수확 시 세포를 손상시키면 수확량이 감소하고, 이물질이 추가되며, 후속 작업이 더 어려워집니다. 배양육 팀에게 가장 적합한 것은 네 가지에 따라 다릅니다: 배양 형식, 규모, 연속 모드 대 배치 모드, 그리고 세포가 견딜 수 있는 전단력의 양.
기사를 요약하자면 다음과 같습니다:
- 배치 원심분리 는 부드러운 회수에 적합하며, 보고된 90%에서 95% 회수율, <5% 생존율 손실, 및 <1% LDH 방출 이 잘 조정되었을 때 발생합니다.
- 디스크 스택 원심분리 는 고처리량 연속 수확, 에 적합하지만 공급 영역의 전단력을 세심하게 제어해야 합니다.
- 심층 여과 는 소규모 배치 정화 또는 원심분리 후 연마. 에 가장 적합합니다.
- TFF 및 ATF는 관류, 배지 교환 및 세포 유지, 에 적합하며, ATF는 일반적으로 낮은 전단을 제공합니다.
- 마이크로캐리어 및 스캐폴드 워크플로우는 초기 선택에 따라 달라집니다: 세포를 분리하거나 캐리어를 제품에 유지.
- 음향 분리는 연속 유지 및 명확화를 위한 저전단 옵션입니다.
- 하이드로사이클론 및 중력 침전기는 전농축 또는 명확화 단계로서 공정 초기에 위치하며, 공간, 전단 및 처리 시간 간의 균형을 고려해야 합니다.
생물공정 엔지니어 및 세포 배양 과학자에게 간단한 답변은 다음과 같습니다: 기본 수확 방법은 없습니다. 부유 배양, 집합체 및 마이크로캐리어 배지는 각각 다른 방식으로 범위를 좁힙니다.더 높은 밀도에서는 오염, 고형물 부하, 그리고 원심 분리액의 품질이 회수율만큼 중요해지기 시작합니다.
생물공정용 원심분리: 세포 수확 및 워크플로 효율성 최적화
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빠른 비교
배양육을 위한 세포 수확 기술: 나란히 비교
| 기술 | 최적의 적합성 | 공정 모드 | 전단 수준 | 주요 제한점 |
|---|---|---|---|---|
| 배치 원심분리 | 부유 세포; 부드러운 수확 | 배치 | 낮음 | 낮은 처리량 |
| 디스크 스택 원심분리 | 대량 1차 회수 | 연속 | 중간에서 높음, 밀폐형이 아닌 경우 | 공급 구역이 잘 설정되지 않으면 세포 손상 |
| 심층 여과 | 소량 배치 정화; 마무리 작업 | 배치 | 낮음 | 필터 영역 및 고밀도에서의 오염 |
| TFF | 농축 및 매체 교환 | 배치 / 연속 | 중간 | 펌프 및 멤브레인 전단 |
| ATF | 퍼퓨전 및 세포 유지 | 연속 | 낮음 | 추가 루프 및 멤브레인 제어 |
| 마이크로캐리어/스캐폴드 수확 | 부착 세포 공정 | 배치 / 연속 | 분리 단계에 따라 다름 | 캐리어 제거 또는 세포 분리 스트레스 |
| 음향 분리 | 저전단 유지 및 명확화 | 연속 | 매우 낮음 | 규모에서 여전히 평가 중 |
| 하이드로사이클론 / 중력 침전기 | 사전 농축 및 명확화 | 연속 / 반연속 | 중간에서 높음 / 매우 낮음 | 하이드로사이클론을 위한 전단; 중력에 의한 느린 침전 |
만약 내가 다운스트림 처리 수확 열차를 선택한다면, 하드웨어가 아닌 배양액부터 시작할 것입니다: 단일 세포, 집합체 또는 캐리어; 배치 또는 퍼퓨전; 생존 세포 목표 또는 바이오매스 목표 . 그 프레이밍은 빠르게 올바른 후보 목록을 얻을 수 있게 해줍니다. 이러한 확장 과제를 이해하는 것은 장기적인 성공에 중요합니다.
배양육을 위한 좋은 세포 수확 기술이란 무엇인가?
모든 분리 방법이 배양육 세포에 적합한 것은 아닙니다. 이러한 세포는 취약하고, 프로세스 형식이 다양하며, 수확 조건이 이후 모든 것에 영향을 미칠 수 있습니다. 다음 섹션의 일곱 가지 기술은 실용적인 기준의 작은 세트에 따라 평가되어야 합니다.
생존력과 세포 기능 보존
배양육 세포는 거친 취급을 잘 견디지 못합니다. 수확 중에 너무 많은 전단력이나 압축이 가해지면 세포가 파열될 수 있으며, 이는 후속 처리 과정을 더 복잡하게 만들고 제품 품질에 악영향을 미칠 수 있습니다.
이 손상을 측정하는 주요 방법은 젖산 탈수소효소 (LDH) 방출. 저전단 시스템인 튜블러 볼 원심분리기는 LDH 방출을 1% 이하로 유지할 수 있는 반면, 표준 디스크 스택 설계는 최대 12.5%에 이를 수 있습니다 [7]. 적절한 설정을 통해 생존율 손실을 5% 이하로 유지할 수 있습니다 [2][7].
이는 단순한 생세포 회복을 넘어 중요합니다. 수확 후 세포 상태는 나중에 세포가 어떻게 분화되는지를 결정하며, 이는 질감, 색상 및 맛에 영향을 미칩니다.
현탁액, 집합체 및 마이크로캐리어 배양 처리
배양 형식은 수확 선택에 직접적인 영향을 미칩니다. 단일 세포 현탁액은 일반적으로 처리하기 가장 쉬우며 튜블러 볼 원심분리에 적합합니다. 마이크로캐리어 기반 배양 은 공정 스트림에 고체 캐리어와 세포가 모두 포함되어 있기 때문에 다릅니다. 이는 고체 부하를 변경하며, 종종 세포를 과도한 손상 없이 회수할 수 있도록 g-포스를 조정해야 함을 의미합니다.
간단히 말해서, 수확 단계는 생물학과 반응기 형식에 맞아야 합니다. 마지막에 덧붙일 수 없습니다.
처리량 및 세포 밀도 관리
배양 부피와 세포 밀도가 증가함에 따라 분리가 더 어려워집니다. 밀도가 높은 배양액은 막 시스템을 막히게 하거나 원심분리기를 최적의 상태를 벗어나게 할 수 있습니다. 따라서 주요 문제는 시스템이 실험실 규모에서 작동하는지 여부뿐만 아니라, 부피가 증가할 때 여전히 잘 작동하는지 여부입니다. 생산 규모 계획자를 사용하면 밀도와 처리량의 이러한 변화를 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.
조정 가능한 공급 속도와 조정 가능한 g-포스를 갖춘 시스템은 프로세스 팀이 규모 확장 시 더 많은 작업 공간을 제공합니다.
배치 대 연속 처리
배치 및 연속 수확은 장비에 매우 다른 요구를 합니다.
일회용 원심분리 플랫폼은 배치 및 피드 배치 워크플로우에 잘 맞습니다.그들은 청소 검증 요구 사항을 제거하여 R&D 및 파일럿 규모 작업에 적합한 옵션이 됩니다 [7]. 연속 또는 퍼퓨전 공정은 중단 없이 작동할 수 있는 장비가 필요하며, 이는 일반적으로 통합된 Clean-in-Place (CIP) 및 Steam-in-Place (SIP)를 갖춘 스테인리스 스틸 시스템을 의미합니다.
여기에는 만능 해결책이 없습니다. 작은 규모에서는 일회용 시스템이 더 많은 유연성을 제공하는 경향이 있습니다. 안정적이고 대량의 상업적 생산에서는 재사용 가능한 스테인리스 스틸 시스템이 더 실용적인 선택인 경우가 많습니다.
식품 등급 공정 요구 사항 충족
배양육은 식품 제품이므로 수확 단계는 식품 등급 공정 기대치를 충족해야 합니다. 폐쇄 시스템 처리는 전송 중 환경 침입의 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 재사용 가능한 장비의 경우, 시스템을 운전 사이에 청소하고 멸균할 수 있도록 CIP 및 SIP가 필요합니다.일회용 플랫폼은 또 다른 경로를 제공합니다: 세척 검증 부담을 제거하는 사전 멸균 일회용 흐름 경로.
주요 요구 사항은 간단합니다:
| 기준 | 요구 사항 | 중요한 이유 |
|---|---|---|
| 세포 생존율 | 높은 생세포 회수율 | 시드 트레인 무결성과 최종 제품 품질 |
| 전단 응력 | 최소화 (낮은 LDH 방출) | 용해 및 다운스트림 분해 방지 |
| 무균성 | 폐쇄형, 무균 시스템 | 배치 손실 방지; 식품 안전 지원 |
| 확장성 | 벤치에서 상업적 볼륨까지 | 비용 경쟁력 있는 생산에 필요 |
| 위생 준수 | CIP/SIP 또는 일회용 | 식품 등급 제조 기준 |
이 기준은 범위를 좁힙니다.다음 섹션에서는 주요 수확 기술을 나란히 비교합니다.
1. 배치 원심분리
배치 원심분리는 폐쇄 시스템과 명확한 확장 경로가 필요한 배양육 팀에게 실용적인 수확 단계입니다. 기본 아이디어는 간단합니다: 세포는 제어된 g-포스에서 회전하여 펠릿을 형성하고, 정화된 배지는 그 위에 남아 있습니다. 실제로 중요한 것은 그 분리가 얼마나 부드럽게 이루어지는가입니다.
이 점은 특히 배양육에서 중요합니다. 이러한 세포는 종종 많은 오래된 원심분리 시스템이 기반으로 한 세포 유형보다 더 취약합니다. 저전단 입구와 부드러운 배출 시스템은 수확 중 생존력과 세포 상태를 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.프로세스가 잘 조정되면, 회수율은 90%에서 95%, 까지 도달할 수 있으며, 생존율 손실은 5% 이하로 유지되고 LDH 방출은 1% 미만으로 유지됩니다. [2] [4].
일회용 원심분리 플랫폼은 CIP 및 SIP와 관련된 검증 부담을 줄여줍니다. 일부 시스템은 벤치탑 작업에서 상업적 규모로 확장되며, 이는 팀이 R&D에서 파일럿 생산으로 동일한 프로세스 논리를 유지하는 데 도움이 됩니다. [4] [3]. 연속적인 출력이 배치 유연성보다 더 필요하다면, 디스크 스택 원심분리가 보통 더 적합합니다.
일상적인 사용에서, 배치 원심분리는 고밀도 현탁 배양 및 미세운반체에 있는 전단 민감성 세포 에 잘 작동하며, 세포 무결성이 주요 우선순위일 때 유용합니다. 단점은 처리량입니다.그것이 바로 연속 원심분리가 더 합리적으로 보이는 지점입니다.
2. 연속 디스크 스택 원심분리
더 높은 처리량의 작업을 위해, 연속 생산 시스템은 종종 디스크 스택 원심분리를 주요 옵션으로 사용합니다. 약 2,000리터 이상이 되면, DSC는 주로 자동 고형물 배출이 3~10분마다 이루어지는 1차 회수에 널리 사용됩니다. [6] [9]. 이 시스템은 5,000~12,000 × g 범위의 원심력을 사용하여 밀도에 따라 세포를 배지에서 분리합니다. 이는 간단해 보이지만, 동물 세포는 약 1.05 g/cm³에 불과하여 배지보다 약간 더 밀도가 높습니다. 실제로 이는 분리 창이 좁고 과정이 신중한 제어가 필요함을 의미합니다. [6].
주요 제한 요소는 전단. 입니다.이전의 인렛 설계는 공급 구역에서 10%에서 30%의 세포를 손상시킬 수 있습니다 [6] . 밀폐형 설계는 훨씬 부드럽습니다. 이는 공급 경로에서 공기 없이 유입되는 유체를 가속화하여 생존율 손실을 5% 이하로 유지하고 LDH 방출을 1% 이하로 유지하는 데 도움이 됩니다 [2] [7][9]. 2026년 1월, CARR Biosystems는 UniFuge 플랫폼이 닭, 연어 및 소 세포 유형, 에서 테스트되었으며, 각 세포 라인에 맞게 공급 속도와 g-포스를 조정했을 때 90%에서 95%의 세포 회수율을 제공하고, 생존율 손실을 5% 이하로, LDH 방출을 1%, 이하로 유지했다고 보고했습니다 [2][4][7].
부유 배양은 DSC에 가장 적합합니다.단일 패스 제거 효율은 일반적으로 95%에서 99%입니다. [6] . 마이크로캐리어 실행은 더 민감합니다. 수밀 급이 구역, 이 필요하며, 집합체는 해리 감소 및 파편 형성을 제한하기 위해 최대 정격 유량의 70%에서 80%로 처리해야 합니다. [6] [9][10]. 30 × 10⁶ 세포/mL, 이상의 고밀도 배양의 경우, 응집 전처리 단계가 처리량을 유지하고 원심 분리액의 투명도를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. [6].
실용적인 공장 측면의 절충안도 있습니다. DSC는 전용 CIP 및 SIP 스키드가 필요하며, 청소 검증도 필요합니다. 이는 설정, 전환 및 문서화 작업을 추가합니다.소규모 또는 R& D 용도로, 일회용 시스템은 그 부담을 줄일 수 있습니다 [7] [11].
센터레이트는 보통 하류 여과 전에 여전히 연마가 필요합니다.
3. 심층 여과
원심분리가 세포에 너무 가혹하거나 소규모 배치에 너무 복잡할 때, 심층 여과는 종종 더 간단한 옵션입니다. 수확 스트림은 고체를 표면과 필터 매트릭스 내에 가두는 다공성 필터 매체를 통과합니다. 그래서 혼합 입자 크기와 고체 부하의 변화에 잘 대처할 수 있습니다[8].
2,000리터, 이하의 배치 공정에서는 심층 여과가 주 수확에 실용적인 선택이 되는 경우가 많습니다. 또한 잔류 DNA와 엔도톡신을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다[8].
2,000리터, 를 초과하면 상황이 달라집니다.필터 영역이 필요해지면 비실용적이 되기 시작하므로, 깊이 여과는 보통 원심분리 후 2차 정화 역할로 이동합니다. 그 시점에서, 이는 대량 수확 방법보다는 연마 단계로 더 작용합니다[8].
연속 처리에서는 깊이 여과가 일반적으로 횡단 흐름 여과와 ATF로 대체됩니다[8].
배양육 워크플로우에서 깊이 여과는 배치 규모 정화 또는 원심분리 후 연마에 가장 적합합니다.
4. 횡단 흐름 여과 및 교대 횡단 흐름
깊이 여과가 더 높은 볼륨에서 어려움을 겪기 시작할 때, TFF와 ATF는 연속 수확을 위한 주요 옵션이 됩니다. 둘 다 세포를 공정 스트림에 유지하면서 사용된 배지를 제거하는 데 사용되는 멤브레인 기반 세포 보유 시스템입니다.
TFF는 막 표면을 가로질러 육수를 이동시켜 케이크 축적을 제한하는 데 도움을 줍니다. ATF는 다르게 작동합니다: 흐름을 앞뒤로 반전시켜 부드러운 자가 청소 효과를 제공합니다.
두 시스템 모두 현탁 배양에 적합하며 미세 담체 기반 공정에도 설정할 수 있습니다. 이 경우, 담체와 부착된 세포는 생물 반응기 내부에 머물면서 사용된 배지는 지속적으로 교환됩니다. 이러한 유지 장치를 사용하는 퍼퓨전 시스템은 1×10⁷ cells/mL 이상의 세포 밀도에 도달할 수 있습니다 [10]. 대규모로, 세포를 반응기에서 잃지 않고 지속적인 배지 교환을 가능하게 하며, 종종 생물 공정 제어 소프트웨어를 통해 관리됩니다.
아래 비교는 두 모드가 일상 사용에서 어떻게 다른지를 보여줍니다.
| 특징 | TFF | ATF |
|---|---|---|
| 주요 용도 | 배치 농축 및 정제 | 연속 퍼퓨전 및 세포 유지 |
| 오염 제어 | 단방향 크로스 플로우가 멤브레인을 쓸어냄 | 교대 흐름이 우수한 자가 청소 제공 |
| 전단 응력 | 중간 (펌프 유형에 따라 다름) | 낮음 (다이어프램 펌프는 매우 부드러움) |
| 통합 | 종종 독립형 다운스트림 유닛으로 사용됨 | 바이오리액터의 사이드 스트림 루프에서 실행됨 |
여기서 중요한 실용적인 점은 집합체가 단일 세포 현탁액보다 전단에 더 민감하다는 것입니다.따라서 펌프 속도와 순환 유량은 세포주 [5]. 의 허용 오차 내에 있어야 합니다. 이러한 한계 내에 머무르면, 두 시스템 모두 막 표면적이 생물반응기 부피와 함께 증가하는 한 실험실 규모에서 상업 생산으로 확장할 수 있습니다 [3].
미세운반체 및 스캐폴드 기반 배양은 다른 회수 접근 방식이 필요합니다.
5. 미세운반체 및 스캐폴드 기반 수확
부착 의존성 세포는 부착하고 성장할 표면이 필요하므로 미세운반체와 스캐폴드 가 교반 탱크 규모 확장을 가능하게 합니다. 수확 관점에서 보면, 두 가지 명확한 경로가 있습니다: 지지체에서 세포를 방출하거나, 최종 제품에 지지체를 남겨두는 것입니다. 그 결정은 전체 하류 단계를 형성합니다.
분리 기반 공정에서는 세포를 운반체에서 효소 소화, 주로 트립신이나 콜라겐 분해 효소를 사용하여 방출한 후, 원심분리 또는 여과를 통해 비드에서 분리합니다 [5] [8]. 식용 또는 분해 가능한 스캐폴드, 예를 들어 다공성 젤라틴 마이크로캐리어나 세포 제거된 식물 스캐폴드를 사용하는 경우, 스캐폴드는 세포와 함께 남아 최종 제품의 일부가 됩니다 [12][5].
그 구분은 실제로 중요합니다. 분리는 세포에 손상을 줄 수 있습니다. 효소 처리 후, 회수 단계는 가능한 한 부드럽게 유지해야 합니다. 전단이 너무 높아지면 용해와 잔해도 증가합니다.
퍼퓨전 시스템에서는 ATF 또는 TFF가 미세 운반체를 생물 반응기 내부에 유지하면서 신선한 배지를 교환할 수 있습니다. 배치 작업보다 높은 세포 밀도를 지원합니다 [4] [8].
캐리어 선택은 제품 형식에 맞춰야 합니다:
- 식용 또는 분해 가능한 스캐폴드는 구조화된 제품에 적합하며, 스캐폴드가 제자리에 남아 있습니다
- 합성 마이크로캐리어는 세포가 최종 처리 전에 분리되는 공정에 적합합니다
마이크로캐리어 및 스캐폴드 재료 소싱을 위해,
캐리어 없는 회수가 필요한 경우, 저전단 분리 방법이 다음 옵션이 됩니다.
6. 음파 기반 세포 분리
원심분리 또는 여과보다 부드러운 옵션이 필요한 공정의 경우, 음파 분리는 저전단 세포 처리. 를 제공합니다.기계적 힘에 의존하는 대신, 음향파 분리(AWS)는 음파를 사용하여 세포를 이동 및 분리하므로 원심분리와 같은 방법보다 물리적 스트레스와 손상이 적습니다 [13][6].
이는 단순히 세포 생존 이상의 문제입니다. AWS는 용해를 줄이고 DNA 및 숙주 세포 단백질의 방출을 제한할 수 있으며, 이는 모두 다운스트림 장비를 오염시키고 제품 품질을 저하시킬 수 있습니다 [13][6].
AWS는 또한 연속 배양과 잘 맞으며, 종종 특수한 투석 생물반응기 센서. 를 필요로 합니다. 이는 세포나 억제 부산물을 제거하면서 생존 가능한 세포를 배양기로 다시 보내 매체를 재사용할 수 있습니다 [13]. 실제로, 이는 정화와 세포 유지가 동시에 이루어져야 할 때. AWS가 강력한 적합성을 갖게 합니다.
현재 AWS는 지속적이고 낮은 전단 수확을 위해 평가되고 있습니다.[13]. 이는 세포의 무결성과 배지 재사용이 높은 우선순위인 지속적 또는 퍼퓨전 기반 공정에 가장 적합합니다.
7. 하이드로사이클론과 중력 침전기
하이드로사이클론은 밀도가 높은 배지를 사전 농축하는 빠르고 유지보수가 적은 방법을 제공합니다. 중력 침전기는 반대편에 위치하며, 훨씬 부드럽지만 처리량이 낮습니다. 이는 더 엄격한 하류 분리 단계 전에 사전 농축 및 명확화 단계에서 둘 다 유용하게 만듭니다.
음향 시스템과 달리, 여전히 능동적인 처리가 필요한 중력 침전은 기계적 스트레스가 거의 없이 세포를 제거합니다. 실제로 입자는 시간이 지남에 따라 용기의 바닥에 침전됩니다. 매우 전단에 민감한 배양육 배양의 경우, 중력 침전기는 배지 교환에 적합할 수 있습니다.
입자 크기와 입자와 액체 사이의 밀도 차이가 클수록 침강 속도가 증가합니다. 따라서 세포가 응집되지 않으면 침강은 일반적으로 느립니다. 응집은 이를 변화시킵니다. 0.01–0.05% w/v의 pDADMAC과 같은 양이온 중합체는 포유류 세포가 종종 지니는 음전하를 중화할 수 있습니다. 이는 세포, 잔해 및 DNA를 50–500 μm 범위의 플록으로 집합시켜 훨씬 더 빠르게 침강하게 합니다. 보고된 사용에서는 DNA 제거율을 95% 이상으로 높이고, 20–40 × 10⁶ cells/mL의 세포 밀도에서 중력 기반 수확을 가능하게 할 수 있습니다. [6] .
여기서 중요한 실용적인 점은 다음과 같습니다: 플록큘런트 용량을 자 테스트로 설정하십시오 . 최적의 용량은 세포 밀도에 따라 변합니다 [6].
그들은 밀도가 높고 깨지기 쉬운 육수의 저전단 정화 단계에서 가장 유용하며, 다음을 포함합니다:
- 깨지기 쉬운 현탁 배양
- 응집된 미세 운반체 육수
- 밀도가 높은 정화 흐름
절충점은 간단합니다: 중력 침전기는 부드러움을 제공하지만 처리 속도에서 대가를 치르게 됩니다. 아래의 비교 표는 그 균형을 명확하게 보여줍니다.
비교 표
이 표는 처리량, 전단, 시스템 복잡성 및 운영 모드의 주요 절충점을 설명합니다. 목표는 간단합니다: 수확 방법을 배양 형식, 공정 규모 및 배치 또는 연속 운영 여부에 맞추는 것입니다.
배치 원심분리 vs 디스크 스택 원심분리
원심분리는 부드러운 처리와 처리량 사이의 긴장 지점에 위치하기 때문에 종종 첫 번째 큰 공정 선택이 됩니다.
배치 시스템은 세포에 더 부드럽게 작용하는 경향이 있습니다. 디스크 스택 시스템은 연속 처리와 훨씬 더 높은 처리량을 위해 설계되었습니다.
| 특징 | 배치 원심분리 | 디스크 스택 원심분리 |
|---|---|---|
| 처리량 | 낮음; 볼 용량에 의해 제한됨 | 높음; 연속적인 고체 배출 |
| 전단 영향 | 튜블러 볼 설계에서 매우 낮음 | 전통적인 설계에서 중간에서 높음; 밀폐형 모델에서 낮음 |
| 처리 모드 | 배치 | 연속 |
| 규모 적합성 | 벤치에서 파일럿까지 (최대 20 L/분) [4] | 상업 규모 (>2,000 L) [6] |
| 세척 | 일회용 (CIP 필요 없음) 또는 수동 세척 | 자동 CIP/SIP |
| 자동화 | 보통 | 높음; 자동 배출 및 레벨 제어 |
심층 여과 대 횡류 여과 및 ATF
막 기반 시스템에서는 결정이 대량 회수에서 명확화 또는 세포 유지로 이동합니다.
깊이 여과는 배지를 명확히 하는 데 사용됩니다. TFF와 ATF는 농축, 배지 교환, 세척 및 퍼퓨전 중에 세포를 유지하는 데 사용됩니다.
| 특징 | 깊이 여과 | TFF / ATF |
|---|---|---|
| 주요 용도 | 정화; 세포 및 잔해 제거 | 농축, 매체 교환 및 퍼퓨전 |
| 오염 경향 | 높음; 30 × 10⁶ 세포/mL 이상에서 용량 급격히 감소[6] | 보통; 크로스 플로우 작용이 표면 오염을 제한 |
| 전단 프로파일 | 매우 낮음 | 보통 (TFF); 낮음 (ATF) |
| 불순물 제거 | DNA, HCP, 지질 | 제한적; 주로 크기 기반 분리 |
| 처리 모드 | 배치 / 데드 엔드 | 연속 또는 퍼퓨전 |
| 소모품 | 일회용 필터 | 재사용 또는 일회용 멤브레인 |
용량에 대한 실용적인 점: 깊이 필터 처리량은 세포 밀도가 낮을 때 200–400 L/m²에서 세포 밀도가 30 × 10⁶ cells/mL 이상으로 증가하면 20–50 L/m²로 감소할 수 있습니다 [6]. 그것은 급격한 감소이며, 고밀도 수확에서 중요합니다. pDADMAC와 같은 응집제를 사용한 전처리는 손실된 용량의 많은 부분을 회복할 수 있으며, 경우에 따라 원심분리 단계의 필요성을 완전히 제거할 수 있습니다 [6].
하이드로사이클론 vs 중력 침전기 vs 음향 분리
마지막 비교는 저전단 전농축 옵션을 살펴봅니다.
여기서 주로 처리량, 전단, 공간 차지 간의 균형이 중요합니다. 세포 보호가 최우선이라면, 중력 침전기와 음향 분리가 더 부드러운 선택입니다. 하이드로사이클론은 공간을 덜 차지하지만, 더 높은 전단 부담을 동반합니다.
| 특징 | 하이드로사이클론 | 중력 침전기 | 음향 분리 |
|---|---|---|---|
| 하드웨어 단순성 | 높음; 움직이는 부품 없음 | 최고; 단순한 탱크 또는 경사판 | 보통; 음향 변환기 및 컨트롤러 필요 |
| 연속 처리 능력 | 예 | 예, 하지만 느림 | 예 |
| 전단 영향 | 보통에서 높음 | 최저 | 매우 낮음 |
| 취약한 세포에 대한 적합성 | 낮음 | 높음; 전단에 민감한 배양에 이상적 | 높음; 비침습적 분리 |
| 설치 면적 | 작음 | 크고; 상당한 공간과 시간이 필요 | 작거나 중간 정도 |
수확 기술을 프로세스에 맞추는 방법
모든 배양육 공정에 적합한 단일 수확 기술은 없습니다.선택은 규모, 운영 모드, 배양 형식, 그리고 최종 제품 목표. 에 따라 달라집니다. 좋은 수확 열차는 실제로 프로세스에서 작동할 수 있는 하나의 설정으로 일곱 가지 주요 옵션을 좁히는 것으로 시작합니다.
배양 형식으로 시작하십시오
배양 형식은 첫 번째이자 가장 명확한 필터입니다.
단일 세포 현탁 배양은 일반적으로 수확하기 가장 쉽습니다. 집합체 배양은 회수 중 전단 손상을 제한하기 위해 부드러운 처리가 필요합니다. 마이크로캐리어 기반 배양은 또 다른 분리 작업을 추가합니다. 왜냐하면 캐리어는 세포 회수 전에 제거되거나 동시에 제거되어야 하기 때문입니다. 이 경우, 디캔터 원심분리기는 높은 고형물 부하를 처리할 수 있기 때문에 종종 적합합니다 [1].
배양 형식이 명확해지면, 다음 단계는 수확 방법을 배치 또는 연속 운영에 맞추는 것입니다.
수확 방법을 바이오리액터 모드에 맞추기
바이오리액터 모드는 사용할 수 있는 수확 기술에 직접적인 영향을 미칩니다.
배치 바이오리액터에서는 수확이 단일 이벤트로 발생합니다. 이는 디스크 스택 원심분리기나 저전단 튜블러 볼 시스템이 합리적인 선택이 됩니다. 퍼퓨전 및 연속 바이오리액터는 배양을 중단하지 않고 계속 작동할 수 있는 분리 방법이 필요합니다. 실제로, 이는 ATF와 저전단 TFF를 지칭하는 경우가 많습니다. 두 방법 모두 연속적인 배지 교환과 세포 보유를 지원하면서 실행을 지속할 수 있습니다 [4][8]. 배치 원심분리는 퍼퓨전에 적합하지 않습니다.
그 후, 배양액 자체를 면밀히 살펴보십시오.적절한 장비 매칭이 이루어져도 분리가 어려운 공급물일 경우에는 어려움을 겪을 수 있습니다.
매체 구성 및 고형물 부하 고려
중간 점도, 이물질 부하, 거품 발생 위험은 모두 분리 효율에 영향을 미칩니다. 이러한 요소들은 프로세스 개발 중에 확인되어야 하며, 생산 규모에서 나중에 보완되어서는 안 됩니다.
거품 발생 가능성이 있는 경우, 밀폐 공급 원심분리가 더 안전한 옵션입니다.
때로는 한 단계로 세포 회수 및 명확성 목표를 모두 달성할 수 없습니다. 그런 경우에는 하나의 단위 작업을 무리하게 진행하는 것보다 2단계 수확 열차를 사용하는 것이 더 합리적입니다.
결합된 수확 열차 계획
대부분의 실제 프로세스는 하나의 수확 단계에만 의존하지 않습니다.
일반적인 접근 방식은 대량 고형물 제거를 위해 원심분리를 사용한 후, 스트림이 여전히 정제가 필요할 경우에만 심층 여과를 추가하는 것입니다. 고형물 함량이 높은 공급물의 경우, 응집 전처리가 큰 도움이 될 수 있습니다.양이온성 폴리머인 pDADMAC을 0.01–0.05% w/v로 사용하면 깊이 필터 처리량을 다섯 배에서 일곱 배로 , 증가시킬 수 있으며, 경우에 따라 원심분리의 필요성을 완전히 제거할 수 있습니다 [6] .
핵심 포인트는 간단합니다: 마지막 단계는 배출 시 필요한 조건과 일치해야 합니다.
수확을 다운스트림 제품 요구 사항에 연결하십시오
다운스트림 요구 사항이 최종 선택을 주도해야 합니다.
- 목표가 생존 가능한 세포, 인 경우 전단을 가능한 한 낮게 유지하십시오.
- 목표가 바이오매스, 인 경우 회수 및 처리량에 중점을 두십시오.
결론
배양육의 세포 수확에 대한 만능 해결책은 없습니다. 적절한 방법은 배양 형식, 공정 규모 및 목표 제품에 따라 다릅니다.실제로, 이는 수확 선택을 프로세스 설계 선택으로 만들며, 단순한 후속 단계가 아닙니다.
원심분리와 여과는 여전히 상업 규모의 세포 회수에 가장 확립된 옵션입니다. 처리량보다 부드러운 처리가 더 중요하다면, 낮은 전단 옵션이 더 합리적입니다.
음향 분리와 중력 침전은 특히 세포의 무결성이 최우선인 퍼퓨전 및 기타 프로세스 설정에서 낮은 전단 범주에 속합니다. 주요 절충점은 여전히 간단합니다: 부드러움 대 처리량.
그 기차를 구축하는 팀에게는,
자주 묻는 질문
올바른 수확 방법을 어떻게 선택하나요?
생산 목표, 예산, 규제 요구 사항에 따라 배양육에 적합한 수확 방법을 선택하세요. 목표는 세포 생존력, 회복, 확장성, 비용을 균형 있게 맞추는 것입니다.
대규모 생산을 위해서는 효소 기반 방법이 빠르고 일관된 자동화 처리를 지원하기 때문에 종종 더 적합합니다. 비용 절감이나 프리미엄 제품 품질이 더 중요하다면, 효소 비사용 기술이 귀하의 프로세스에 더 적합할 수 있습니다.
취약한 세포에는 어떤 옵션이 가장 적합합니까?
배양육 생산에서 취약한 세포의 경우, 생존력과 세포 무결성이 중요할 때 저전단 수확 방법이 더 적합합니다. 튜블러 볼 원심분리기는 표준 디스크 스택 시스템에 비해 전단 응력과 기계적 손상을 줄이기 때문에 두드러집니다.
UniFuge와 같은 플랫폼은 부드러운 세포 수집을 위해 설계되었으며, 최소한의 생존력 손실로 높은 회복률을 보여주었습니다.
복합 수확 열차는 언제 사용해야 하나요?
복합 수확 열차는 연속적이고 폐쇄 루프 프로세스에서 여러 다운스트림 단계를 연결해야 할 때 사용하세요.. 이는 높은 세포 밀도, 매체 재활용, 및 대사 억제제의 선택적 제거와 같은 작업에 잘 작동합니다..
수확, 정제 및 농축을 위생적인 유체 처리, 와 연결함으로써 프로세스 효율성을 향상시키고, 폐기물을 줄이며, 대규모 배양육 생산을 지원할 수 있습니다.
