動物細胞培養プロセスの設計パラメータと条件最適化

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バイオリアクターを用いた細胞培養プロセスは、古くは醸造・発酵などによる食品製造から始まり、特に近年では再生医療等製品・後退医薬品などバイオ医薬品や培養肉など新機能を持つ製品の開発において、ヒトを含む動物細胞のバイオプロセスの設計が注目されています。  kLaに基づく酸素供給やパラメータ計測・制御・バイオリアクターの殺菌、スケールアップにおける考え方など、従来の微生物培養と共通な、生物化学工学として体系化されているバイオリアクター設計・運転における基礎知識に加え、微生物と比べて流れなどによる力学的ストレスに弱い動物細胞培養プロセスの設計において注意すべき点並びに計算流体力学 (CFD) をはじめとしたCAEツールや、実験流体工学的な計測手法、ならびに近年の機械学習を用いた解析手法動向などについて、実演を交えつつ解説する。

  1. バイオリアクター・動物細胞培養の基礎
    1. 生物反応の基礎
    2. バイオリアクターの基礎
    3. バイオリアクターの設計方程式・流加培養・連続培養
    4. 酸素供給と酸素移動容量係数 (kLa)
  2. バイオリアクターの運用
    1. スケールアップの指標
    2. スケールアップの実際
    3. 計測、制御、管理
    4. 培養における温度管理 (冷却)
    5. モニタリング事例
  3. 流体工学的観点によるバイオリアクター設計
    1. バイオリアクターの中の流れを知る
    2. 細胞培養と流体工学
    3. 流動の可視化の概要
    4. 細胞培養への応用の実際
  4. CFDの基礎
    1. CFDとの付き合い方
    2. CFDの基本原理、基礎式
    3. バイオリアクター設計におけるCFDの実際
    4. 演習を通したCFD体験
    5. 機械学習を用いたCFD解析
  5. まとめ
    • これからのバイオリアクターの設計と展開

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