本培養後ハーベスト
培養液から細胞を除去し、上清を回収する。
主な用途
- 上清回収
Product Guide
遠心分離機
遠心分離機は、遠心力を利用して、培養液中の細胞、細胞デブリ、粒子、沈殿物などを分離する装置です。本培養直後の培養液には、目的タンパク質だけでなく、細胞、死細胞、細胞片、DNA、HCP、凝集物、濁質が含まれています。そのままProtein Aカラムやメンブレンフィルターへ送ると、圧力上昇、詰まり、処理時間延長、回収率低下、工程トラブルにつながります。遠心分離機は、こうした固形分を最初に大きく減らすための装置です。遠心分離で細胞や大きなデブリを除去し、その後にデプスフィルターやメンブレンフィルターで二次清澄化することで、下流精製へ負荷しやすい液に整えます。
用途・特徴
遠心分離機は、培養液中の固形分を遠心力で分離するために使われます。抗体医薬では、CHO細胞の本培養後に、培養液から細胞を除去して上清を回収する目的で使われます。上清には目的抗体が含まれており、その後、デプスフィルター、メンブレンフィルター、Protein A精製へ進みます。
遠心分離は、デプスフィルターだけで清澄化する場合と比べて、細胞濃度や濁質負荷が高い培養液を処理しやすい場合があります。一方で、装置サイズ、洗浄、滅菌、せん断、エア混入、密閉性、シングルユース化、GMP記録などを考慮する必要があります。
Point
- 本培養後の培養液から細胞や大きなデブリを除去する装置
- ハーベスト・一次清澄化の主役になる
- 遠心後の上清をデプスフィルターやProtein A工程へ渡す
- ディスクスタック遠心機、連続遠心機、ボトル遠心機、シングルユース遠心機などがある
- 高細胞密度培養や大容量培養では、フィルター負荷を下げる役割が大きい
- せん断、細胞破壊、濁度、回収率、スループット、洗浄性が重要
- シングルユース型では閉鎖系化、洗浄削減、切替性が利点になる
使用方法
基本的には、本培養終了後の培養液を遠心分離機へ送り、細胞やデブリを沈降・分離させ、上清を回収します。
1本培養の終了条件を確認する
2培養液の細胞密度、生存率、濁度、力価を確認する
3遠心分離機、ローター、ボウル、バッグ、流路を準備する
4必要に応じてCIP/SIPまたはシングルユース流路を準備する
5培養液を遠心分離機へ供給する
6遠心力、流量、温度、圧力を設定する
7細胞・デブリを分離する
8上清を回収する
9必要に応じてデプスフィルターやメンブレンフィルターへ送る
10遠心後の濁度、回収率、残細胞、圧力、処理量を確認する
11装置洗浄またはシングルユース部材を廃棄する
実際の運用は、培養スケール、細胞密度、細胞状態、培養液粘度、装置方式、シングルユース化、GMP要件によって変わります。
デプスフィルターとの違い
遠心分離機とデプスフィルターは、どちらもハーベスト・清澄化で使われますが、分離の原理が違います。
結論
高細胞密度の培養では、遠心分離で大きな固形分を先に落とし、その後にデプスフィルターで仕上げる構成が使われることがあります。
原理
多層構造のろ材で細胞・デブリを捕捉する
遠心力で細胞・粒子を分離する
主な役割
一次〜二次清澄化、濁質除去
一次清澄化、細胞除去
向く液
濁質負荷が中程度の培養液、遠心後上清
細胞濃度が高い培養液、大容量培養液
スケール
モジュール追加でスケールアップしやすい
大容量・連続処理に向く構成がある
消耗品
フィルター面積に応じて増える
シングルユース型では流路・ボウル等
注意点
詰まり、処理量、圧力上昇、回収率
せん断、細胞破壊、洗浄、密閉性
下流影響
残濁質や微粒子をさらに低減する
濁質を大きく減らす
メンブレンフィルターとの違い
| 項目 | 遠心分離機 | メンブレンフィルター |
|---|---|---|
| 主な目的 | 細胞・大きなデブリの除去 | 微粒子、微生物、残濁質の除去 |
| 分離対象 | 細胞、細胞片、重い粒子 | 細菌、微粒子、残留粒子 |
| 工程位置 | ハーベスト直後、一次清澄化 | 二次清澄化、無菌ろ過、バイオバーデン低減 |
| 処理方式 | 機械的分離 | 膜ろ過 |
| 詰まり | 装置条件や固形分排出に依存 | 濁質負荷で詰まりやすい |
| 完全性試験 | 通常フィルターのような完全性試験ではない | 滅菌グレードでは完全性試験が重要 |
| 注意点 | せん断、密閉性、回収率 | 圧力上昇、吸着、完全性、処理量 |
ボトル遠心機と連続遠心機の違い
| 項目 | ボトル遠心機 | 連続遠心機 |
|---|---|---|
| 処理方式 | ボトルやバッグを遠心してバッチ処理する | 培養液を連続的に供給して分離する |
| 主なスケール | ラボ、開発、小スケール | パイロット、商用、大容量 |
| 操作 | 手作業が多い | 装置・流路で連続運転 |
| 閉鎖性 | 容器操作が必要 | 閉鎖系化しやすい構成がある |
| 処理量 | 限定的 | 高スループットに対応 |
| GMP適性 | 開発や小スケール中心 | 製造用途で検討される |
| 注意点 | 作業負荷、バッチ間ばらつき | 設備、CIP/SIP、シングルユース流路、せん断 |
ディスクスタック遠心機とは？
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 主な用途 | 細胞培養液や発酵液のハーベスト、細胞除去 |
| 強み | 大容量処理、連続運転、高い分離効率 |
| バイオ医薬用途 | CHO培養液、微生物発酵液、細胞培養液の一次清澄化 |
| 注意点 | せん断、細胞破壊、洗浄、滅菌、密閉性 |
| シングルユース型 | 近年はシングルユースディスクスタック遠心機も出ている |
シングルユース遠心機とは？
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 主な目的 | 洗浄・滅菌・製品切替負荷を減らす |
| 液接触部 | シングルユースボウル、バッグ、チューブ、流路 |
| 強み | 閉鎖系化、多品目対応、交差汚染リスク低減 |
| 向く用途 | 開発製造、臨床製造、多品目製造、細胞治療、ウイルスベクター |
| 注意点 | 消耗品コスト、供給性、スケール、E&L、部材互換性 |
| 関連装置 | Alfa Laval CultureOne、GEA kytero、Sartorius Ksepなど |
遠心分離で確認する項目
| 確認項目 | 内容 | 目的 |
|---|---|---|
| 濁度 | 遠心後上清の濁り | デプスフィルターやProtein Aへの負荷確認 |
| 残細胞数 | 上清中に残った細胞数 | 清澄化性能の確認 |
| デブリ量 | 細胞片や微粒子の残り | フィルター詰まりリスク確認 |
| 回収率 | 目的タンパク質が上清側に回収された割合 | ロス評価 |
| 力価 | 遠心前後の目的タンパク質濃度 | 製品回収の確認 |
| HCP/DNA | 細胞破壊による不純物増加 | 下流負荷の評価 |
| 圧力 | 送液・下流フィルターの圧力 | 詰まりや負荷の確認 |
| 温度 | 遠心中の温度変化 | 製品安定性の確認 |
| せん断影響 | 細胞破壊や製品品質への影響 | 条件最適化 |
| 処理時間 | バッチ全体を処理する時間 | スケールアップ・製造計画 |
主なタイプ
| タイプ | 内容 | 向く用途 |
|---|---|---|
| 卓上遠心機 | 小型チューブやプレートを処理する | ラボ、QC、少量サンプル |
| 大容量遠心機 | ボトルやバッグを処理する | 開発、スケールダウン、小〜中量ハーベスト |
| 連続遠心機 | 液を連続供給して分離する | パイロット、商用、大容量 |
| ディスクスタック遠心機 | 多数のディスクで分離効率を高める | 細胞培養液、微生物発酵液 |
| シングルユース遠心機 | 液接触部を使い捨てにする | 多品目、臨床製造、閉鎖系 |
| カウンターフロー遠心機 | 流体の流れと遠心力で細胞を回収・洗浄する | 細胞治療、細胞回収、濃縮 |
| 低せん断遠心機 | 細胞やウイルスへのダメージを抑える設計 | 細胞治療、ウイルスベクター |
| 微生物用遠心機 | 高濁度・高固形分の発酵液に対応 | 大腸菌、酵母、プラスミド |
選定ポイント
処理対象CHO細胞、HEK293、Sf9、Vero、大腸菌、酵母、細胞治療製品など
処理量L、数十L、数百L、数千Lに対応できるか
細胞密度高密度培養液を処理できるか
生存率死細胞やデブリが多い場合の清澄化性能
目的物上清回収か、細胞回収か、両方か
回収率目的タンパク質や細胞のロスが少ないか
せん断細胞破壊や製品劣化が起きにくいか
清澄度後段フィルターやProtein Aに負荷しない程度まで濁質を減らせるか
スループットバッチ時間内に処理できるか
温度制御温度感受性の液体に対応できるか
閉鎖性バッグ、チューブ、無菌コネクターで閉鎖系にできるか
シングルユース対応液接触部を使い捨てにできるか
CIP/SIPステンレス型の場合、洗浄・滅菌に対応するか
GMP対応IQ/OQ、CSV、電子記録、ロット記録に対応するか
設置性フットプリント、搬入、排液、騒音、メンテナンス
保守国内保守、スペアパーツ、消耗品、サービス体制
使用される工程
遠心分離機は、ハーベストや清澄化が必要な工程で広く使われます。
一次清澄化
細胞、大きなデブリ、粒子を遠心力で除去する。
主な用途
- 細胞除去
二次清澄化前処理
後段のデプスフィルターやメンブレンフィルターの負荷を下げる。
主な用途
- 負荷低減
Protein A前処理
カラムロード液の濁質を減らす。
主な用途
- 濁質低減
微生物発酵ハーベスト
大腸菌、酵母、発酵液から菌体を分離する。
主な用途
- 菌体分離
プラスミドDNA製造
菌体回収や溶解後清澄化の前後で使われる。
主な用途
- 菌体回収
ウイルスベクター製造
Producer Cellや昆虫細胞培養液の清澄化に使われる。
主な用途
- 清澄化
細胞治療製造
細胞回収、洗浄、濃縮に使われる。
主な用途
- 細胞回収
ワクチン製造
細胞基材やウイルス液の分離・清澄化で使われる。
主な用途
- 分離
QC・開発
小容量サンプルの上清回収、細胞除去、分析前処理で使われる。
主な用途
- 前処理
使用されるモダリティー
遠心分離機は、ハーベストや細胞回収が関係する多くのモダリティーで使われます。
抗体医薬
関連度高
CHO培養液本培養後ハーベスト
細胞除去と一次清澄化に使われる。
ADC
関連度高
抗体原薬用CHO培養液
抗体部分のハーベストで使われる。
二重特異性抗体
関連度高
CHO培養液清澄化
抗体医薬と同様に上清回収で使われる。
Fc融合タンパク質・組換えタンパク質
関連度高
CHOHEK293微生物
細胞・菌体除去に使われる。
AAV
関連度高
HEK293Sf9Producer Cell
細胞除去や清澄化で使われる。
レンチウイルス
関連度中〜高
Producer Cell培養液
ベクター液回収前の細胞除去で関係する。
ワクチン
関連度高
VeroMDCK昆虫細胞
細胞基材やウイルス液の分離で使われる。
細胞治療
関連度高
T細胞NK細胞MSCCAR-T
細胞回収、洗浄、濃縮で使われる。
iPS細胞・幹細胞由来製品
関連度中〜高
iPS由来細胞MSC
細胞回収や洗浄で使われる。
遺伝子編集
関連度中〜高
編集細胞Producer Cell
細胞回収やベクター製造細胞の清澄化で使われる。
mRNA-LNP
関連度中
プラスミド発酵原料酵素製造
mRNA本体より関連発酵・原料製造で関係する。
プラスミドDNA
関連度高
大腸菌発酵菌体回収
菌体回収や清澄化で重要。
微生物発酵
関連度高
大腸菌酵母発酵液
菌体分離や上清回収で使われる。
低分子医薬品
関連度中
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発酵工程や生物由来原料で関係する。
メーカー製品
連続遠心機・ディスクスタック遠心機（8）
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