Design of Experiment를 이용한 동물세포 배양공정 최적화

Abstract

본 연구는 동물세포 배양공정 중 세포의 성장에 최적화된 배양 조건을 확립함에 있어, High-Throughput 기술 및 통계적 접근법을 통해 보다 효율적이고 검증된 방법으로 결과를 도출하고자 하였다. 이를 위해, 많은 배양 조건실험과 정확한 실험결과를 도출하는 방법으로 다수의 vessel을 여러 조건으로 운영 가능한 자동화 세포배양기인 Ambr15®와 대사분석 장비의 통합된 시스템을 이용하였으며, DoE software (MODDE)를 통해 보다 구체적이고 종합적인 방법으로 데이터를 분석 연구하였다. 본 연구는 항체 생산을 위해 유전자 재 조합된 CHO K-1 세포주를 사용하여 배양공정 중 세포성장과 생존율의 최적화를 목표로 하였다. 효율적인 연구를 위해 바이오 의약품 설계기반 품질 고도화 (Quality by Design)를 통해 위험요소평가 (risk assessment) 방법을 이용하여 pH, agitation speed 및 inoculation density 3가지 인자를 독립변수로 선택하여 연구를 수행하였다. 실험 결과를 이용하여 공정의 Design Space를 확립하고 최적화된 공정운영 조건을 설립하기 위해 DoE (Design of Experiment) 기법을 사용하여 진행하였으며, 그 결과 연구에 사용한 인자 중에 0.3x 106 cells/mL inoculation cell density, pH 6.9 and agitation speed 1,000 이라는 인자에서 가장 높은 VCD (Viable Cell Density)및 viability(생존율)를 확인하였다. 본 연구는 공정개발 단계(Process Development)에서 High-Throughput 기술과 통계적 분석이 배양공정의 운영 조건을 빠르게 최적화하는데 유용한 접근법이 될 수 있음을 보여주며, VCD (생존세포밀도)와 viability(생존율)에 영향을 미치는 배양공정에서의 주요 인자 (pH, agitation speed, inoculation cell density)에 대한 최적화된 조건을 통계적으로 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 확인한 접근법이 배양 공정개발에 필요한 다양한 변수의 연구에 효율적으로 활용되길 기대해 본다.;This study was intended to establish optimized cell growth conditions in the mammalian cell culture process, and it deduced the results with efficient methods using High-Throughput technology and statistical analysis approaches. For the multiple culture conditions and accurate results, an integrated system_Ambr15® operating culture process in multiple vessels and a metabolic analyzer were used. Data were analyzed specifically with DoE software (MODDE). This study was targeted for the optimization of viable cell density (VCD) and cell viability in the culture process using a genetically recombined CHO K-1 cell lines targeted for the antibody production. A risk assessment from Quality by Design was performed and pH, agitation speed and inoculation cell density were selected for the factors. To set up the design spaces with the results obtained from the optimized process operational conditions, Design of Experiment software was used. The peak VCD and viability was verified at 0.3x 106 cells/mL inoculation cell density, pH 6.9 and rpm 1,000. This study demonstrates that High-Throughput technology and statistical analysis are useful approaches in the optimization of the culture process operational conditions in process development. It verified optimized conditions of the factors (pH, agitation speed, inoculation cell density) impacting on the VCD and viability in culture process statistically. The verified approaches are anticipated to be a guide in the various factor studies required in the cell culture process development.