Efficient optimization of time‐varying inputs in a fed‐batch cell culture process using design of dynamic experiments

过程(计算) 补料分批培养 工艺工程 计算机科学 批处理 生物系统 化学 生化工程 生物 生物化学 发酵 工程类 操作系统
作者
Yu Luo,Duane A. Stanton,Rachel C. Sharp,Alexis J. Parrillo,Kelsey T. Morgan,Diana Ritz,Sameer Talwar
出处
期刊:Biotechnology Progress [Wiley]
卷期号:39 (6) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/btpr.3380
摘要

In cell culture process development, we rely largely on an iterative, one-factor-at-a-time procedure based on experiments that explore a limited process space. Design of experiments (DoE) addresses this issue by allowing us to analyze the effects of process inputs on process responses systematically and efficiently. However, DoE cannot be applied directly to study time-varying process inputs unless an impractically large number of bioreactors is used. Here, we adopt the methodology of design of dynamic experiments (DoDE) and incorporate dynamic feeding profiles efficiently in late-stage process development of the manufacture of therapeutic monoclonal antibodies. We found that, for the specific cell line used in this article, (1) not only can we estimate the effect of nutrient feed amount on various product attributes, but we can also estimate the effect, develop a statistical model, and use the model to optimize the slope of time-trended feed rates; (2) in addition to the slope, higher-order dynamic characteristics of time-trended feed rates can be incorporated in the design but do not have any significant effect on the responses we measured. Based on the DoDE data, we developed a statistical model and used the model to optimize several process conditions. Our effort resulted in a tangible improvement in productivity-compared with the baseline process without dynamic feeding, this optimized process in a 200-L batch achieved a 27% increase in titer and > 92% viability. We anticipate our application of DoDE to be a starting point for more efficient workflows to optimize dynamic process conditions in process development.
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