上流処理

上流処理はバイオ製造における重要な段階であり、微生物、哺乳類細胞、昆虫細胞などの生物システムを培養して治療用タンパク質、ワクチン、酵素、その他の生物由来製品を作り出します。この段階は、生産生物の選択と遺伝子操作から、厳密に制御された環境条件下でのバイオリアクターでの細胞培養まで、すべての段階を含みます。

宿主選択と遺伝的最適化
このプロセスは、適切な宿主生物の選択から始まります。これは自然発生株、細胞株、または望ましい産物を高収量かつ安定に発現させる遺伝子組み換え生物などです。一般的な宿主には大 腸菌、 サッカロマイセス・セレビジア、中国ハムスターの卵巣(CHO)細胞、 ピキア・パストリスが含まれます。組換えDNA技術は、調節された発現のために誘導プロモーターの制御下で特定の遺伝子を宿主ゲノムに導入するために頻繁に用いられます。

メディア開発と種子文化の拡大
宿主選択後、培養培地は細胞の栄養要件に合わせて調整されます。炭素源(例:グルコース)、窒素源(例:アンモニウム塩)、ビタミン、微量元素の最適化された比率が組み込まれています。純粋で生産的な培養を確保するためには、無菌と汚染管理があらゆる段階で極めて重要です。このプロセスは、シェイクフラスコや小型バイオリアクター内の種子培養を用いて実験室規模から始まり、一連の種子バイオリアクターを経て段階的にスケールアップし、生産規模のバイオリアクター用の堅牢な接種物を開発していきます。

3. バイオリアクターの運転とプロセス制御
大規模なバイオリアクターでは、pH、温度、溶存酸素(DO)、攪拌などの環境パラメータが厳格に監視・制御されます。センサーを備えた自動システムにより、最適な成長条件を維持するためのリアルタイム調整が可能です。組換えシステムでは、イソプロピルβ-D-1-チオガラクトピラノシド(IPTG)、lacオペロンの合成誘導剤、またはリプレッサーを用いて特定の成長段階での遺伝子発現を調節することがあります。これらの対策は、高い細胞密度と一貫した製品品質の実現に寄与します。バイオプロセッシングモード(バッチ、フィードバッチ、連続)は、製品の特性と生産目標に基づいて選択されます。

望ましいバイオマスまたは製品濃度が得られると、培養は下流処理にかけられ、製品が抽出・精製され、最終的な製剤と使用が行われます。