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スケールアップ/バイオプロセス

Cellular Optimization

 バイオプロセスとは、細胞を育て、最終製品を収穫し、効率と生産量を最大化することです。

<背景>
商業的に成立するためには、バイオプロセスは、栄養素や資源の最適な変換効率を確保しつつ、生産量を最大化する必要があります。細胞農業製品が商業的に成立するためには、膨大なスケールが必要となるため、数リットルから数万リットルの大きさのバイオリアクターが必要になると考えられます。

<重要な研究領域>
バイオリアクターの設計 - 製品や生産段階に応じて、さまざまなタイプのバイオリアクターを検討する必要があります。撹拌槽、エアリフト、固定床、中空糸、流動床、揺動床、シングルユースなどがあり、これらの新しい適応も可能です。多くの設計要素は、抗体や医薬品を製造するような既存の大規模な細胞培養産業から借用することができますが、細胞農業製品に合わせて最適化する必要があります。
細胞の適合性 - バイオリアクターの設計では、細胞の種類(付着する足場が必要かどうか)、成長段階(増殖/複製、または分化)、肉の種類(未形成のソーセージ/ミンチ、または構造化されたステーキ)についても考慮する必要があります。例えば、未形成の肉の場合は、大型のオープン撹拌槽型バイオリアクター(細胞が付着するマイクロビーズの有無は問わない)のみが必要な場合がありますが、構造化された肉の場合は、組織形成を誘導するための内部構造を持つより複雑な容器が必要な場合があります。
成長環境 - 細胞にとって最適な成長環境を維持するために、バイオリアクターには、栄養分の濃度、温度、酸素や二酸化炭素の濃度、pH、汚染などを管理する自動検知メカニズムが必要になります。また、培地の効率的な供給やリサイクル、廃棄物の持続的な処理なども必要となります。
上流工程と下流工程 - 上流工程では、大型のバイオリアクターに十分な数の細胞を植え付けるために、十分な数の細胞(シードトレインと呼ばれる)を維持することが考慮されます。下流工程では、組織の収穫工程、収穫後の処理、包装、製品の証明(ドナー細胞へのトレーサビリティ)などがあります。

バイオプロセスには様々な課題があり、細胞生物学から電気工学まで幅広い分野の知識が必要となります。