シードトレイン
本培養へ接種する細胞を増やすため、小型SUBやロッキング型が使われる。
主な用途
- 種培養
Product Guide
シングルユースバイオリアクター
シングルユースバイオリアクターは、使い捨ての培養バッグやライナーを用いて、細胞培養や微生物培養を行う培養装置です。従来のステンレス培養槽では、培養ごとに洗浄、滅菌、SIP/CIP、バリデーション、配管準備が必要になります。一方、シングルユースバイオリアクターでは、あらかじめ滅菌されたバッグやシングルユース流路を装着して使用するため、洗浄・滅菌作業を減らし、切り替えを早くしやすい点が特徴です。
用途・特徴
シングルユースバイオリアクターは、細胞を制御された条件で培養し、目的タンパク質やウイルスベクターなどを生産するために使われます。主に、温度、pH、DO、撹拌、通気、CO2、O2、N2、フィード添加、サンプリングなどを制御します。
ガラス製ベンチトップバイオリアクターやシェイクフラスコよりも制御性が高く、商用スケールのステンレス培養槽よりも導入・切り替えが柔軟です。
Point
- 使い捨てバッグを用いる培養装置
- 洗浄・滅菌作業を減らし、切り替えを早くしやすい
- pH、DO、温度、撹拌、ガス、フィードを制御できる
- 抗体医薬の本培養で重要な装置
- CHO細胞、HEK293細胞、Sf9細胞、Producer Cellなどで使われる
- フェッドバッチ、灌流、強化培養に対応する構成がある
- バッグ、センサー、フィルム、接続部材、制御システムまで含めて選定する
使用方法
基本的には、滅菌済みのシングルユースバッグを装置にセットし、培地を充填してから細胞を接種し、培養条件を制御します。
1シングルユースバッグを準備する
2装置へバッグを装着する
3pH/DOセンサー、チューブ、フィルター、ガスラインを接続する
4培地を充填する
5温度、pH、DO、撹拌、ガス条件を設定する
6シードトレインで増やした細胞を接種する
7培養中に細胞数、生存率、代謝物、pH、DOを確認する
8必要に応じてフィードを添加する
9培養終了条件を判断する
10ハーベスト・清澄化工程へ送液する
11バッグや流路を廃棄する
実際の運用は、細胞種、培養スケール、バッグ仕様、センサー構成、培地・フィード、制御システム、サンプリング方式、GMP要件によって変わります。
ステンレス培養槽との違いは？
シングルユースバイオリアクターとステンレス培養槽は、どちらも本培養に使われますが、運用思想が異なります。
結論
多品目製造や開発〜中規模製造ではシングルユースが有利になることが多く、大量生産や非常に大きなスケールではステンレス培養槽が選ばれることがあります。
培養容器
固定式ステンレス槽
使い捨てバッグ
洗浄・滅菌
CIP/SIPが必要
基本的に不要、バッグ交換
立ち上げ
設備準備が重い
比較的早い
交差汚染リスク
洗浄バリデーションが重要
バッグ交換で低減しやすい
スケール
数百L〜数万L以上
数L〜数千L
柔軟性
大量生産・長期運用に強い
多品目・小〜中規模に向く
廃棄物
洗浄水・蒸気・薬液が必要
プラスチック廃棄物が出る
注意点
洗浄、滅菌、設備投資、切替時間
バッグ供給、フィルム、E&L、スケール上限
ガラス製ベンチトップバイオリアクターとの違いは？
| 項目 | ガラス製ベンチトップバイオリアクター | シングルユースバイオリアクター |
|---|---|---|
| 主な用途 | 条件検討、スケールダウン、研究開発 | プロセス開発、本培養、GMP製造 |
| 容器 | ガラス槽 | シングルユースバッグ |
| 洗浄・滅菌 | 洗浄、オートクレーブが必要 | 滅菌済みバッグを使用 |
| スケール | 数百mL〜数十L程度 | 数L〜数千L |
| 再現性 | 条件制御に強い | 製造スケールに展開しやすい |
| 柔軟性 | 実験条件変更に強い | 多品目・製造切替に強い |
| 注意点 | 洗浄・組立の手間 | バッグ仕様、センサー、供給安定性 |
ロッキング型との違いは？
| 項目 | 撹拌槽型シングルユースバイオリアクター | ロッキング型バイオリアクター |
|---|---|---|
| 混合方式 | インペラー撹拌 | バッグを揺らして混合 |
| 主な用途 | 本培養、プロセス開発、製造 | シードトレイン、小〜中規模培養、細胞治療 |
| 制御性 | 高い | 中〜高 |
| スケール | 数L〜数千L | 小〜中容量が中心 |
| 酸素移動 | 撹拌・通気で制御しやすい | 波動混合と表面曝気が中心 |
| せん断 | 条件によって管理が必要 | 比較的低せん断で扱いやすい |
| 向く細胞 | CHO、HEK293、Sf9など | せん断に弱い細胞、種培養、細胞治療 |
| 注意点 | インペラー、スパージ、バッグ形状 | ロッキング速度、角度、液量 |
フェッドバッチと灌流での使い方
| 培養方式 | 内容 | シングルユースバイオリアクターでのポイント |
|---|---|---|
| バッチ培養 | 最初に培地を入れ、基本的に追加栄養を入れない | シンプルだが高密度・高力価には限界がある |
| フェッドバッチ培養 | 培養途中でフィードを追加する | 抗体医薬でよく使われる。フィード、浸透圧、代謝管理が重要 |
| 灌流培養 | 新鮮培地を連続供給し、老廃物を排出する | 高密度培養や連続生産で使われる。細胞保持装置が必要 |
| 強化シード培養 | 高密度の種培養を作る | 本培養接種の効率化や設備利用率向上に関係する |
| Intensified process | 高密度・高生産性を狙う強化工程 | ATF、TFF、オンライン分析、制御システムと組み合わせる |
主なタイプ
| タイプ | 内容 | 向く用途 |
|---|---|---|
| 撹拌槽型SUB | インペラー付きバッグで撹拌するタイプ | 抗体医薬、組換えタンパク質、本培養 |
| ロッキング型SUB | バッグを揺らして培養するタイプ | シードトレイン、細胞治療、小〜中規模培養 |
| ベンチトップSUB | 小型のシングルユース培養槽 | プロセス開発、条件検討 |
| 製造用SUB | 500 L、1000 L、2000 L以上のスケール | GMP本培養、商用製造 |
| 高密度・灌流対応SUB | ATF/TFFなどと組み合わせるタイプ | 灌流、intensified process |
| 微生物対応SUB | 高撹拌・高酸素移動に対応するタイプ | 微生物発酵、一部組換えタンパク質 |
| 細胞治療向けSUB | 低せん断、閉鎖系、小〜中容量 | T細胞、NK細胞、MSCなど |
| ウイルスベクター向けSUB | HEK293、Sf9、Producer Cellに対応 | AAV、レンチ、ワクチン |
選定ポイント
培養スケール5 L、10 L、50 L、200 L、500 L、1000 L、2000 L以上に対応するか
細胞種CHO、HEK293、Sf9、Vero、T細胞、MSCなどに適しているか
培養方式バッチ、フェッドバッチ、灌流、強化培養に対応するか
混合性能撹拌効率、混合時間、デッドゾーン、スケールアップ性
酸素移動kLa、スパージ、ヘッドスペース通気、マイクロスパージの有無
せん断細胞へのダメージ、気泡、消泡、インペラー形状
バッグ仕様フィルム、ポート、チューブ、センサー、サンプリング、カスタム対応
センサーpH、DO、温度、圧力、ロードセル、シングルユースセンサー対応
制御システムpH/DO制御、ガスMFC、撹拌、フィード、SCADA連携
自動化連携自動サンプリング、PAT、LIMS、MES、データ出力に対応するか
E&LExtractables/Leachables情報、フィルム実績、規制文書の有無
GMP対応IQ/OQ、CSV、21 CFR Part 11、監査証跡、変更管理
設置性フットプリント、天井高、バッグ装着、ホイスト、ユーティリティ
供給安定性バッグリードタイム、セカンドソース、カスタムバッグ、在庫
保守国内保守、校正、スペアパーツ、サービス体制
使用される工程
シングルユースバイオリアクターは、上流の培養工程を中心に幅広く使われます。
小型培養装置
プロセス開発や条件検討で小型SUBを使う。
主な用途
- 条件検討
本培養
CHO細胞などを培養し、抗体やタンパク質を産生させる主工程。
主な用途
- 本培養
フェッドバッチ培養
培養途中でフィードを添加し、細胞密度と産生を維持する。
主な用途
- フィード
灌流培養
細胞保持装置と組み合わせて高密度・連続培養を行う。
主な用途
- 高密度
ウイルスベクター製造
HEK293、Sf9、Producer Cellを培養し、AAVやレンチウイルスを生産する。
主な用途
- ベクター
ワクチン製造
Vero、MDCK、昆虫細胞などの培養に使われる。
主な用途
- ワクチン
細胞治療製造
低せん断・閉鎖系培養装置として使われる場合がある。
主な用途
- 閉鎖系
プロセス開発
培地、フィード、pH、DO、温度、接種密度、撹拌条件を検討する。
主な用途
- 条件検討
スケールアップ
ベンチトップ、50 L、200 L、500 L、2000 Lへ条件を展開する。
主な用途
- スケールアップ
GMP製造
商用または治験薬製造の本培養装置として使われる。
主な用途
- GMP
ハーベスト前工程
培養終了後、ハーベスト・清澄化へ培養液を送る。
主な用途
- 送液
使用されるモダリティー
シングルユースバイオリアクターは、培養を伴う多くのモダリティーで使われます。
抗体医薬
関連度高
CHO細胞本培養フェッドバッチ灌流
抗体産生の中心装置として使われる。
ADC
関連度高
抗体原薬用CHO細胞
ADCの抗体部分を製造する本培養で使われる。
二重特異性抗体
関連度高
CHO細胞複数鎖発現本培養
複雑な抗体分子の産生で使われる。
Fc融合タンパク質・組換えタンパク質
関連度高
CHOHEK293本培養
組換えタンパク質の生産に使われる。
AAV
関連度高
HEK293Sf9Producer Cell
ウイルスベクター製造細胞の培養に使われる。
レンチウイルス
関連度高
HEK293TPackaging CellProducer Cell
ベクター製造用細胞の培養で使われる。
ワクチン
関連度高
VeroMDCK昆虫細胞ウイルス増殖
細胞基材やウイルス増殖工程で使われる。
細胞治療
関連度中〜高
T細胞NK細胞MSC
バッグ型や低せん断の細胞拡大装置として使われる場合がある。
iPS細胞・幹細胞由来製品
関連度中〜高
iPS由来細胞MSC分化細胞
3D培養、マイクロキャリア、低せん断培養で関係する。
遺伝子編集
関連度高
編集細胞Producer Cell回復・拡大培養
編集後細胞やベクター産生細胞の拡大で使われる。
mRNA-LNP
関連度低〜中
評価細胞原料酵素製造関連細胞培養
mRNA合成本体よりも関連細胞培養で関係する。
プラスミドDNA
関連度低〜中
微生物培養は通常別装置
微生物対応SUBや発酵槽が使われる場合がある。
微生物発酵
関連度中
大腸菌酵母一部SUB
微生物対応シングルユース発酵槽で関係する。
低分子医薬品
関連度低〜中
細胞アッセイ評価細胞
製造工程よりも評価系で限定的に関係する。
メーカー製品
撹拌槽型シングルユースバイオリアクター（10）
CytivaXcellerex XDR Single-Use Bioreactorインペラー内蔵型のシングルユースバイオリアクター。10 Lから2000 Lまでのラインアップがあり、培養条件のモニタリングとフィードバック制御に対応する。公式URL SartoriusBiostat STR Generation 3撹拌槽型シングルユースバイオリアクター。12.5 Lから2000 Lの作業容量に対応し、Biobrain automation platformやXCell ATF統合構成にも対応する。公式URL Thermo Fisher ScientificDynaDrive Single-Use Bioreactor5 Lから5000 Lレンジのシングルユースバイオリアクター。スケールアップ性と生産性向上を意識したシステム。公式URL Thermo Fisher ScientificHyPerforma Single-Use Bioreactor50 Lから2000 Lレンジのシングルユースバイオリアクター。プロセス開発から製造までの細胞培養に使われる。公式URL Merck / MilliporeSigmaMobius Single-use Bioreactors撹拌槽型シングルユースバイオリアクターのポートフォリオ。ソフトウェア、ハードウェア、シングルユースアセンブリを構成し、浮遊・接着細胞培養に使われる。公式URL Pall / CytivaAllegro STR Single-Use BioreactorPall由来の撹拌槽型シングルユースバイオリアクター。現在はCytiva/Pallポートフォリオとして扱われる。公式URL ABECCSR Single-Use Bioreactor大容量シングルユースバイオリアクターを展開。商用製造や大規模バイオプロセス向けに使われる。公式URL PBS BiotechPBS Bioreactor Systems垂直ホイール混合技術を用いたシングルユースバイオリアクター。細胞治療、幹細胞、AAV、組換えタンパク質などで使われる。公式URL CellexusCellMaker Single-Use Bioreactorsエアリフト型のシングルユースバイオリアクター。細胞培養や微生物培養の研究・開発用途で使われる。公式URL Solaris Biotech / DonaldsonSingle-Use Bioreactors研究・開発・製造向けのシングルユースバイオリアクター製品群。細胞培養や発酵で使われる。公式URL
ロッキング型シングルユースバイオリアクター（6）
CytivaReadyToProcess WAVE 25Cellbagと組み合わせて使うロッキングモーション型のシングルユース培養システム。シードトレイン、細胞培養、プロセス開発で使われる。公式URL CytivaWAVE Bioreactor / Cellbag Platformロッキング型バッグ培養の代表的プラットフォーム。低せん断培養や小〜中規模培養で使われる。公式URL SartoriusBiostat RMFlexsafe RMバッグと組み合わせるGMP対応のwave-mixing bioreactor。CHO、NS0、Sf9、E. coli、stem cells、CAR-Tなど幅広い細胞に使われる。公式URL SartoriusFlexsafe RM / Biostat RM PlatformFlexsafe RMバッグを用いたロッキングモーション型培養プラットフォーム。シードトレインや低せん断培養で使われる。公式URL Thermo Fisher ScientificHyPerforma Rocker Bioreactorロッキングモーション型のシングルユースバイオリアクター。小〜中規模の浮遊細胞培養で使われる。公式URL CytivaXuri Cell Expansion System W25細胞治療や細胞拡大向けのロッキング型培養システム。バッグベースの細胞拡大に使われる。公式URL
小型・ベンチトップシングルユースバイオリアクター（7）
EppendorfBioBLU Single-Use BioreactorsBioFloシリーズと組み合わせて使うシングルユースバイオリアクター容器。細胞培養や微生物培養の小型プロセス開発に使われる。公式URL EppendorfBioFlo 120 with BioBLU小型バイオリアクターコントローラーとBioBLUシングルユース容器を組み合わせ、プロセス開発や条件検討に使われる。公式URL SartoriusBiostat B with UniVessel SUベンチトップ型バイオリアクターとシングルユース容器を組み合わせる小型培養システム。細胞培養・発酵の条件検討に使われる。公式URL Getinge / ApplikonAppliFlex ST小型シングルユースバイオリアクター。プロセス開発、培養条件検討、スケールダウンモデルに使われる。公式URL Getinge / ApplikonApplikon Single-Use Bioreactor Solutions研究・開発向けのシングルユース培養ソリューション。ガラス槽と比較しながら使われる。公式URL DistekBIOne Single-Use Bioreactor小型シングルユースバイオリアクター。細胞培養やプロセス開発で使われる。公式URL INFORS HTSingle-use Bioreactor Solutions小型バイオリアクターやシングルユース関連ソリューション。細胞培養・微生物培養の研究開発で使われる。公式URL
灌流・高密度培養関連（6）
RepligenXCell ATF Systems灌流培養や細胞保持に使われるATFシステム。SUBと組み合わせて高密度培養やintensified processに使われる。公式URL Sartorius / RepligenBiostat STR with integrated XCell ATFBiostat STR Generation 3にXCell ATFを統合した構成。灌流や強化培養のセットアップを簡素化する。公式URL CytivaXcellerex XDR with Perfusion WorkflowsXDRと細胞保持・灌流関連装置を組み合わせ、灌流や高密度培養に使われる。公式URL Thermo Fisher ScientificDynaDrive / HyPerforma with Perfusion SupportDynaDriveやHyPerforma SUBと細胞保持・灌流装置を組み合わせた高密度培養で使われる。公式URL Refine Technology / RepligenAlternating Tangential Flow Filtration関連ATFによる細胞保持・灌流培養に関係する技術。公式URL SartoriusBioPAT Trace / Viamassグルコース、乳酸、生細胞バイオマスなどのオンラインモニタリングに使われるPAT製品。灌流・高密度培養で関係する。公式URL
シングルユースバッグ・センサー・消耗品（8）
CytivaXDR Cell Culture Bags / Xcellerex BagsXDR用のシングルユースバッグ。ポート、センサー、ガスライン、サンプリング構成を含めて運用する。公式URL SartoriusFlexsafe STR BagsBiostat STR用のシングルユースバッグ。細胞培養本培養で使われる。公式URL Thermo Fisher ScientificHyPerforma BioProcess ContainersHyPerforma/DynaDrive向けのシングルユースBPC。培養バッグ、チューブ、ポート、センサー構成で使われる。公式URL Merck / MilliporeSigmaMobius Single-use AssembliesMobius SUBやバイオプロセス向けのシングルユースアセンブリ。バッグ、チューブ、コネクターを構成する。公式URL Pall / CytivaAllegro Single-use Biocontainersシングルユースバイオプロセス向けのバッグ・アセンブリ。培養、保管、移送に関係する。公式URL HamiltonSingle-Use pH and DO Sensorsシングルユースバイオリアクターで使われるpH/DOセンサー。培養制御に関係する。公式URL Mettler-ToledoSingle-use pH/DO Sensorsシングルユース培養システム向けのプロセス分析センサー。pH、DO制御に使われる。公式URL PreSensSingle-use Sensor SpotspH、DOなどの光学式シングルユースセンサー。バイオリアクターや培養バッグに組み込まれる。公式URL
関連装置・周辺製品（9）
CytivaXcellerex XDM / XDUO Mixersシングルユースミキサー。培地調製、バッファー調製、フィード調製で使われる。公式URL SartoriusFlexsafe Pro Mixer / LevMixerシングルユースミキサー。培地・バッファー・フィード調製で使われる。公式URL Thermo Fisher ScientificHyPerforma Single-Use Mixer培地・バッファー調製に使われるシングルユースミキサー。SUBと組み合わせる。公式URL Watson-MarlowPeristaltic Pumpsフィード添加、送液、ハーベスト送液に使われるチューブポンプ。公式URL Masterflex / AvantorPeristaltic Pumps培地添加、フィード、サンプリング、送液用途のポンプ。公式URL FlownamicsSeg-Flow Automated Sampling Systemバイオリアクターから自動サンプリングし、分析計へ接続するシステム。公式URL Nova BiomedicalBioProfile FLEX2培養中の代謝物、ガス、浸透圧、細胞培養プロファイルを測定する分析計。公式URL Roche CustomBiotechCedex Bio / Cedex HiRes培地成分、代謝物、細胞数、生存率などの確認に使われる分析装置。公式URL SartoriusBiobrain Superviseバイオプロセス制御・監視ソフトウェア。培養データ管理や制御システム連携に使われる。公式URL
受託・プロセス開発支援（8）
CytivaBioprocess Development SupportXDR、WAVE、シングルユースミキサー、クロマトグラフィーまで含むバイオプロセス開発支援に関係する。公式URL SartoriusProcess Development / Biostat STR SupportBiostat STR、Biostat RM、Ambr、BioPAT、Biobrainなどを含む上流プロセス開発支援に関係する。公式URL Thermo Fisher ScientificBioproduction Services / HyPerforma SupportDynaDrive、HyPerforma、Gibco培地、シングルユースシステムを含むバイオプロダクション支援。公式URL Merck / MilliporeSigmaMobius / BioReliance / Process SolutionsMobiusシングルユースシステム、培地、精製、受託試験を含むバイオプロセス支援。公式URL FUJIFILM Diosynth BiotechnologiesCell Culture Process Development / CDMO抗体医薬、組換えタンパク質、ウイルスベクターなどのプロセス開発・製造受託。公式URL LonzaMammalian Process Development / ManufacturingCHO細胞培養、プロセス開発、GMP製造に関係するCDMOサービス。公式URL WuXi BiologicsCell Culture Process Development / Biomanufacturing抗体医薬やバイオ医薬品のプロセス開発・GMP製造受託。公式URL Samsung BiologicsBiomanufacturing CDMO Services大規模バイオ医薬品製造、プロセス開発、GMP製造に関係するCDMOサービス。公式URL
保守・校正・バリデーション関連（7）
CytivaService and SupportXDR、WAVE、XDM/XDUOなどの保守、点検、適格性確認、技術支援に関係する。公式URL SartoriusService / Qualification SupportBiostat STR、Biostat RM、BioPAT、Biobrainなどの保守・適格性確認支援に関係する。公式URL Thermo Fisher ScientificEquipment Service / Validation SupportHyPerforma、DynaDrive、シングルユースシステムの保守・バリデーション支援に関係する。公式URL Merck / MilliporeSigmaMobius Service and SupportMobiusシングルユースシステム、アセンブリ、バイオプロセス装置の支援に関係する。公式URL HamiltonSensor Calibration / ServicepH、DO、シングルユースセンサー、プロセスセンサーの校正・保守に関係する。公式URL Mettler-ToledoProcess Analytics ServicepH、DO、導電率などのプロセス分析センサーの校正・保守に関係する。公式URL VaisalaCalibration and Monitoring Services温度、湿度、CO2、環境モニタリング、校正サービスに関係する。公式URL
