HyClone: Single Use Bioreactor - Die Einweg-Bioreaktoren kommen! HyClone bringt 2006 drei Baugrößen mit 50, 250 und 1.000 l Volumen auf den Markt.
HyClone, ein Hersteller von Zellkultur- und Bioprozess- Systemen für Forschungsund Produktionszwecke, hat im Mai dieses Jahres einen neuen Einweg- Bioreaktor – Single Use Bioreactor, abgekürzt SUB – vorgestellt. Er soll 2006 in drei Baugrößen mit 50, 250 und 1.000 l Volumen auf den Markt kommen. Zum ersten Mal kommt dabei im Vergleich zu anderen, derzeit am Markt verfügbaren Technologien wie z.B. Mixtainer, Hynetics, Wave-Bioreactor etc., ein klassisches Rührverfahren mit mechanischer Kopplung zwischen Rührorgan und Motorgetriebe zum Einsatz. Die wichtigsten Vorteile des SUB sind: keine Cross-Kontaminationen möglich und keine CIP/SIP-Prozesse einschließlich deren Validierung erforderlich. Die Kosten für die Einwegmaterialien und deren Entsorgung werden durch die Einsparungen in CIP/SIP-Bereich mehr als wettgemacht. Vertrieben wird der Bioreaktor von Perbio Systems.

Der Bioreaktor besteht im Wesentlichen aus Einweg- und wieder verwendbaren Bauteilen bzw. Komponenten: _ Wieder verwendbar sind der äußere Stützbehälter aus Chromnickelstahl mit Motor, Getriebe und Halterung, der elektrische Heizmantel und das Fahrgestell aus CrNi- Stahl. _ Einweg-Komponenten sind der komplett geschlossene, sterile Bag aus HyClone’s proprietärem Film HyQ CX5- 14; dieser Film wurde in unabhängigen Studien als qualitativ herausragend gegenüber allen anderen verfügbaren Filmmaterialien bewertet. Weitere Einweg- Komponenten sind die Gleitringdichtung mit Rührwellenhülle und Impeller und drittens die Anschlusspunkte für Medienzugabe, Begasung, Sonden, Probenahme etc. Die Besonderheit des Systems liegt in der Verwendung des klassischen Rührantriebs. Eine CrNi-Stahl-Rührwelle wird durch die Getriebehalterung und die Gleitringdichtung in eine Schutzhülle aus HyQ CX5-14 eingeführt. Diese Schutzhülle ist sowohl mit dem Rührelement als auch mit dem Innensegment der Gleitringdichtung fest verschweißt. Die Rührwelle wird dann mit einen Vierkantprofil mit der Rührelementinnenseite verankert und im Getriebe über einen Konus verklemmt. Damit ist eine mechanische Kopplung zwischen Getriebe und Rührelement hergestellt. Der SUB verfügt im zylindrischen Teil über vier Ports. Zwei werden zur Einbringung von Standard-Messsonden mit einem Durchmesser von 11 mm verwendet. Diese werden mit Hilfe von autoklavierbaren Sterilanschlüssen in das Bioreaktor- Medium eingebracht. Dabei sitzt der eine Teil des Anschlusses fest am Bag und wird zusammen mit diesem per Gammabestrahlung sterilisiert. Das jeweilige Gegenstück ist mittels eines flexiblen Silikonschlauchs mit der Sonde verbunden. Dieser Teil wird autoklaviert und dann durch die Sterilverbindung in den Bioreaktor eingebracht, so dass die Sonde (z.B. für pH, O2 etc.) direkt mit dem Medium in Kontakt kommt. Zwei weitere Ports in diesem Bereich dienen der Temperaturmessung im Medium sowie der Probenahme. Im Kopfbereich sind fünf Ports vorhanden. Drei dienen der Zugabe von Inokolum, Medium und z.B. Antischaummittel. Ein Port wird, mit einen Einweg-Sterilfilter versehen, zur Gasüberlagerung verwendet. Der vierte Port, als 1,5“ Triclamp-Anschluss gestaltet, dient der Abluftentsorgung. Im Bodenbereich befindet sich der Bioreaktor-Auslass sowie eine semipermeable Membran, die zum Gas-Sparging verwendet wird. Auch dieser Gaseinlass ist wiederum mit einem gammasterilisierbaren Einwegfilter versehen.

Vergleichstest mit klassischen Bioreaktoren
Im Rahmen der ersten Produktvorstellung in Genf berichtete Dr. Kurt Kunas von Baxter, USA, über erste Ergebnisse mit dem SUB. Dabei hat Baxter sowohl die Sauerstoff-Eintragsraten, die als ein Beleg für die Funktion des Rührmechanismus gewertet werden können, als auch die Ertragsergebnisse eines Zellkultivierungsprozesses über 12 Tage mit einen klassischen CrNi- Stahl-Bioreaktor verglichen. Für den Kultivierungsprozess wurde eine CHO-Zellinie zur Herstellung eines Human-Antikörpers in einem proteinfreien, chemisch hergestellten Medium verwendet. Der Kultivierungsprozess unter Zugabe weiterer Nährstoffe dauerte 12 Tage an. Die Ergebnisse zeigen, dass der SUB in allen Bereichen absolut vergleichbare Resultate liefert. Dabei wurden die Ergebnisse von fünf Kultivierungsläufen in CrNi-Stahl- Bioreaktor gemittelt. Die Ergebnisse des ersten Kultivierungslaufs im SUB. lagen im Rahmen der Ergebnisse des CrNi-Stahl-Bioreaktors. Besonders bemerkenswert ist die Tatsache, dass die Einweg- Gleitringdichtung aus Kunststoff, bei der es sich um eine patentierte Neuentwicklung handelt, keinerlei Fehlfunktion während der Dauer des Testes zeigte, obwohl die ganze Zeit mit 110 upm gemischt wurde.

Vorteile der Einweg-Technik
Somit ist es nun zum ersten Mal erfolgreich gelungen, die Hauptvorteile der Einweg- Technologie mit den Vorteilen eines klassischen Rührsystems zu verbinden: _ keine Reinigung (Clean-In- Place, CIP) mehr erforderlich. _ keine Sterilisation (Sterilizing/ Steam-In-Place, SIP) mehr erforderlich _ bei jedem Ansatz kommt eine neue, unberührte Oberfläche zum Einsatz, womit das Risiko einer Cross- Kontamination völlig ausgeschlossen wird. _ damit entfallen auch alle Aufwendungen für CIP/SIP-Systeme, bzw. die dafür erforderlichen Investitionen können drastisch reduziert werden _ ferner entfallen alle Aufwendungen für die Qualifizierung und Validierung der Reinigungs- und Sterilisationsschritte. _ durch den Entfall oder die Verkleinerung der CIP/ SIP-Systeme wird zudem wertvoller Gebäuderaum eingespart _ oder der Einsatz des SUB. als Retrofit-System ermöglicht, bei gleichzeitiger Verwendung vorhandener Steuerungssysteme, den Ausbau der Fermentationskapazität in beengten Raumverhältnissen. _ durch die fahrbare Ausführung (im Leerzustand bis zu 1.000 l) wird dabei weitere Flexibilität gewonnen. _ die Verwendung der klassischen Rührtechnologie senkt die oft „ideologisch“ bedingte Hemmschwelle, diese moderne Technologie einzusetzen. Die Kosten für die Einwegmaterialien und deren Entsorgung werden durch die o.g. Einsparungen in CIP/SIPBereich und den Gewinn an Flexibilität und Produktionssicherheit mehr als wettgemacht. Aber auch die um den SUB im Up- und Downstream- Bereich verwendeten Lagerungs- und Handlingsysteme können heutzutage mehr und mehr durch die Einwegtechnologie ersetzt werden. Die Vision einer „Einweg- Fabrik“ ist damit der Realität einen großen Schritt näher gekommen.

Stand der Produktentwicklung
Der SUB durchläuft derzeit noch intensive Beta-Tests, bei denen weitere Anregungen der Endanwender soweit möglich in das endgültige Gerätedesign integriert werden. Die ersten beiden Ausbaustufen mit 50 und 250 l Volumen werden im ersten Quartal 2006 marktreif sein. Die dritte Ausbaustufe mit 1.000 l wird im 2. Quartal 2006 zur Verfügung stehen. Allen drei „Basis“-Größen ist gemein, dass sie jeweils bereits mit 50 % des Gesamtvolumens effizient arbeiten können. Alle drei Systeme werden im Leerzustand fahrbar sein. Darüber hinaus wird ein einfaches Steuersystem angeboten. Haupteinsatzziel ist jedoch der Retrofit-Bereich, indem vorhandene Steuerungssysteme zur Kontrolle des SUB verwendet werden.