トランスジェニックイネ細胞懸濁液培養におけるバイオ医薬品の半連続バイオリアクター生産の技術経済分析

Technoeconomic analysis of semicontinuous bioreactor production of biopharmaceuticals in transgenic rice cell suspension cultures.

• Jasmine M Corbin
• Matthew J McNulty
• Kantharakorn Macharoen
• Karen A McDonald
• Somen Nandi

抄録

トランスジェニック植物細胞バイオリアクターを用いたバイオ医薬品タンパク質生産は、微生物や哺乳類の細胞培養プラットフォームよりも、化学的に定義されたシンプルな培地で複雑な生物学的製剤を生産することができ、バイオセーフティへの懸念が軽減されるという利点があります。従来のバッチ式バイオプロセスの観点から見た植物細胞の欠点は、その成長速度が遅いことであり、これが半連続的および／または灌流プロセスの開発に動機付けられている。植物細胞培養バイオプロセスの経済的利益はしばしば文献で言及されているが、我々の知る限りでは、厳密な技術経済モデルや分析は公表されていない。ここでは、SuperPro Designer®を用いて、有機リン酸神経剤中毒に対する予防・治療用バイオスカベンジャーである組換えブチリルコリンエステラーゼ（BChE）を、誘導性トランスジェニックイネ細胞懸濁液培養で大量生産するための技術経済モデルを紹介します。年間25kgのBCHEを生産するように設計されたベース施設では、2段階の半連続的なバイオリアクター操作を利用して、400mgのBCHEを1回分263ドルで製造しています。半連続運転のシナリオでは、従来の2段バッチ運転のシナリオと比較して4～11％の削減を実現しています。プラント製薬業界に有用なシミュレーションツールを提供することに加えて、このモデルは、他の半連続またはバッチ式バイオリアクターベースのプロセスに使用できる計算フレームワークも提供しています。

Biopharmaceutical protein production using transgenic plant cell bioreactor processes offers advantages over microbial and mammalian cell culture platforms in its ability to produce complex biologics with simple chemically defined media and reduced biosafety concerns. A disadvantage of plant cells from a traditional batch bioprocessing perspective is their slow growth rate which has motivated us to develop semicontinuous and/or perfusion processes. Although the economic benefits of plant cell culture bioprocesses are often mentioned in the literature, to our knowledge no rigorous technoeconomic models or analyses have been published. Here we present technoeconomic models in SuperPro Designer® for the large-scale production of recombinant butyrylcholinesterase (BChE), a prophylactic/therapeutic bioscavenger against organophosphate nerve agent poisoning, in inducible transgenic rice cell suspension cultures. The base facility designed to produce 25 kg BChE per year utilizing two-stage semicontinuous bioreactor operation manufactures a single 400 mg dose of BChE for $263. Semicontinuous operation scenarios result in 4-11% reduction over traditional two-stage batch operation scenarios. In addition to providing a simulation tool that will be useful to the plant-made pharmaceutical community, the model also provides a computational framework that can be used for other semicontinuous or batch bioreactor-based processes.

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