Bioréacteur iCELLis®

Bioréacteur à usage unique pour l’amélioration du processus de production

Points clés et avantages

Simplification des procédés, de la pré-culture jusqu’au produit final

Premier bioréacteur à usage unique entièrement intégré (avec perfusion intégréeutilisant des sondes étalonnées, préinstallées et jetables; aucun dispositif d’oxygènesupplémentaire n’est nécessaire)

Mise en œuvre simple pour accélérer le développement du procédé

Transposition industrielle linéaire de la R&D à la production

Bioréacteur compact à lit fixe, à haute densité cellulaire, offrant une augmentationsignificative de la productivité volumétrique par rapport aux cuves agitées traditionnelles

Diminution considérable des coûts opérationnels et des investissements

USD2941(2)

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PrésentationLe bioréacteur iCELLis est le tout premier bioréacteur à hautedensité cellulaire, entièrement intégré, conçu pour simplifier votreprocédé en alliant les avantages des technologies à usage uniqueet les atouts d’un système à lit fixe. Le système compact—prévupour une mise en œuvre rapide et une utilisation simple—constitue une nouvelle génération de bioréacteurs à usage unique.

L’utilisation d’un lit fixe compact, rempli de macroporteurs est au centre de la technologie du bioréacteur iCELLis. Cette matriceest faite en microfibres de polyester de qualité médicale. Dans un volume de 25 L seulement, elle fournit jusqu’à 500 m2

de surface disponible pour la croissance cellulaire. Cela équivautà une surface de 3 000 Roller Bottles (de 1 700 cm2 chacune).Le bioréacteur iCELLis est fourni avec des macroporteursprépackés. Par rapport à un bioréacteur agité standard utilisantdes microporteurs, la technologie iCELLis conduit à unesimplification considérable du procédé de culture cellulaire. Il limite les opérations manuelles délicates et chronophages, tout en raccourcissant les temps de procédé globaux et en rendant le procédé de culture cellulaire plus fiable.

Avec la multiplication de la biomasse survenant dans le lit fixe,les bioréacteurs iCELLis peuvent être inoculés à très bassedensité. Le nombre et le volume des étapes de pré-culture sontconsidérablement réduits. Vingt Roller Bottles (1 700 cm2) sontsuffisantes pour l’inoculation d’un bioréacteur iCELLis 500 (avec500 m2 de surface disponible pour les cellules). Du fait de cettesimplification du procédé, les opérations manuelles et les coûtsassociés sont largement réduits.

La circulation du milieu uniformément répartie est obtenue grâce à un agitateur à entraînement magnétique intégré, qui garantit unefaible contrainte de cisaillement et une viabilité cellulaire élevée. Le milieu de culture cellulaire s’écoule à travers le lit fixe du basvers le haut. En haut, le milieu tombe comme un film fin le long de la paroi externe, ce qui lui permet d’absorber de l’O2 et demaintenir un KLa élevé dans le bioréacteur. Cette oxygénation encascade unique, avec une agitation douce et une immobilisationde la biomasse, permet au système iCELLis compact d’obtenir et de maintenir des densités cellulaires élevées—comparables à la productivité des bioréacteurs agités plus grands.

La simplification du procédé, depuis la décongélation du flaconjusqu’au produit final, est au cœur de la plate-forme iCELLis.Alors que les cellules sont immobilisées dans le lit fixe et que le système iCELLis fonctionne en mode perfusion, aucunecentrifugation n’est nécessaire pour récolter les cellules. Cet avantage simplifie ainsi le procédé aval.

Caractéristiques et configurationsSystème de mélange intégré pour une circulation du milieuuniformément répartie et une faible contrainte de cisaillement

Porteurs spéciaux, spécifiquement adaptés pour les culturesde cellules adhérentes

Oxygénation du milieu en cascade unique pour un transfertd’oxygène élevé

Bioréacteur à usage unique fabriqué en plastique rigide certifié USP classe VI pour garantir la fiabilité du procédé

Hauteur modulable du lit fixe – de 2 cm à 10 cm – offrantplusieurs configurations à petite et grande échelles

Le bioréacteur iCELLis est disponible en deux formats :

Le système iCELLis nano pour les études de faisabilité et la production à petite échelle

Le système iCELLis 500 pour la production à échelleindustrielle (jusqu’à 500 m2)

Le bioréacteur iCELLis 500 (500 m2) équivaut à 3 000 Roller Bottles(1 700 cm2 chacune).

Vue microscopique decellules MDCK immobiliséessur les porteurs du systèmeiCELLis

Répartition/écoulement Flux du milieu et volume moyen de milieu dans le bioréacteuriCELLis 500 (60-70 L)

Le bioréacteur iCELLis 500 sur son chariot entièrement intégré

www.pall.com 3

Composants du bioréacteur iCELLis 500

1 Supports de sondes (temp., pH, oxygène dissous)

2 Enveloppe extérieure, section supérieure avec 8 ports(5 entrées/3 sorties) ; E/S milieu, E/S alimentation, NaOH, E/S gaz, cellule/virus

3 - 5 Support de lit fixe intégrant le boîtier de la pompe (5) et rempli avec les macroporteurs (4). Grille supérieure pour maintenir les porteurs (3)

6 - 7 Agitateur à entraînement magnétique intégré (6) et baguede positionnement de l’agitateur (7)

8 - 9 Enveloppe extérieure, section inférieure incluant une doubleenveloppe (9)

Systèmes de contrôle du procédé

Bioréacteur

iCELLis nano 110 20 0,04 1 0,53 0,8iCELLis nano 110 40 0,08 1 1,06 1,6iCELLis nano 110 100 0,2 1 2,6 4iCELLis 500/100 860 20 5 70 66 100iCELLis 500/200 860 40 10 70 133 200iCELLis 500/500 860 100 25 70 333 500

Tableau 1Configurations de bioréacteurs iCELLis à petite échelle et à échelle de production

1

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Besoins initiaux

Bioreactor iCELLis nano iCELLis 500

Puissance 500 W 3 500 W (2)100-230 V CA 100-230 V CA50-60 Hz 50-60 Hz

1 bar 2 barCO2 1 bar 2 barN2 1 bar 2 barAir 1 bar 2 bar

Spécifications du système

Bioreactor iCELLis nano iCELLis 500

Dimensions (mm)Support du bioréacteur 200 x 120 x 200 Dispositif entièrement

intégréContrôleur 260 x 300 x 220 1 400 x 1 700 x 890Perfusion 200 x 120 x 200Poids Support du bioréacteur 2,5 kg ~300 kgContrôleur 3,5 kgInstrumentationSondes de pH 1 (classique) 2 (à usage unique)Sondes D.O. 1 (classique) 2 (à usage unique)Sondes de température 1 2

1 (classique) 1* (à usage unique)

Pompes

Système de contrôleArchitecture PC-HMI PLC-SCADAConformité

Diamètre dubioréacteur (mm)

Hauteur du lit fixe (mm)

Volume du lit fixe (L)

Volume dubioréacteur (L)

Surface (m2)Compactage faible Compactage élevé

Besoin de gaz O2

Alimentationélectrique

Sondes de biomasse(à usage unique)

1 pour l’ajout de NaOH.Module de perfusion(optionnel)

Conformité aux GAMP et21 CFR Part 11 (optionnel)

5 – Perf E/S, ajout deNaOH, échantillonnageet accessoires

Conformité aux GAMP et 21 CFR Part 11

4

Gestion des données avec le bioréacteuriCELLis 500Le bioréacteur iCELLis 500 est commandé grâce à une unité decontrôle du procédé entièrement intégrée, conçue pour respecterles exigences GAMP et 21 CFR Part 11. Celle-ci fonctionne avecun système SCADA (inTouch) développé par Wonderware qui offreune fonctionnalité optimale pour le contrôle des procédés etl’acquisition de données. Les données et les alarmes généréespendant le lot de culture cellulaire sont enregistrées sur un disquedur local dans un format Wonderware sécurisé. Une carted’interface réseau supplémentaire et un port Ethernet sont inclusdans le système pour assurer le raccordement au réseau de l’utilisateur et la création d’un historique personnalisé des données. De plus, le système peut alerter l’utilisateur en temps réel (option) en lui envoyant un SMS ou un e-mail en cas d’événement inattendu. Les experts informatiques de Pall Life Sciences peuvent assurer l’intégration du système de contrôle de procédé iCELLis dans les environnements BPF.

PerformanceLa conception à lit fixe du système iCELLis en fait la solutionparfaite pour l’intensification des procédés, offrant une largesurface de croissance cellulaire tout en maintenant des volumestrès bas. En seulement 25 L de volume, iCELLis fournit jusqu’à500 m2 de surface de croissance, ce qui correspond à uneimmense réduction de volume par rapport aux surfacesdisponibles des systèmes multiplateaux et des Roller Bottles. Le Tableau 2 montre que le système iCELLis 500/500 m2

équivaut à 794 « cell stacks » de 10 plateaux et 5 882 RollerBottles de 850 cm2 chacune.

Besoins initiaux

Aperçu général du logiciel iCELLis 500

Aperçu du bioréacteur dans le logiciel iCELLis 500

Bioreactor iCELLis nano iCELLis 500

pH Plage

Régulation Ajout de NaOH/CO2 Ajout de NaOH/CO2

Oxygène dissousPlage 0-100 % 0-100 %Régulation Ajout d’O2 Ajouts d’air/O2/N2

TempératurePlage 15 à 40 °C 25 à 40 °CRégulation Peltier Double enveloppe – cryostatVitessePlage 0-1 500 tr/min 0-400 tr/minMélangeur

PerfusionRégulation

Débit de gazO2 0-200 mL/min 0-7 L/minCO2 0-10 mL/min 0-2 L/minN2 0-50 mL/min 0-1 L/minAir 0-50 mL/min 0-2 L/min

Optionnel

N/A Optionnel

Vue éclatée du bioréacteur jetable iCELLis nano avec couvercleréutilisable

Plage de détection= pH 0-14

Plage de détection = pH 6,0-9,0Précision = +/-0,01 à pH 7,0

Hélice à entraînementmagnétique (intégrée)

Hélice à entraînementmagnétique (intégrée)

Système de perfusionexterne (débit de pompeautorégulé – modesautomatique et manuel)

Système de perfusionintégré (débit autorégulé –modes automatique et manuel)

Enregistrement desdonnées/tendances

Disponible sur ordinateurportable externe (optionnel)

Mode de séquencesde production etsystème de gestiondes alarmes

Tableau 2Surface disponible dans un système iCELLis 500 et comparaison avec les systèmes Cell Factory multiplateaux (CF)/Roller Bottles (RB).

Équipement Volume du lit fixe (L) Surface de culture (m2)

iCELLis nano 0,2 4 6 47Hauteur du lit fixe de 10 cmiCELLis 500/500 25 500 794 5 882Hauteur du lit fixe de 10 cm

Outre la réduction de volume, l’utilisation d’un lit fixe rempli dans le système iCELLis garantit une productivité spécifique supérieure à celle des systèmes classiques. Pour démontrer l’impact des bioréacteurs iCELLis sur les densités cellulaires et la productivité, bon nombre des cultures ont été effectuées avec plusieurs lignées cellulaires (Tableau 3). Les résultats montrent clairement que lamatrice de croissance à l’intérieur du système iCELLis constitue un environnement de croissance propice qui, avec des paramètres de culture cellulaire contrôlés, peut augmenter considérablement l’amplification de la biomasse, ainsi que le nombre de particules viralesproduites par chaque cellule (productivité spécifique). Des expériences supplémentaires ont démontré que les bioréacteurs iCELLisexigent des protocoles d’adaptation limités et facilitent une mise à l’échelle simple pour la majorité des lignées cellulaires mammifères.

Tableau 3Densités cellulaires et productivités spécifiques obtenues avec les systèmes iCELLis (plusieurs lignées cellulaires mammifères). La comparaison a été effectuée avec les systèmes Cell Factory multiplateaux (CF)/Roller Bottles (RB).

Lignée cellulaire Bioproduit

Vero sans sérum Paramyxovirus 33,7 x 106 cellules/ml T-Flask 6,37 x 105 71 CF10 8 750 CF10 5,67 x 104 TCID50 TCID50 527 RB 64 625 RB

A549 rAAV 9 x 104 cellules/cm2 CS5, 3 x 106 5 x 108 10 CF10 1 250 CF10 vg/cm2 vg/cm2 75 RB 9 375 RB

HEK293 CGTC102 1,68 x 105 cellules/cm2 Hyperflask 3,8 x 109 TCID50 35 CF102 4 413 CF10 7 x 108 TCID50 63 RB 32 946 RB

CEF sans sérum 30 à 100 cellules/mL 3,48 x 106 PFU 5 CF10 625 CF1038 RB 4 750 RB

MDBK BHV 60 cellules/mL 2,17 x 106 16 CF10 2 000 CF10TCID50 120 RB 15 000 RB

VERO sans sérum Influenza 28 cellules/mL 3,75 x 105 15 CF10 1 875 CF10TCID50 110 RB 13 750 RB

VERO Confidentiel Confidentiel 10 CF10 1 238 CF10

VERO sans sérum Confidentiel Confidentiel 6 CF10 794 CF10

Siège socialPort Washington, NY, États-Unis+1.800.717.7255 numéro gratuit (États-Unis)+1.516.484.5400 téléphonebiopharm@pall.com e-mail

Siège de la zone EuropeFribourg, Suisse+41 (0)26 350 53 00 téléphoneLifeSciences.EU@pall.com e-mail

Siège de la zone Asie-PacifiqueSingapour+65 6389 6500 téléphonesgcustomerservice@pall.com e-mail

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Équivalent CF10(6 300 cm2)

Équivalent RB(850 cm2)

Densités cellulaires dansle bioréacteur iCELLis

Témoin de (/cm2)Contrôle iCELLis

Équivalent CF/RBnano 4 m2

Équivalent CF/RB500/500 (500 m2)

Virus MVA (infectionnon lytique)

Vaccin humainnon divulguéVaccin humainnon divulgué

75 à 150 cellules/mL(max.)75 à 150 cellules/mL(max.)