シングルユースバイオリアクターの20年：「2,000 L が上限」はいつ追い越されたのか

Thermo Fisher Scientific のシングルユースバイオリアクター使い捨ての樹脂製バッグを培養容器に用い、洗浄・滅菌の手間を省いて交叉汚染のリスクを下げる培養装置です。詳しく →「HyPerforma S.U.B.」が、2026年に登場20年を迎えました。製品の宣伝というより、「シングルユース使い捨ての樹脂製バッグや容器を用いる製造方式です。洗浄・滅菌の手間を減らせる一方、ステンレス設備と比べて特徴が異なり、目的に応じて選び分けます。詳しく →で商用生産を回す」という発想がどう常識を変えたかの記録として読める節目です。

20年前、バイオ医薬の製造はステンレス製の巨大設備が当たり前でした。洗浄・滅菌・バリデーションに膨大な手間と初期投資がかかり、シングルユースの技術は保管バッグや簡単な送液に限られていました。大規模生産を丸ごとディスポーザブルでやるという話は、多くの人にとって現実離れしていたといいます。いまその発想は、5 L から 5,000 L までの製品として並んでいます。

本稿では、この20年で何が変わったのかを製品の側から整理します。各社のラインアップはどこまで伸びたのか。「2,000 L が上限」という通説は、いつ追い越されたのか。採用にあたって残る宿題は何か。最後に、いま選ぶならどこから決めるかを並べます。

20年前、なぜシングルユースの培養は「無謀」とされたのか

当時の常識は、ステンレス製の培養槽を洗浄して繰り返し使うことだったからです。

固定タンクと配管を、定置洗浄（CIP）と定置蒸気滅菌（SIP）を挟みながら繰り返し使う。設備は長寿命で、バッチごとの消耗品コストはほぼゼロに近づくかわりに、純水・注射用水・蒸気のユーティリティ、洗浄バリデーション設備を洗浄した後、前の製品の残留がないことを検証し交叉汚染を管理する活動。詳しく →、配管設計のすべてを抱え込み、初期投資も建設期間も大きくなります。

シングルユースは、その周辺にいました。保管バッグ、簡単な送液、小スケールの実験用の培養槽。⁠培養そのものをシングルユースのバッグでやるという発想は、当時の技術水準では検証しようがないものでした。

シングルユースは、支援する道具から生産する道具へどう変わったのか

転機は、CIPタンクや配管を分解せず設置したまま洗浄(CIP)し、蒸気などで滅菌(SIP)する仕組みです。詳しく → と SIP が要らなくなり、シングルユースが培養そのものを担う役割に変わったことでした。

バッチごとに新しい無菌流路を使うので交差汚染のリスクも下がり、製品の切り替えも速くなって、多品種生産や臨床の急な立ち上げに身軽に対応できるようになりました。この身軽さが、業界の設備投資の考え方そのものを変えました。特に効くのは、臨床初期で需要が読めない段階と、複数品目を同じ建屋で回す受託製造製造をCDMOやCMOなど外部の製造所へ委託すること。委託しても品質への最終的な責任は委託者に残る。詳しく →です。

いまのラインアップを並べると、変化の幅が見えます。撹拌槽型の主力は次のとおりです。

小さい側も厚くなりました。

• 小スケールの撹拌槽⁠：Eppendorf の BioBLU と BioFlo 120、Sartorius の Biostat B に UniVessel SU を組む構成、Getinge の AppliFlex ST、Distek の BIOne、INFORS HT のソリューション。
• ロッキング袋を揺らして波で混ぜる培養方式。撹拌翼がなくせん断が小さく、細胞にやさしい。詳しく →型⁠：Cytiva の ReadyToProcess WAVE 25 と Cellbag、Sartorius の Biostat RM と Flexsafe RM、Thermo Fisher Scientific の HyPerforma Rocker。

重要：「シングルユースの上限は 2,000 L」という説明は、いつ製品に追い越されたのか

Thermo Fisher Scientific の DynaDrive が、5 L から 5,000 L までを1つのシリーズで並べた時点で、この説明は製品に追い越されました。

そもそも各社の主力が 2,000 L にそろっているのは、偶然ではありません。バッグの強度も、吊り下げたときの荷重も、フィルムの溶着部が耐える内圧も、同じ材料を同じ作り方で組む限り似た値に落ち着きます。だから長いあいだ「シングルユースの上限は 2,000 L」と説明され、それを超えるならステンレスだとされてきました。

越えた機種は、材料ではなく構造から作り直しています。

• 駆動の位置⁠：槽の上部から撹拌軸を駆動する構成をやめ、撹拌の駆動を槽の底に置いた。
• 撹拌翼⁠：翼の設計も変えた。
• ターンダウン比：同じ系列の 500 L 機で 20 対 1 という数字が公表されている。

カタログの容量だけを伸ばした機種はありません。伸びている機種は、撹拌をどこから入れるかという構造にまで手を加えています。

20年を振り返ると、変わったのは技術より参入の敷居ではないか

象徴的なのは、技術そのものより「入りやすさ」が変わった点です。

かつてバイオ医薬品の製造に乗り出すには、巨額の投資とリスクが必要でした。建屋、ユーティリティ水・空調・ガスなど、製造を直接支える設備の総称。適格性評価や汚染管理の対象になる。詳しく →、洗浄バリデーション。シングルユース化は、その敷居を下げます。新興国を含めた新しい作り手の参入を後押しし、臨床の初期段階から自社で作るという選択肢を現実的にしました。

採用時に、なぜ E&L と培養バッグの供給が宿題として残るのか

バッグやチューブから製品液へ移る成分の評価と、槽専用で替えの利かない培養バッグの供給は、シングルユースを本格導入するときにも実務の要点として残るからです。

まずは抽出物・溶出物（E&L製造材料から製品側へ移りうる微量成分を扱う評価。抽出物と溶出物の把握と安全性判断を行う。詳しく →）の評価です。プラスチックバッグやチューブから、可塑剤・酸化防止剤・分解物などが製品液へ移行しうる。これが原薬原薬。精製を終えた有効成分そのもので、製剤化する前の段階を指す。詳しく →や患者に影響しないことを示す必要があります。

• 抽出物（Extractables材料に実使用より厳しい条件をかけて意図的に引き出した成分。出うる成分の候補プールにあたる。詳しく →）：過酷条件で溶け出す候補成分を把握する。
• 溶出物（Leachables実際の使用・保管条件で、工程液や製品に現実に移ってきた成分。抽出物のうち現実化した部分。詳しく →）：実プロセス条件での溶出物を確認し、毒性学的に許容できると説明する。

この一連がシングルユースの品質保証の柱です。詳しくは抽出物・溶出物（E&L）で扱っています。

もうひとつが部材の供給です。培養バッグは槽の内側の形を決めている部品で、各社とも自社の槽専用に作っています。

ポートの位置もセンサーポートも槽に合わせて設計されているので、他社のバッグは使えません。

選ぶときに見る順番

容量からではなく、品目数と切替頻度から決めます。 容量から入ると、もう分岐しないからです。

• Step 1：品目数と切替頻度を決める 1品目を長く作るのか、複数品目を同じ建屋で回すのか。ここでシングルユースの利点がどれだけ効くかが決まる。
• Step 2：必要な単一槽の容量を出す 5 L から 5,000 L まで製品があるので、たいていの生産量はカバーできる。見るのは上限ではなく、N-1灌流本培養の一つ前の工程で灌流培養により細胞を高密度まで増やし、高い密度で本培養へ植え継ぐ手法です。詳しく →を入れて本培養種培養で増やした細胞を大型の培養槽に移し、目的物質を本格的に産生させる最終段階の培養です。栄養を追加しながら育てるフェドバッチが広く使われます。詳しく →の容量を下げられるかどうか。
• Step 3：替えの利かない部材を数える 培養バッグは槽の専用品で、セカンドソースを用意できない。送液用のアッセンブリーとセンサーは替えられる。供給が止まったときに何日で生産が止まるかを、先に出しておく。
• Step 4：E&L を計画に入れる バッグを採用するなら評価が必ず要るので、槽を決めるのと同時に計画に入れる。

判断の全体像はシングルユースとステンレスとバイオリアクターの選び方で扱っています。

※ 本記事はメーカーの公開ブログをもとにした紹介・解説です。

参考文献

• USP米国で医薬品・原料・試験法の公式基準を定める公定書で、製薬用水に関する規格も収載されている。詳しく →, General Chapter <665> Plastic Components and Systems Used to Manufacture Pharmaceutical Drug Products and Biopharmaceutical Drug Substances and Products
• USP, General Chapter <1665> Characterization and Qualification of Plastic Components and Systems Used to Manufacture Pharmaceutical Drug Products and Biopharmaceutical Drug Substances and Products
• BioPhorum, Standardized Extractables Testing Protocol for Single-Use Systems in Biomanufacturing