Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer großen Menge Zellkulturmedium, insbesondere zur Kultivierung von tierischen Zellen, für ein großes Reaktorsystem unter Verwendung von Einwegkomponenten. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtungsanordnung, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.

Die Trends der letzten Jahre in der biopharmazeutischen Industrie weisen verstärkt in die Richtung der Verwendung von Einwegkomponenten (engl.: Single use components). Diese werden nun auch nicht mehr nur im Bereich der Produkt- und Prozessentwicklung eingesetzt, sondern auch im Bereich der klinischen Prüfmusterherstellung (engl.: Clinical Trial Manufacturing, Abk.: CTM) für das Zulassungsverfahren und sogar in der kommerziellen „Guten Herstellungspraxis" (engl.: Good Manufacturing Practice, Abk.: GMP) bei der Produktion von Arzneimitteln.

Bei der kommerziellen Fertigung, wie beispielsweise bei der Kultivierung von tierischen Zellen in einem Bioreaktor, finden im Wesentlichen zwei verschiedene Ansätze der Nutzung von Einwegkomponenten Einzug. Zum einen setzen gerade bei neuen Fabriken, Standorten oder Unternehmen speziell in Asien die Betreiber auf einen vollständigen Einwegansatz, bei dem die gesamte Herstellungskette nahezu ausschließlich mit Einweg-Komponenten abgedeckt wird. Sind zum anderen klassische Geräte aus Edelstahl bereits vorhanden, sollen diese in der Regel aufgrund des hohen Anschaffungspreises auch weiterhin genutzt werden. In diesem Fall kommt es zum Einsatz von so genannten Hybridanalagen aus bestehenden Edelstahlkomponenten und jeweils neu hinzukommenden Einweg- Komponenten. Ein Beispiel dafür ist die Kultivierung von tierischen Zellen in einem Bioreaktor. Hierbei ist beispielweise der Bioreaktor ein bestehender Edelstahlkessel mit einem Volumen von 2.000 bis 50.000 Litern, die Medien- und Pufferherstellung erfolgt jedoch in Einweg-Misch- und Lagerbehältern. Sowohl bei kompletten Einweganlagen als auch bei Hybridsystemen besteht eine wesentliche Herausforderung darin, die geeignete Menge Medium für die Zellkultur in einem Reaktor mit einem Arbeitsvolumen von mehreren tausend Litern bereitzustellen. Da bei Einwegsystemen keine starre Verrohrung oder ähnliches mit einem großen Medienansatztank besteht oder vorgesehen ist, muss das Medium in handhabbaren Behältern angesetzt, gelagert und zum Reaktor transportiert werden. Diese Behälter haben im Normalfall Fassungsvermögen von lediglich 50 bis 1 .000 Liter. Für größere Produktionsreaktoren müssen daher eine Vielzahl solcher Behälter zu einem Reaktor gebracht, aseptisch verbunden und sterilfiltriert dem Reaktionsgefäß zugeführt werden. Dies geschieht dann meist sequentiell und erfordert einen hohen manuellen Aufwand beim ordnungsgemäßen Anschließen und Trennen der Behälter. Zusätzlich bietet jede Verbindung ein potentielles Risiko für eine Leckage oder eine Kontamination des Reaktors. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das den Prozess der Bereitstellung einer großen Menge Zellkulturmedium für ein großes Reaktorsystem unter Verwendung von Einwegkomponenten effizienter und risikoärmer gestaltet.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Bereitstellung einer großen Menge Zellkulturmedium, insbesondere zur Kultivierung von tierischen Zellen, für ein großes Reaktorsystem unter Verwendung von Einwegkomponenten, mit der folgenden Abfolge von Schritten vorgesehen: a) Herstellen einer konzentrierten Medienstammlösung, b) Abfüllen der konzentrierten Medienstammlösung in Einwegbehälter, c) Transport der mit Medienstammlösung gefüllten Einwegbehälter zum großen Reaktorsystem, d) aseptisches Anschließen der Einwegbehälter an das große Reaktorsystem mittels eines Einwegschlauchsystems, e) Aufbereiten der Medienstammlösung durch Zuführen von hochreinem Wasser und/oder Zusatzstoffen, und f) Zuführen der aufbereiteten Medienstammlosung in das große Reaktorsystem.

Auf diese Weise wird die Medienstammlosung in konzentrierter Form bereitgestellt und erst vor Ort beim Reaktorsystem auf das benötigte Mischungsverhältnis verdünnt. Somit wird das Volumen sowie die Anzahl der Einwegbehälter reduziert, die für den Transport erforderlich sind und die jeweils mit dem Reaktorsystem verbunden werden müssen. Dank der Erfindung lassen sich auch große Mengen Zellkulturmedium unter Verwendung von Einwegkomponenten effizient an einem Reaktorsystem bereitstellen und die Risiken, beispielsweise eine Kontamination des Reaktors, verringern.

In Schritt a) kann die konzentrierte Medienstammlosung auf die Volumina nachfolgender Mischsysteme und/oder das Reaktorvolumen abgestimmt werden. Auf diese Weise vereinfacht sich die Aufbereitung der Medienstammlosung, da beispielsweise vorhandene Mischsysteme ohne zusätzliche Modifikation verwendet werden können. Ferner erlaubt eine Abstimmung auf das Reaktorvolumen, dass die vorgesehene Anzahl an Einwegbehältern mit der konzentrierten Medienstammlosung vollständig in den Reaktor entleert werden können, wodurch der Rest an Medienstammlosung, der als Abfall anfällt, minimiert wird. Vorzugsweise hat in Schritt a) die konzentrierte Medienstammlosung eine Konzentration von 5:1 oder höher. Je höher die Medienstammlosung konzentriert ist, desto geringer ist das Volumen der Medienstammlosung, die zum Ansetzen einer bestimmten Lösung im Reaktor erforderlich ist. Mit einem geringeren Volumen wird auch die Anzahl an Einwegbehältern reduziert, die für den Transport der Medienstammlosung erforderlich sind. Dies führt zu einer Kostenreduktion, da weniger Einwegbehälter verbraucht werden und der Transport günstiger ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) die konzentrierte Medienstammlosung in transportierbare Einwegbehälter mit jeweils einem Volumen von 1 Liter bis 500 Liter, bevorzugt 5 Liter bis 200 Liter abgefüllt. Einwegbehälter mit dieser Größe haben den Vorteil, dass sie mit einfachen Mitteln, beispielsweise mit Roll- und Hubwagen, gehandhabt werden können. Ferner können bei einer fixen Konzentration der Medienstammlosung mehrere Einwegbehälter, insbesondere mit unterschiedlicher Größe, entsprechend kombiniert werden, um genau die erforderliche Menge an Medienstammlosung für das Reaktorsystem bereitzustellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgen zwischen Schritt a) und Schritt b) die folgenden Schritte: g) Abfüllen der konzentrierten Medienstammlosung in Einwegbehälter, und h) Vorbereiten der Medienstammlosung durch Zuführen von hochreinem Wasser und/oder Zusatzstoffen.

Hierdurch wird die hergestellte konzentrierte Medienstammlosung beim Hersteller in Einwegbehältern zwischengelagert und zu einem späteren Zeitpunkt auf die individuellen Anforderungen eines Reaktorsystems abgestimmt. Dies hat den Vorteil, dass eine konzentrierte Medienstammlosung in großen Mengen hergestellt und später als Basis für verschiedene Medienstammlosungen mit unterschiedlichen Anforderungen verwendet werden kann. Hierbei können insbesondere auch Zusatzstoffe der Medienstammlosung zugeführt werden, die nur eine begrenzte Haltbarkeit bzw. Lebensdauer aufweisen. Ferner bietet die Verwendung von Einwegbehältern Vorteile durch eine vereinfachte Qualitätssicherung, insbesondere der Hygiene.

In Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens können instabile chemische Komponenten der Medienstammlosung zugeführt werden. Indem diese Zusatzstoffe mit kurzer Haltbarkeit erst kurz vor dem Zuführen der Medienstammlosung zum Reaktorsystem beigemischt werden, lässt sich die Konzentration dieser zeitlich kritischen Zusatzstoffe im Reaktor einfach und effektiv einstellen.

Das Einwegschlauchsystem kann einen statischen Mischer umfassen, der die Medienstammlosung verdünnt, vorzugsweise mit hochreinem Wasser, insbesondere zu einer 1 :1 Konzentration. Mittels des statischen Mischers kann die Medienstammlosung in einfacher Weise zu einer geeigneten Konzentration verdünnt werden (insbesondere Inline-Verdünnungsverfahren sind möglich). Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Medienstammlösung vor Schritt f) des erfindungsgemäßen Verfahrens sterilfiltriert. Hierdurch wird das Risiko einer Kontamination des Reaktorsystems reduziert. Die Sterilfiltration erfolgt insbesondere direkt vor Schritt f), um auch Keime abzufangen, die in vorhergehenden Schritten eingetragen wurden. Alternativ kann die Sterilfiltration bereits früher erfolgen, beispielsweise beim Einleiten in das Einwegschlauchsystem.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind im Einwegschlauchsystem Sensoren angeordnet, die zur Regelung wenigstens eines der Schritte e) und f) des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Automationseinheit verwendet werden. Durch die automatisierte Regelung dieser Schritte wird eine besonders hohe Qualität der aufbereiteten Medienstammlösung sichergestellt.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Vorrichtungsanordnung zur Bereitstellung einer großen Menge Zellkulturmedium, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungsanordnung wird auf die entsprechenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtungsanordnung eine elektronische Überwachungs- und Steuereinrichtung, insbesondere ein SCADA-System, die dazu eingerichtet ist, beim Schritt a) die Konzentration der konzentrierten Medienstammlösung einzustellen. Die automatische Einstellung macht ein manuelles Eingreifen überflüssig.

Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Sensoren zur Bestimmung des pH-Werts und/oder der Leitfähigkeit der konzentrierten Medienstammlösung. Die Überwachungs- und Steuereinrichtung kann dann die Einstellung der Konzentration der konzentrierten Medienstammlösung basierend auf den Daten der Sensoren regeln. Eine solche automatisierte Regelung unter Berücksichtigung der von den Sensoren bereitgestellten Parameterwerte sorgt kontinuierlich für genaue, reproduzierbare Ergebnisse, ohne dass im laufenden Betrieb Einstellungen oder Nachjustierungen von einem Benutzer vorgenommen werden müssen.

In der Reaktoranlage ist zur automatisierten Regelung der Aufbereitung der Medienstammlösung und/oder der Zuführung der aufbereiteten Medienstammlösung in das große Reaktorsystem vorzugsweise eine Automationseinheit vorgesehen. Über die Automationseinheit können der verdünnten Medienstammlösung automatisch und mit hoher Genauigkeit Zusatzstoffe zudosiert werden.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung lässt sich durch aseptische Verbindungen und einen statischen Mischer, der die Medienstammlösung verdünnt, vorzugsweise mit hochreinem Wasser, insbesondere zu einer 1 :1 Konzentration, ein Einwegschlauchsystem für die Reaktoranlage realisieren, das insbesondere durch einen Sensor zur Bestimmung der Durchflussmenge ergänzt werden kann. Unter aseptischen Verbindungen sollen hier Schlauchverbindungen oder Verbindungen von Einwegkomponenten verstanden werden, die mittels aseptischer Konnektoren oder z. B. durch Zusammenschweißen von TPE-Schläuchen oder ähnlichen Maßnahmen realisiert werden können.

Vorzugsweise sind die Einwegbehälter mit Gammastrahlung sterilisierbar, wodurch sie mit geringem Aufwand vor dem Befüllen entkeimt und nach dem Entleeren fachgerecht entsorgt werden können.

Das Reaktorsystem kann einen Einweg-Bioreaktor aus einem geeigneten Kunststoff oder einen Reaktor aus Edelstahl umfassen. Das heißt, das Verfahren ist auch für hybride Reaktorsysteme mit vorhandenen Edelstahl-Geräten geeignet.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung die verwendeten Geräte und den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der Figur sind die erfindungsgemäße Vorrichtungsanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren, mittels dem eine große Menge von Zellkulturmedium 10 in Form einer Stammlösung in einem großen Reaktorsystem 12 bereitgestellt wird, schematisch dargestellt.

Das große Reaktorsystem 12 umfasst einen Reaktor 14 und ist Teil einer Reaktoranlage 16, die ferner eine Automationseinheit 18, eine Sterilfiltrationseinrichtung 20 sowie eine WFI (Water For Injection) Anlage 22 umfasst, die hochreines Wasser 24 bereitstellt. Das Reaktorsystem 12, die Automationseinheit 18 und die WFI-Anlage 22 sind über ein Einwegschlauchsystem 26 miteinander verbunden, das einen statischen Mischer 28 sowie mehrere Sensoren 30 aufweist. Die Sensoren 30 sind insbesondere zum Bestimmen der Durchflussmengen, der pH-Werte und der Leitfähigkeit vorgesehen. Auch die Druckbestimmung ist von Interesse, vor allem im Hinblick auf eine Sicherheitsabschaltung. Des Weiteren können Sensoren 30 für optisch-spektroskopische Indentifikations- und quantitative Analyseverfahren vorgesehen sein. Der Reaktor 14 ist ein Edelstahlreaktor mit einem Arbeitsvolumen von 10.000

Litern, der im Gegensatz zu den im Verfahren eingesetzten Einwegkomponenten für nachfolgende Produktionen weiter genutzt wird. Bei der Reaktoranlage 16 handelt es sich daher um eine Hybridanlage.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird außerhalb der Reaktoranlage 16, beispielsweise bei einem Medienhersteller, eine konzentrierte Medienstammlösung 32 hergestellt. Die konzentrierte Medienstammlösung 32 wird aus pulverförmigen und/oder flüssigen Komponenten 34 gewonnen, die in Schlauchbeuteln 36 bereitgestellt werden.

Die konzentrierte Medienstammlösung 32 kann hierbei in einem Einwegmischsystem (nicht dargestellt) hergestellt werden.

Die Konzentration der konzentrierten Medienstammlösung 32 wird über ein SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) System 38 eingestellt und mittels Sensordaten des pH-Werts und der Leitfähigkeit geregelt. Die konzentrierte Medienstammlösung 32 wird mit einer besonders hohen Konzentration von 10:1 hergestellt, d.h. jede Volumeneinheit der Medienstammlösung 32 enthält nur sehr wenig Wasser. In einem nächsten Schritt wird die konzentrierte Medienstammlösung 32 in sterile Einwegbehälter 40 abgefüllt. Die Einwegbehälter 40 fassen jeweils ein Volumen von ca. 200 Liter und sind mit einem Rollwagen 42 von einer Person transportierbar. Ferner sind die Einwegbehälter 40 mit Gammastrahlung sterilisierbar, wodurch sie vor dem Befüllen auf einfache Weise sterilisiert werden können.

Anschließend werden die mit konzentrierter Medienstammlösung 32 gefüllten Einwegbehälter 40 zwischengelagert, bevor sie zum Reaktorsystem 12 transportiert werden. In einem optionalen Schritt wird die konzentrierte Medienstammlösung 32, insbesondere kurz vor dem Transport zum Reaktorsystem 12, weiter verdünnt und/oder es werden der konzentrierten Medienstammlösung 32 weitere Zusatzstoffe beigemischt, um den individuellen Anforderungen des Reaktorsystems 12 bzw. des Verwenders der Medienstammlösung 32 zu entsprechen. Die Zusatzstoffe können insbesondere Bestandteile mit einer begrenzten Haltbarkeit bzw. Lebensdauer aufweisen, weshalb sie nicht für eine Zwischenlagerung geeignet sind und daher erst kurz vor dem Transport zugeführt werden.

Alternativ können auch direkt bei der Herstellung weitere Zusatzstoffe der konzentrierten Medienstammlösung 32 beigemischt werden, insbesondere wenn die Eigenschaften der konzentrierten Medienstammlösung 32 sich bis zum Zuführen in das Reaktorsystem 12 nicht nachteilig verändern.

Nach diesem Vorbereiten der konzentrierten Medienstammlösung 32, wird diese wieder in entsprechende, sterilisierte Einwegbehälter 40 abgefüllt. Die Konzentration der konzentrierten Medienstammlösung 32 wird bei der

Herstellung im ersten Schritt bzw. im optionalen Schritt bei der Vorbereitung der Medienstammlösung 32 auf das Volumen des Reaktors 14 sowie der Automationseinheit 18 abgestimmt, sodass die erforderliche Menge an Zellkulturmedium 10 ohne Modifikation der Reaktoranlage 16 durch die konzentrierte Medienstammlösung 32 bereitgestellt werden kann.

Nach der Abfüllung der hergestellten bzw. vorbereiteten konzentrierten Medienstammlösung 32 sowie nach der optionalen Zwischenlagerung werden die mit der Medienstammlosung 32 gefüllten Einwegbehälter 40 zum Reaktorsystem 12 transportiert.

In einem nachfolgenden Schritt werden die Einwegbehälter 40 mittels des Einwegschlauchsystems 26 aseptisch an das Reaktorsystem 12 angeschlossen. Die Medienstammlosung 32 wird in einem nächsten Schritt aufbereitet.

Hierbei wird die Medienstammlosung 32 mit hochreinem Wassers 24 aus der angeschlossenen WFI-Anlage 22 mittels des statischen Mischers 28 zu einer 1 :1 Konzentration verdünnt. Zusätzlich werden der verdünnten Medienstammlosung 32 über die Automationseinheit 18 Zusatzstoffe 44 zudosiert. Diese Zusatzstoffe 44 enthalten insbesondere instabile chemische Komponenten, die aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer erst zu diesem Zeitpunkt der Medienstammlosung 32 beigemischt werden, um eine bestimmte Konzentration dieser Zusatzstoffe 44 im Reaktorsystem 12 sicherstellen zu können.

Selbstverständlich können auch weniger kritische Zusatzstoffe 44 in diesem Schritt der Medienstammlosung 32 zugeführt werden oder Zusatzstoffe 44, die nur dem Verwender der Medienstammlosung 32 zur Verfügung stehen, beispielsweise aufgrund von Lizenzen oder Sicherheitsvorschriften.

Anschließend wird in einem weiteren Schritt die aufbereitete Medienstammlosung 32 in die Sterilfiltrationseinrichtung 20 geleitet und sterilfiltriert.

Im letzten Schritt wird die sterilfiltrierte, aufbereitete Medienstammlosung 32 dem Reaktorsystem 12 zugeführt und steht dort nun beispielsweise zur Kultivierung von tierischen Zellen zur Verfügung.

Die Automationseinheit 18 überwacht alle zuvor genannten Schritte, die innerhalb der Reaktoranlage 16 ablaufen und regelt den gesamten Prozess mittels der Sensordaten, die der Automationseinheit 18 von den Sensoren 30 übermittelt werden. Somit wird eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet.

Auf diese Weise ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, eine große Menge Stammlösung in einem großen Reaktorsystem 12 bereitzustellen, das insbesondere Teil einer Hybridanlage ist, sowie gleichzeitig den Transportaufwand und das Risiko einer Kontamination des Reaktorsystems 12 zu reduzieren. Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 10.000 Liter Zellkulturmedium mittels weniger Einwegbehälter mit einem Fassungsvermögen von jeweils nur 200 Litern bereitgestellt.