과거부터 현재까지 바이오 의약품의 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 이를 충족하기 위해서는 세포의 대량 배양 혹은 이를 통한 바이오 의약품의 대량생산이 필요하게 된다. 이를 위해서는 바이오리액터 활용한 바이오공정 개발을 통해 바이오 의약품의 생산성을 증대 시키기 위한 조건을 확립 해야 한다. 그렇지만 초기 배양 공정 개발에서 사용되는 L 급의 벤치 스케일 바이오리액터는 수 많은 배양 조건을 ...
과거부터 현재까지 바이오 의약품의 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 이를 충족하기 위해서는 세포의 대량 배양 혹은 이를 통한 바이오 의약품의 대량생산이 필요하게 된다. 이를 위해서는 바이오리액터 활용한 바이오공정 개발을 통해 바이오 의약품의 생산성을 증대 시키기 위한 조건을 확립 해야 한다. 그렇지만 초기 배양 공정 개발에서 사용되는 L 급의 벤치 스케일 바이오리액터는 수 많은 배양 조건을 최적화 하기에는 경제적인 면과 시간적인 면에서 불리 할 수 밖에 없다. 이러한 상황에서 최근에는 scaledown 모델인 mL 급의 바이오리액터 시스템의 활용이 주목을 받고 있으며, 이러한 시스템은 기존 바이오리액터의 세포의 배양 환경을 유지하는 기능을 그대로 갖고 있기 때문에 최적의 공정 조건 확립에 용이하며 경제적인면과 시간적인 면에서 큰 이점을 갖고 있다고 할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 scale-down 모델인 일회용 멀티 세포 배양 시스템의 개발을 위한 물리적 및 생물학적 평가와 개발 연구를 수행하였다. 첫번째로, 일회용 멀티 세포 배양 시스템의 배양 용기인 Mini-bioreactor의 물리적 특성과 세포배양능을 평가하였다. KLa 와 Mixing time을 상업 용 배양 용기와의 비교를 통해서 세포 배양을 위한 RPM 조건을 선정할 수 있었고, 선정된 배양 조건에서 회분 식 배양과 유가 식 배양을 통해 세포 배양능을 상업 용 배양 용기 및 배양기와 비교 분석하였다. 결과적으로, 상업용 제품과 동등 내지 우수한 세포 배양 능 및 항체 생산성을 확인할 수 있었다. 두번째로, 세포 배양액의 pH 와 DO 값을 측정하기 위한 패치 형 광학센서의 특성 및 안정성을 SDR 시스템을 이용하여 평가하였다. 이를 위해 다양한 상업 용 및 In-house 배지를 이용하였으며, 결과적으로, 광학 리더기 의 excitation light는 영향이 없었으나, 시간이 지남에 따라 광학 센서의 안정성이 다소 떨어지는 것을 확인 할 수 있었고, 특정 색소의 경우에는 이 러한 광학 시스템에 부정적인 영향을 끼친다는 것을 확인 할 수 있었다. 세번째로, 세포 배양액의 pH 값의 유지를 위한 pH 조절 시스템을 개발하기 위해, pH 조절 탱크 내부의 다양한 구성 방식과 분출 원리 및 최적 조건을 확립하고 재평가를 함으로써, 염기 용액을 배양 용기 내부로 소량 분출할 수 있는 pH 조절 시스템을 고안하였다. 결과적으로, 이와 같은 평가 및 개발 연구를 통해, 원활한 세포 배양 기능을 갖춘 일회용 멀티 세포 배양 시스템의 개발을 위한 방향성을 제시할 수 있었으며, 궁극적으로 본 연구는 이러한 세포 배양 시스템이 바이오 제약 산업에서 실용적인 배양 장치가 될 수 있음을 시사한다.
과거부터 현재까지 바이오 의약품의 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 이를 충족하기 위해서는 세포의 대량 배양 혹은 이를 통한 바이오 의약품의 대량생산이 필요하게 된다. 이를 위해서는 바이오리액터 활용한 바이오공정 개발을 통해 바이오 의약품의 생산성을 증대 시키기 위한 조건을 확립 해야 한다. 그렇지만 초기 배양 공정 개발에서 사용되는 L 급의 벤치 스케일 바이오리액터는 수 많은 배양 조건을 최적화 하기에는 경제적인 면과 시간적인 면에서 불리 할 수 밖에 없다. 이러한 상황에서 최근에는 scaledown 모델인 mL 급의 바이오리액터 시스템의 활용이 주목을 받고 있으며, 이러한 시스템은 기존 바이오리액터의 세포의 배양 환경을 유지하는 기능을 그대로 갖고 있기 때문에 최적의 공정 조건 확립에 용이하며 경제적인면과 시간적인 면에서 큰 이점을 갖고 있다고 할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 scale-down 모델인 일회용 멀티 세포 배양 시스템의 개발을 위한 물리적 및 생물학적 평가와 개발 연구를 수행하였다. 첫번째로, 일회용 멀티 세포 배양 시스템의 배양 용기인 Mini-bioreactor의 물리적 특성과 세포배양능을 평가하였다. KLa 와 Mixing time을 상업 용 배양 용기와의 비교를 통해서 세포 배양을 위한 RPM 조건을 선정할 수 있었고, 선정된 배양 조건에서 회분 식 배양과 유가 식 배양을 통해 세포 배양능을 상업 용 배양 용기 및 배양기와 비교 분석하였다. 결과적으로, 상업용 제품과 동등 내지 우수한 세포 배양 능 및 항체 생산성을 확인할 수 있었다. 두번째로, 세포 배양액의 pH 와 DO 값을 측정하기 위한 패치 형 광학센서의 특성 및 안정성을 SDR 시스템을 이용하여 평가하였다. 이를 위해 다양한 상업 용 및 In-house 배지를 이용하였으며, 결과적으로, 광학 리더기 의 excitation light는 영향이 없었으나, 시간이 지남에 따라 광학 센서의 안정성이 다소 떨어지는 것을 확인 할 수 있었고, 특정 색소의 경우에는 이 러한 광학 시스템에 부정적인 영향을 끼친다는 것을 확인 할 수 있었다. 세번째로, 세포 배양액의 pH 값의 유지를 위한 pH 조절 시스템을 개발하기 위해, pH 조절 탱크 내부의 다양한 구성 방식과 분출 원리 및 최적 조건을 확립하고 재평가를 함으로써, 염기 용액을 배양 용기 내부로 소량 분출할 수 있는 pH 조절 시스템을 고안하였다. 결과적으로, 이와 같은 평가 및 개발 연구를 통해, 원활한 세포 배양 기능을 갖춘 일회용 멀티 세포 배양 시스템의 개발을 위한 방향성을 제시할 수 있었으며, 궁극적으로 본 연구는 이러한 세포 배양 시스템이 바이오 제약 산업에서 실용적인 배양 장치가 될 수 있음을 시사한다.
A variety of biopharmaceuticals such as antibodies, proteins, and gene/cell therapeutics have been developed in recent decades and demands for them have increased dramatically every year. To meet such demands, it is essential to cultivate cells that produce biopharmaceuticals in large-scale bioreact...
A variety of biopharmaceuticals such as antibodies, proteins, and gene/cell therapeutics have been developed in recent decades and demands for them have increased dramatically every year. To meet such demands, it is essential to cultivate cells that produce biopharmaceuticals in large-scale bioreactors and it is very important to optimize culture conditions for massive production of biopharmaceuticals. Scaling down technology, using multi- and small size (less than 100 mL) bioreactors, has been an effective tool for applying DoE (Design of Experiment) and QbD (Quality by Design) for process optimization of large scale cell cultures. In this study, a newly developed single-use multi-bioreactor system that can control the pH, DO, and culture temperature of each bioreactor which is expandable to 24 bioreactors in a multi bioreactor culture system is introduced. Also, the evaluation of biological and physical performances of this single-use multi cell culture system are explored. Through these evaluations and development researches, we suggested direction of development of a single-use multi cell culture system. Ultimately, this research implies that this cell culture system newly being developed will be a practical and efficient device in the bioprocess industry.
A variety of biopharmaceuticals such as antibodies, proteins, and gene/cell therapeutics have been developed in recent decades and demands for them have increased dramatically every year. To meet such demands, it is essential to cultivate cells that produce biopharmaceuticals in large-scale bioreactors and it is very important to optimize culture conditions for massive production of biopharmaceuticals. Scaling down technology, using multi- and small size (less than 100 mL) bioreactors, has been an effective tool for applying DoE (Design of Experiment) and QbD (Quality by Design) for process optimization of large scale cell cultures. In this study, a newly developed single-use multi-bioreactor system that can control the pH, DO, and culture temperature of each bioreactor which is expandable to 24 bioreactors in a multi bioreactor culture system is introduced. Also, the evaluation of biological and physical performances of this single-use multi cell culture system are explored. Through these evaluations and development researches, we suggested direction of development of a single-use multi cell culture system. Ultimately, this research implies that this cell culture system newly being developed will be a practical and efficient device in the bioprocess industry.
주제어
#multi-cell culture system bioreactor single-use biopharmaceuticals optical sensors pH control tank
학위논문 정보
저자
박범석
학위수여기관
세종대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
바이오융합공학
지도교수
오덕재
발행연도
2018
총페이지
61
키워드
multi-cell culture system bioreactor single-use biopharmaceuticals optical sensors pH control tank
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.