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바이오제약 산업의 세포배양(Cell Culture)단계에서 최적화 여과공정 사례 연구|파카하니핀 코리아

Optimizing a Cell Culture Media Filtration Process_Parker PROPOR MURUS Capsule Filters_Parker Bioscience Filration

 

이번 사례는 바이오 제약 산업 고객의 세포배양 여과공정을 파카가 어떻게 최적화 했는지에 대한 Case study입니다.

바이오제약 분야의 한 고객은 바이오시밀러 제조공정 중 upstream단계의 하나인 세포배양(Cell Culture) 공정을 검토하고 있었습니다.

기존 공정은 3가지의 서로 다른 media 즉, Glass fiber, Cellulose 및 PVDF media가 적용된 필터를 사용하여 총 5 단계의 여과 과정을 거쳐야만 했습니다.

Parker Bioscience Filtration의 TSG(Technical Support Group) 팀은 고객의 프로세스를 최적화하고 단순화하기 위하여 아래와 같이 제안하였습니다.
 

  • 고객 요청 사항

6시간 내에 2000L 배치를 여과 할 수 있는 시스템이 필요했으며 라인은 두 종류의 배지, TSB(tryptone soya broth) 와 VSB(vegetable soya broth)를 모두 배양할 수 있어야 했습니다.

그래서 파카는 5 단계 프로세스를 줄일 수 있는지(이상적으로는 1 단계로) 테스트를 진행하였고, 유체와 접촉하는 물질의 수를 줄이기 위해 필터 메디아재료를 단순화할 수 있는지도 검토하였습니다.


또한 공정의 유연성을 높이기 위해 Single Use Capsule Filter타입으로 변경하기를 원했으며, 공정 검증의 일환으로 마이코플라즈마(Mycoplasma) 보존 밸리데이션 데이터를 제공할 수 있는지 문의했습니다. 
 

Optimizing a Cell Culture Media Filtration Process_Preventing Mycoplasma Contamination White Paper_Parker Bioscience Filtration


 

마이코플라즈마 오염과 이에 대처하는 방법에 대해 자세히 알고 싶은 경우 다음 백서를 읽어보십시오. 마이코플라즈마 오염 방지(영문)

 

 

 

 

Optimizing a Cell Culture Media Filtration Process_Parker SciLog FilterTec Normal Flow Filtration Laboratory System_Parker Bioscience Filtration
  • 실험 과정

최초 권장 사항을 확인할 수 있도록 Parker의 SciLog® FilterTec을 사용하여 디스크를 실험하였으며, 고객의 프로세스대로 사전 시뮬레이션을 진행한 결과, 필터의 최대 용량을 설정할 수 있었습니다.

SciLog® FilterTec 장치는 실험실 규모(Lab-sacle)의 Dead-End Filtration system (전량여과방식) 으로 압력과 유량 조건을 완벽하게 통제한 상태에서 필터링 실험이 진행 가능하며 다양한 필터 조합의 처리 용량을 평가하는 데 사용됩니다.
이번 사례에서 고객은 일정한 유량에서 여과된 유체의 양을 측정하기 위해 이 시스템을 사용하였습니다.


SciLog® FilterTec 장치는 설정된 공급 압력을 유지하면서 유체의 흐름과 실제 전체 시스템 (Full-scale)을 예측할 수 있으며 각 단계에서의 차압 측정 또한 가능합니다. 
측정 작업은 자동으로 실행 및 기록되며, 이렇게 시행된 시뮬레이션 결과는 관련 여과 시스템의 규모에 따라 실제 전체 시스템에 적용할 수 있습니다. 
25mm 디스크 하우징과 소형 500cm2 캡슐을 사용한 사이트 테스트가 실시되었습니다. Parker의 PROPOR SG 0.1mic, PROPOR HC 0.2mic 및 PROPOR MR 0,1mic 필터가 사용되었고 Pre Filter를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우로 각각 각각 평가되었습니다. 

최종 시스템에서는 마이코플라즈마 제거를 위해 0.1mic가 필요했지만 비교 데이터를 위해 0.2mic 필터가 추가되었습니다.
또한 이 적용 사례에서 시스템 inlet 압력이 최대 1,500mbar에 도달할 때까지 분당16.0ml 유량을 25mm 디스크에 유지하는 것으로 설정했습니다. 이것은 10인치 멸균필터일 경우 분당 20.8L유량과 동일하게 설정한 것이며 일반적으로 사용하는 유량보다 높은 것이었습니다.


결정적으로 더 높은 유량을 사용함으로써 최악의 상황을 설정하여 테스트를 실시했습니다. 상대적으로 유량이 증가하면 더 빠른 속도로 필터막힘이 발생하기 때문이며 장치에서는 Upstream 압력 증가 시점에 필터막힘을 측정했습니다.
Parker는 바이오 제약 분야의 혼합 공정에 다양한 변위적인 RISK가 있기 때문에 이에 대비하기 위해 고객에게 프리필터를 적용할 것을 조언했으며 고객은 이를 반영하여 2단계 멸균 시스템을 표준으로 정하였습니다.

 

  • Optimizing a Cell Culture Media Filtration Process_Parker PROPOR MR Filter Capsule_Parker Bioscience Filtration실험 결과

필터 트레인을 통해 800g 전후에서 필터가 막히거나 정지되었으며, 이를 통해 올바른 배치 크기에 도달할 수 있었습니다.
필터 트레인에 대한 차압이 1.5bar에 도달하거나, 유량이 최초 유량의 20%로 감소했을 때 필터막힘이 발생하는 것으로 가정했습니다.


모든 테스트에서 800g(20인치 필터 시스템에서의 200kg과 동등함)에 도달했지만 0.1mic PROPOR SG 필터는 예외적으로 필요한 용량에 도달하지 못했습니다. 필요한 배치 크기의 68%만을 여과한 후 실험이 중지되었습니다. 그러나 이는 프리필터가 사용되지 않은 PROPOR SG 0.1mic single layer 필터에 예상된 결과였습니다 


후속 테스트인 캡슐 필터 실험에서는 100L의 두 샘플 모두 프리필터를 적용한 케이스와 미적용 한 케이스 모두 PROPOR MR 캡슐을 통해 여과되었습니다. PROPOR MR 0.1mic 필터는 multilayer PES 구조를 가지고 있어서 Single layer인 PORPOR SG 0.1mic보다 처리량이 증가하였습니다. 실험 내내 필터 간 차압에는 변화가 없었으며, 필터 조합을 통해 고객의 요구 사항을 충족할 수 있었습니다.


실험 결과를 기반으로 0.6mic 프리필터를 적용하거나 또는 프리필터 없이 20인치 PROPOR MR의 최종 시스템을 사용하여 2,000L 배치를 여과할 수 있었습니다. 

 

무엇이 개선되었을까요? 시스템 개선 결과

  • 시스템 설계에 따른 6시간 공정이 원활하게 진행되었습니다. 이를 통해 공장 가동 일정을 예측하여 더욱 효율적인 관리가 가능 해졌으며, 재작업 또는 예기치 않은 라인의 가동 중단 상황을 피할 있었습니다.
  • 시스템은 두종류의 배지(TSB VSB) 모두 생산할 있게 되었습니다.
  • 단일 단계 여과 시스템 뿐만 아니라, 고객의 요구 사항이 충족됨에 따라 2단계 여과 시스템 또한 가능하게 되었습니다.
  • 유체와 직접 접촉하는 물질의 수를 기존 3가지(Glass fiber, Cellulose PVDF)에서  PROPOR MR 멤브레인소재인 PES(Polyethersulphone) 한 가지로 줄였습니다.
  • Parker 멤브레인의 사용을 지원하고 마이코플라즈마(Mycoplasma) 로그 감소 값을 뒷받침하는 밸리데이션 데이터를 제공할 있습니다.
  • 모든 것이 Single Use Capsule filter 형태로 이루어져 처리 시간을 단축하고 Utility 감소 배치 크기가 변경되는 경우에 대한 유연성이 확보 되었습니다

 

고객과의 협업을 통해 Parker는 고객의 공정을 단순화하고, 여과 단계와 공정 시간을 줄일 수 있었고, 최초 요구 사항에 속하지는 않았지만 공정 단계의 전체 비용까지 절감할 수 있었습니다. 

바이오프로세스의 최적화가 필요하시다면 파카에 문의주세요. 

Mycoplasma Contamination - Why So Serious?_Preventing Mycoplasma Contamination White Paper_Parker Bioscience Filtration마이코플라즈마 오염과 이에 대처하는 방법에 대해 자세히 알고 싶은 경우 다음 백서를 읽어보십시오. 마이코플라즈마 오염 방지하기(영문)

 

 

 

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