对大规模细胞培养生物反应器的CFD模型的验证及其在扩大规模中的应用
Zizhuo Xing1, Gearóid Duane2, Josiah O'Sullivan2
1Biologics Development and Operations, Bristol Myers Squibb Company, Devens, MA 01434, USA.
Journal of biotechnology
|April 6, 2024
概括
使用计算流体动力学 (CFD) 的基于模型的方法优化了生物反应器的混合和通风,以获得成功的细胞培养扩展. 这种方法确保了足够的氧气供应和二氧化碳剥离,从而节省了成本和时间.
科学领域:
- 生物技术是生物技术.
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 生物工艺工程 生物工艺工程
背景情况:
- 优化生物反应器参数,如混合和通风,对于细胞培养成功至关重要.
- 从实验室扩展到制造业,在维持一致的细胞培养环境方面存在挑战.
研究的目的:
- 应用基于模型的制造设施适合的方法来定义生物反应器在扩展期间的激发和空气流速.
- 利用计算流体动力学 (CFD) 作为流程优化的核心建模工具.
主要方法:
- 通过使用实验体积氧移系数 (kLa) 数据,建立并验证了一个可实现的 k-ε 流分散的欧勒尔气液流量模型.
- 使用的CFD模拟与氧气需求,气体速度和二氧化碳剥离模型相集成.
主要成果:
- 经过验证的CFD模型定义了操作参数范围,并确定了混合问题,如螺旋洪水和溶解氧梯度.
- 以CFD为指导的振动和空气流速设计满足了细胞氧气需求,控制了CO2,并降低了风险.
- 在优化后的五次制造运行中实现了100%的成功率.
结论:
- 基于模型的方法促进了细胞培养过程的无扩展.
- 减少了大量规模开发批次的需求,从而大大节省了商业化成本和时间.


