バイオプロセス論文の解読シリーズ0002

みなさん、こんばんは。今日は下記の論文について2回目の投稿になります。
論文のタイトルは：Biomass specific perfusion rate as a control lever for the continuous manufacturing of biosimilar monoclonal antibodies from CHO cell cultures
出典は　Biotechnol. J. 2024;19:2400092
リンクは　https://doi.org/10.1002/biot.202400092 です。

前回はAbstractを訳しタノで、今日はイントロダクションです。
イントロダクションの部分の写真もアップしておきます。

それでは、一つのパラグラフごとに訳していきましょう。
Introduction
There is a revival of interest in adopting continuous manufacturing of biologics.[1] This comes with expectations of the advantages seen in the chemical or active pharmaceutical ingredient industry such as steady-state operation, smaller operating footprint, higher volumetric productivity, streamlined process flow and low cycle times. In the past decade, there were a significant number of industrial and academic researchers actively developing continuous bioprocesses in both upstream [2–7] and downstream [8] systems. Ultimately, the increased efficiency from process intensification has the potential to lower cost-of-goods for therapeutics.[9]

バイオ医薬品の連続生産に対する関心が再燃しています。[1] これは、化学産業や有効成分産業で見られる安定運転、小さな運転面積、高い体積生産性、効率的なプロセスフロー、短いサイクルタイムなどの利点への期待を伴っています。過去10年間で、上流[2–7]および下流[8]システムの両方において、連続バイオプロセスを積極的に開発している産業および学術研究者が大幅に増加しました。最終的には、Process Intensificationによる効率の向上が治療薬の製造コストを下げる可能性があります。[9]

＊連続生産やProcess Intensificationについての一般的な導入です。

続いて第2段落
While continuous manufacturing offers many advantages, the process is more complex than a fed-batch operation because there are more key process parameters to optimize. One of the critical process parameters is the culture media perfusion rate.[2] This rate of culture media entering and exiting the bioreactor can be expressed in vessel volumes per day (vvd−1 or VVD) and determines nutrient availability. However, this perfusion rate does not consider the density of cells within the vessel. In contrast, cell specific perfusion rate (CSPR), commonly expressed in nano-liters per cell per day (nL cell−1 per day), is normalized to the viable cell density in the vessel. [2,10] The optimal CSPR is dependent on the media formulation and cell line. Biologics manufacturers may target to operate at a minimum CSPR which is the lowest perfusion rate that the cells can be maintained without suffering nutrient depletion or reduced specific productivity.[11] This maximizes the medium utilization and lowers the cost of production.

連続生産は多くの利点を提供しますが、プロセスはフェドバッチ培養よりも複雑であり、最適化すべき主要なプロセスパラメータが多く存在します。重要なプロセスパラメータの一つが、培地のPerfusion Rateです。[2] この培地がバイオリアクターに出入りする速度は、1日あたりのvessel volumes（vvd−1またはVVD）で表現され、栄養素の行き渡り方を決定します。しかし、このPerfusion Rateは、容器内の細胞の密度を考慮していません。これに対して、細胞特異的Perfusion Rate（CSPR）は、一般的に細胞あたりの日あたりのナノリットル（nL cell−1 per day）で表され、容器内の生細胞密度に正規化されます。[2,10] 最適なCSPRは、培地の組成や細胞株に依存します。バイオ医薬品製造者は、栄養素の枯渇や特異的生産性の低下を伴うことなく細胞を維持できる最低限のCSPRで運転することを目指すことがあります。[11] これにより、培地の利用効率が最大化され、生産コストが低下します。

＊Perfusion培養にとって重要なパラメタの一つがPerfusion  Rateである。Perfusion Rateの表し方の一つはvessel volumes per day。これは培養容器内の細胞密度を考慮していない。一方でcell specific perfusion rate (CSPR)はnano-liters per cell per dayで表され、生細胞密度を考慮している。

続いて第３段落
One potential drawback of utilizing CSPR as a parameter for perfusion rate control is that it has an implicit assumption that nutrient consumption is proportional to the number of cells in the vessel, that is, cell size remains constant throughout the culture, or that differences in cell size does not affect nutrient consumption. However, there were reports where these assumptions are not valid: During the transition from the exponential growth phase to the stationary phase, some CHO clones in specific combinations of media and feed conditions may undergo a cell volume and cell mass increase phase. [12] Concurrently, the metabolic shift from cell division phase to an increasing cell size phase resulted in decreased cell growth rate and increased the production of recombinant proteins. [13,14] Consequently, to ensure that nutrients are sufficiently supplied to the larger cells within the cell population, it has been proposed that the perfusion rate should be normalized to the biomass. [15] In the paper by Caso et al., the authors demonstrated a control strategy by maintaining a target viable cell volume. The operating biomass specific perfusion rate (BSPR) was then determined by fixing a perfusion rate in VVD. They observed an increase in cell diameter in three cell lines during the production phase. This corresponded with a decreasing cell number and hence an increasing CSPR. To date, there are few publications on BSPR, which is an indicator that it has not been well-explored as a process parameter.

CSPRをパーフュージョンレート制御のパラメータとして利用することの潜在的な欠点の一つは、栄養素の消費が容器内の細胞数に比例するという暗黙の前提があることです。つまり、細胞の大きさが培養の間ずっと一定であるか、細胞の大きさの違いが栄養素の消費に影響を与えないとされています。しかし、これらの前提が有効でない場合も報告されています。指数的成長段階から定常段階への移行中に、特定の培地およびフィードの組み合わせで一部のCHOクローンが細胞容積と細胞質量の増加段階を経ることがあります。[12] 同時に、細胞分裂段階から細胞サイズの増加段階への代謝のシフトは、細胞の成長速度の低下と組換えタンパク質の生産の増加を引き起こしました。[13,14] その結果、細胞集団内の大きな細胞に十分な栄養素が供給されるように、パーフュージョンレートはバイオマスに正規化されるべきであると提案されています。[15] Casoらの論文では、著者らはターゲットとなる生細胞の容積を維持することによる制御戦略を示しました。操作するバイオマス特異的パーフュージョンレート（BSPR）は、VVDで固定されたパーフュージョンレートによって決定されました。彼らは、生産段階中に三つの細胞株で細胞直径の増加を観察しました。これは細胞数の減少に対応し、したがってCSPRの増加を示しています。現在のところ、BSPRに関する出版物は少なく、プロセスパラメータとして十分に探求されていないことを示しています。

＊細胞の大きさが培養中に変化することが観察されている。これを踏まえたPerfusion RateをBSPRという。BSPRはプロセスパラメータとしてまだ十分に探求されていない。

さて、Intoductionはまだ半分くらい残っていますが、今日はここで終わりにさせて頂きます。