Instrumentierung
6
bull Zwei Loumlsungsansaumltze
in situ Sensoren
ex situ Sensoren (Sterilbarriereoder beruumlhrungsloses Messprinzip)
bull in situ Sensoren
Standardsensoren 12 mm Ports Sonderloumlsungen oder bdquoAsepticConnectorsldquo erforderlich
Single-Use Sensoren Hauptsaumlchlich chemisch-optische Sensoren fuumlr pH und pO2
Weitere optische Single-Use Senso-ren Truumlbung Fluoreszenz Biomas-se
Flexsafe RM
optical
AppliFlex
Standard
Sensor module
Pall Kleenpaktrade Connector Assembly Aid
Insid
e B
PC
Ou
tsid
e B
PC
1 Make Connection
2 Push in bellows
Probe
Probe
TruFluor Sensor
Zuumlrcher Fachhochschule
Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule 5
Geruumlhrte
Systeme und
Modifikationen01 L - 4`000 L
Geschuumlttelte
Systeme1 mL ndash 200 L (2`500 L)Wellendurchmischte
Systeme01 L ndash 500 L
Statische Systeme1 mL ndash 1 L
Hybride
Systeme05 L ndash 8 L
Hydraulische
Systeme1 mL ndash 110 mL
(max 20 Module)
Pneumatische
Systeme06 L ndash 500 L
Single-Use
Bioreaktoren
Single-Use Bioreaktoren Heute
Zuumlrcher Fachhochschule
Instrumentierung
6
bull Zwei Loumlsungsansaumltze
in situ Sensoren
ex situ Sensoren (Sterilbarriereoder beruumlhrungsloses Messprinzip)
bull in situ Sensoren
Standardsensoren 12 mm Ports Sonderloumlsungen oder bdquoAsepticConnectorsldquo erforderlich
Single-Use Sensoren Hauptsaumlchlich chemisch-optische Sensoren fuumlr pH und pO2
Weitere optische Single-Use Senso-ren Truumlbung Fluoreszenz Biomas-se
Flexsafe RM
optical
AppliFlex
Standard
Sensor module
Pall Kleenpaktrade Connector Assembly Aid
Insid
e B
PC
Ou
tsid
e B
PC
1 Make Connection
2 Push in bellows
Probe
Probe
TruFluor Sensor
Zuumlrcher Fachhochschule
Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Instrumentierung
6
bull Zwei Loumlsungsansaumltze
in situ Sensoren
ex situ Sensoren (Sterilbarriereoder beruumlhrungsloses Messprinzip)
bull in situ Sensoren
Standardsensoren 12 mm Ports Sonderloumlsungen oder bdquoAsepticConnectorsldquo erforderlich
Single-Use Sensoren Hauptsaumlchlich chemisch-optische Sensoren fuumlr pH und pO2
Weitere optische Single-Use Senso-ren Truumlbung Fluoreszenz Biomas-se
Flexsafe RM
optical
AppliFlex
Standard
Sensor module
Pall Kleenpaktrade Connector Assembly Aid
Insid
e B
PC
Ou
tsid
e B
PC
1 Make Connection
2 Push in bellows
Probe
Probe
TruFluor Sensor
Zuumlrcher Fachhochschule
Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
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Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
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CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
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Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
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Waumldenswil
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Groumlsste Vielfalt Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren
7
bull Blasenbeluumlftet und bis max 4 m3 Arbeitsvolumen up-scale-bar
Zylindrisches oder kubisches GefaumlssBag
Zentrisch gelagerte rotierende Ruumlhrer dominieren (Magnetantrieb oder Gleitringdichtung)
Geometrische Aumlhnlichkeit zu wiederverwendbaren Gegenspielern
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
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Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
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Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (rigid) bis 75 L Uumlbersicht
8
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt rigider Kessel CellVessel 21- und 23 Serie 025 - 75 CerCell
CelliGen BLU Benchtop-
Ruumlhrreaktor
(BioBLU 1c 5c 14c 50c)
025 - 40 Eppendorf
DASGIP Parallel-Bioreaktor
(Bio-Block mit BioBLU 1c)
025 - 125
Mobius CellReady 1 - 24 Merck
UniVessel SU 06 - 2 Sartorius Stedim Biotech
SmartVessel Single-Use
Bioreaktor
05 - 22 Thermo Fisher Scientific
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren (Bag) bis 4 m3 Uumlbersicht
9
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Geruumlhrt Bag Xcellerex XDR 45 ndash 2`000 GE Healthcare
Mobius CellReady 10 ndash 2`000 Merck
Allegro STR 60 ndash 2`000 Pall Life Sciences
PadReaktor 8 - 960
BIOSTAT STR 125 ndash 2`000 Sartorius Stedim Biotech
HyPerforma SUB 25 ndash 2`000 Thermo Fisher Scientific
Custom Single Run (CSR) 50 - 4`000 ABEC
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule 10Bildquelle httpabeccomsingle-use-solutionshtml 92017
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Zweitgroumlsste Gruppe Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren
11
bull Durchmischung durch Bewegung des Rockers
Systeme mit 1D-Mischbewegung verfahrenstechnisch am besten untersucht und haumlufigsten fuumlr tierische Zellen verwendet (aber Stofftransferlimitationen fuumlr Pflanzenzellen und Mikroorganismen moumlglich)
Intensitaumlt = f (Kipprate Kippwinkel Befuumlllung 10-50)
Welleninduzierte Mischbewegung bei Oberflaumlchenbegasung und permanenter Erneuerung der Medienoberflaumlche keine Antischaummittelzugabe
Homogenere Energiedissipation im Vergleich zu geruumlhrten Zellkulturrektoren
1D 2D 3D
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren Produkt-beispiele
12
SmartRocker
20 L 50 L
Allegro XRS 20
20 L
CELL-tainer
200 L
BIOSTAT RM
20 L
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
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CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren bis 500 L Uumlbersicht
13
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Wellendurchmischt
Bag eindimensional
AppliFlex 05 - 25 Applikon
CellTumbler 05 - 10 CerCell
SmartRocker
Bioreaktor
05 - 25 Thermo Fisher Scientific
Wave Bioreaktor System 02 - 500 GE Healthcare
ReadyToProcess WAVE25 02 - 25 GE Healthcare
BIOSTAT RM
Bioreaktor
01 - 100 Sartorius Stedim Biotech
Wellendurchmischt
Bag zweidimensional
CELL-tainer 0015 - 200 Celltainer Biotech
Wellendurchmischt
Bag dreidimensional
Allegro XRS 20 01 - 20 Pall Life Sciences
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren
14
bull Bioverfahrenstechnischer Erkennt-niszuwachs zum orbitalen Schuumltteln
Microwellplatten Tubes und Kolben
Publikationen wwwshakingtechnologycom
Prozess-Scale-up von Tubes und Schuumlttel-kolben auf 3 L Single-Use Fernbachkolben 2 L 10 L und 20 L Bags etc unter Einsatz konventineller Schuumlttler mit speziellen Schuumlttelplattformen wenn mit tierischen Zellkulturen gearbeitet
Entwicklung up-scale barer orbital geschuumlt-telter Single-Use Bioreaktoren fuumlr tierische Zellkulturen
Multitron Cell
3x 2L 2x 10L or 1x 20L
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Orbital geschuumlttelte Single-Use Bioreaktoren (up scale-bar)
15
SB2500-X
10 L 50 L 200 L 2`500 L
Mabion Rituximab (Biosimilar-mAb)
SB200-X
Reaktorkategorie Reaktorname Kapazitaumlt [L] Hersteller
Orbital geschuumlttelt Bag OrbShake Bioreaktor 1 ndash 2`500 Adolf Kuumlhner
Current Bioreaktor 05 - 300 Hangzhou Amprotein
Bioengineering
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Gegenwaumlrtige Haupteinsatzgebiete der vorgestellten Single-Use Bioreaktoren
bull USP-Prozesse mit tierischen Zellkulturen (1 m3 oder 2 m3)
Saumlugerzellen (und teilweise Insektenzellen)
Produkte
Inokulum
mAbs fuumlr die Therapie von
Krebs- und Autoimmunerkrankungen
biosimilare mAbs
Vakzine fuumlr Mensch und Tier
Verfahren
Fed Batch
Hochleistungszelllinie (gt 5 g L-1)
max 21 d
16
Seed train Inoculum train Antibody expression
Stirred SU bioreactor with 1000L
cultivation bag
Stirred SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 50L200L cultivation bag
Wave-mixed SU bioreactor with 10L20L
cultivation bag1L shake flasksWCB vial
(a) (a)
(b) (b)
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
Zuumlrcher Fachhochschule 26
Waumldenswil
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Kultivierungstechnologien mit Single-Use Bio-reaktoren
bull Ziele
Zeit- und Kosteneinsparungen
Erhoumlhung der Raum-Zeit-Ausbeute
Produkt in ausreichender Quanti- und Qualitaumlt
Kurze Prozesszeit Kleiner Scale hohe metabolische Aktivitaumlt
bull Erreichbar durch Prozessintensivierung in Verbindung mit Perfusion
Cell Banking und Inokulumproduktion
LV- oder HCD-WCB Einschrittinokulation und ndashexpansion
Fermentation
Klassische Kontinuierliche Perfusionsproduktion Konzentrierte Fed Batch-Produktion und konzentrierte
kontinuierliche Perfusionsproduktion
High Seed Fed Batch-Produktion
17
Zuumlrcher Fachhochschule 18
Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
carriers
Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
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CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
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Perfusion
SU
centrifuges
SU crossflow
filtrations
devices
Hollow fibers
Macro-
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Internal
Micro-
carriers
SU packed bed
bioreactors
operating with
fiber carriers
Mechanically and
pneumatically
driven SU
bioreactors
Wave-mixed
SU bioreactors
Hollow fiber
SU bioreactors
Hollow fiber
modules
TFF cassettes
ATF devices
Bags with
integrated
membranes
External
Carriers
Stirred and wave-mixed SU
bioreactors
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
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CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
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High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
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Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
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Waumldenswil
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Neue Welle in USP-Perfusion seit den letzten 5 Jahren
bull Verwendung von Mikro- und Ultrafiltra-tions- anstelle von Dialysemembranen
bull Kontinuierliche Langzeitprozesse uumlber 3 Monate eher selten
bull Beispiele Single-Use Bioreaktoren mit ATF-Modul 50 L bis 2 m3
LG (Korea) CruCell (Niederlande) Transgene (Frankreich) Wuxi (China) Patheon (Australien)
Wellendurchmischte und geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Hohlfasermodul
19
XCellTM ATF 6 Single-use System
Zuumlrcher Fachhochschule
bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
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Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
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CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
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High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
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Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
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bull LV- oder HCD-WCBs Reduktion der arbeits- und zeitaufwendigen Schritte zur Bereitstellung
des Inokulums fuumlr den Produktionsbioreaktor
Verbesserung der Inokulum- und Produktkonsistenz
bull Voraussetzung fuumlr Bag-to-Bag-Inokulation und Zellexpansion
ohne Zwischenkultivierungsschritte in geruumlhrten wellen-
durchmischten oder orbital geschuumlttelten Single-Use Bioreak-
toren
Cell Banking Einschrittinokulation und -expansion
Thawing from large-volume
working cell bankInoculation Thawing from high cell
density working cell bankInoculation
20
Thawing from
working cell bankCell expansion Inoculation
Bildquelle I Wolfgram 2017
Zuumlrcher Fachhochschule
CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
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High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
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CHO Zellen Sf-9 Zellen Hi5 Zellen
Zelllinie CHO XM 111-10 (ETHZ)
Sf-9(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Hi5(GibcoThermo Fisher
Scientific)
Medium ChoMaster HP-1(Cell Culture Technologies)
Sf900III SFM(Thermo Fisher Scientific)
Express Five(Thermo Fisher Scientific)
Inokulumproduktion BIOSTAT RM 20 mit CultiBag RM 2L Perfusion oder Flexsafe RM 2L Perfusion(Sartorius Stedim Biotech)
Cryobag KryoSure FEP Bags (CellGenix)
OriGen PL Bags (OriGen Biomedical)
Celsius-Pak Bags (Sartorius Stedim Biotech)
FP-Flex Bags (Charter Medical)
EVA bags (Macopharma)
Bioreaktor Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Schuumlttelkolben (Corning)
Mobius CellReady 3L (Thermo Fisher Scientific)
SB10-X (Kuumlhner AG)
Schuumlttelkolben (Corning)
BIOSTAT RM2050 mit CultiBag RM 2L und
CultiBag RM 10L(Sartorius Stedim Biotech)
Analytik Zelldichte Viabilitaumlt durchschnittlicher Zelldurchmesser - Cedex HiRes (Roche)
Substrat- und Metabolitenproduktionen - BioProfile 100 Plus (Nova Biomedical)
Produktkonzentration und ndashaktivitaumlt (teilweise SDS-Page und Tierversuche)
21
Zuumlrcher Fachhochschule
High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
Zuumlrcher Fachhochschule
bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
24
Foto Lonza Cologne GmbH
Zuumlrcher Fachhochschule
Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
25
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High Seed Fed Batch- anstatt Low Seed Fed Batch-Produktion
22
bull Inokulation des Produktionsbioreaktors mit 1107 Zellen mL-1 anstatt 5105 Zellen mL-1
Ziele Gleiche oder houmlhere mAb-Titer innerhalb kuumlrzerer Zeit Erhoumlhung der Produktionsausbeute gt30 Erhoumlhung der Produktionskapazitaumlt (haumlufiges Bottleneck ist
Produktionsbioreaktor)
Problem Konstante Produktqualitaumlt Voraussetzungen
Grosse Zellmengen fuumlr die Inokulation Geeignetes Kulturmedium
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bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
23
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Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
Knochenmark- und Fettstammzellen
Geruumlhrte Single-Use Bioreaktoren mit Microcarriern(max 150 L Arbeitsvolumen)
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Neue Applikationen Pflanzenzellbasierte Kosmetik-wirkstoffe Food und Foodsupplemente
bull Pflanzenzellkulturen fuumlr natuumlrliche undnachhaltige Kosmetikprodukte
Mehr als 20 Produkte in letzten 10 Jahren inEuropa
Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
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bull Gut etabliert im USP Tierische Zellkulturen Geruumlhrte und wellendurchmischte Versionen bis
2 m3 Arbeitsvolumen Shift zu Perfusionsmodi in FampE erkennbar
bull Trotz neuer Erkenntnisse und Entwicklungen noch Limitationen Aber Weiteres Wachstum des Single-Use Bioreaktor-
segmentes prognostiziert Neue Biopharmapplikationen Prozesse mit Bakterien
und Pilzen HyPerforma SUF (30 L 300 L) und XDR MO fermentor (50 L
500 L)
Fazit Single-Use Bioreaktoren in biopharmazeutischen Produktionsprozessen
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Neue Applikationen Zellexpansion fuumlr Zelltherapien
bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
Wellendurchmischte Single-Use Bioreaktoren (max 10 L Arbeitsvolumen)
Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
Autologer und allogener Ansatz
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Am bekanntesten PhytoCellTec Malus Domestica Suspensionskulturen und Hairy Roots Prozessentwicklung und teilweise kommerzielle Pro-
duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
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bull Ersatz planarer Kultivierungssysteme
Expansion autologer T-Zellen
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Expansion humaner mesenchymaler Stammzellen
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duktion in wellendurchmischten Single-Use Bioreaktoren
bull Auswirkungen auf Lebensmittelindustrie Alternative Produktionsmethoden fuumlr Food und
Foodsupplemente Erste Produkte in EU zugelassen (Echigena Plus) Pflanzliche Suspensionskulturen Essbare Biomasse Farbstoffe Aromastoffe Geschmacksstoffe Suumlssungsmittel
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