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Beyond heuristics: CFD-based novel multiparameter scale-up for geometrically disparate bioreactors demonstrated at industrial 2kL-10kL scales.
Biotechnology and Bioengineering ( IF 3.5 ) Pub Date : 2020-04-06 , DOI: 10.1002/bit.27323 James Scully 1 , Laura B Considine 1 , Mark T Smith 2 , Eamonn McAlea 1 , Nephi Jones 2 , Edel O'Connell 1 , Emilee Madsen 2 , Martin Power 1 , Philip Mellors 1 , John Crowley 1 , Niall O'Leary 1 , Scott Carver 3 , Daniel Van Plew 3
Biotechnology and Bioengineering ( IF 3.5 ) Pub Date : 2020-04-06 , DOI: 10.1002/bit.27323 James Scully 1 , Laura B Considine 1 , Mark T Smith 2 , Eamonn McAlea 1 , Nephi Jones 2 , Edel O'Connell 1 , Emilee Madsen 2 , Martin Power 1 , Philip Mellors 1 , John Crowley 1 , Niall O'Leary 1 , Scott Carver 3 , Daniel Van Plew 3
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The timely delivery of the most up-to-date medicines and drug products is essential for patients throughout the world. Successful scaling of the bioreactors used within the biopharmaceutical industry plays a large part in the quality and time to market of these products. Scale and topology differences between vessels add a large degree of complication and uncertainty within the scaling process. Currently, this approach is primarily achieved through extensive experimentation and facile empirical correlations, which can be costly and time consuming while providing limited information. The work undertaken in the current study demonstrates a more robust and complete approach using computational fluid dynamics (CFD) to provide potent multiparameter scalability, which only requires geometric and material properties before a comprehensive and detailed solution can be generated. The CFD model output parameters that can be applied in the scale-up include mass transfer rates, mixing times, shear rates, gas hold-up values, and bubble residence times. The authors examined three bioreactors with variable geometries and were able to validate them based on single-phase and multiphase experiments. Furthermore, leveraging the resulting CFD output information enabled the authors to successfully scale-up from a known 2kL to a novel and disparate 5kL single-use bioreactor in the first attempted cell culture. This multiparameter scaling approach promises to ultimately lead to a reduction in the time to market providing patients with earlier access to the most groundbreaking medicines.
中文翻译：
超越启发式：在工业 2kL-10kL 规模上展示的几何不同生物反应器的基于 CFD 的新型多参数放大。
及时提供最新的药品和药品对全世界的患者来说至关重要。生物制药行业中使用的生物反应器的成功缩放在这些产品的质量和上市时间方面发挥着重要作用。船舶之间的规模和拓扑差异在缩放过程中增加了很大程度的复杂性和不确定性。目前，这种方法主要是通过广泛的实验和简单的经验关联来实现的，这可能既昂贵又耗时，同时提供的信息有限。当前研究中进行的工作展示了一种使用计算流体动力学 (CFD) 提供强大的多参数可扩展性的更强大和完整的方法，在生成全面详细的解决方案之前，只需要几何和材料属性。可用于放大的 CFD 模型输出参数包括传质速率、混合时间、剪切速率、气体滞留值和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。可用于放大的 CFD 模型输出参数包括传质速率、混合时间、剪切速率、气体滞留值和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 放大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。可用于放大的 CFD 模型输出参数包括传质速率、混合时间、剪切速率、气体滞留值和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 放大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。
更新日期：2020-04-06
中文翻译：
超越启发式：在工业 2kL-10kL 规模上展示的几何不同生物反应器的基于 CFD 的新型多参数放大。
及时提供最新的药品和药品对全世界的患者来说至关重要。生物制药行业中使用的生物反应器的成功缩放在这些产品的质量和上市时间方面发挥着重要作用。船舶之间的规模和拓扑差异在缩放过程中增加了很大程度的复杂性和不确定性。目前，这种方法主要是通过广泛的实验和简单的经验关联来实现的，这可能既昂贵又耗时，同时提供的信息有限。当前研究中进行的工作展示了一种使用计算流体动力学 (CFD) 提供强大的多参数可扩展性的更强大和完整的方法，在生成全面详细的解决方案之前，只需要几何和材料属性。可用于放大的 CFD 模型输出参数包括传质速率、混合时间、剪切速率、气体滞留值和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。可用于放大的 CFD 模型输出参数包括传质速率、混合时间、剪切速率、气体滞留值和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 放大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。可用于放大的 CFD 模型输出参数包括传质速率、混合时间、剪切速率、气体滞留值和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。和气泡停留时间。作者检查了三个具有可变几何形状的生物反应器，并能够基于单相和多相实验对其进行验证。此外，利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 放大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。利用由此产生的 CFD 输出信息，作者能够在第一次尝试的细胞培养中成功地从已知的 2kL 扩大到新型且不同的 5kL 一次性生物反应器。这种多参数缩放方法有望最终缩短上市时间，为患者提供更早获得最具开创性药物的机会。
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