Biotechnologijų srityje tinkamo bioreaktoriaus pasirinkimas yra labai svarbus siekiant optimizuoti rekombinantinių baltymų, monokloninių antikūnų ir kitų biotechnologinių produktų gamybą. Du iš labiausiai paplitusių biologinio apdorojimo režimų yra perfusion ir tiekiama partija. Abu turi specifinių pranašumų ir apribojimų, todėl jie labiau tinka įvairioms reikmėms. Šiame tinklaraštyje išnagrinėsime pagrindinius šių dviejų ląstelių kultūros metodų skirtumus.
Perfusion: Nepertraukiamas procesas
Geriausios perfusion procesas apima nuolatinis šviežių maistinių medžiagų papildymas ir tuo pačiu metu pašalinti medžiagų apykaitos produktus ir negyvos ląstelės iš bioreaktoriaus. Tai daroma išlaikant pastovų kultūros tūrį. Kitaip tariant, auginimo terpė reguliariai keičiama, kad būtų išlaikytos optimalios sąlygos ląstelių augimui ir produktyvumui.
Vienas iš pagrindinių perfusion yra jos gebėjimas išlaikyti didelis ląstelių tankis ir stabilią aplinką ilgą laiką. Dėl to padidėja produktyvumas, ypač gaminių, kuriems reikalinga nuolatinė aukšta kokybė. Nepertraukiamai veikiančios ląstelės palaiko optimalią fiziologinę būseną, kuri gali pagerinti produkto kokybę ir sumažinti derliaus svyravimus.
Be to, perfusion idealiai tinka procesams, kuriuos labai svarbu prižiūrėti maža toksiškų produktų arba medžiagų apykaitos šalutinių produktų koncentracija. Šis metodas taip pat leidžia pailginti produktyvią ląstelių fazę, o tai gali būti naudinga gaminant sudėtingus biologinius preparatus.
Tačiau, perfusion turi tam tikrų trūkumų, tokių kaip sudėtingesnės įrangos poreikis ir didesnės eksploatacinės sąnaudos dėl nuolatinio auginimo terpės įvedimo ir išvedimo. Be to, proceso valdymas gali būti sudėtingesnis, todėl būtina užtikrinti, kad filtravimo sistemos, naudojamos ląstelėms ir šiukšlėms pašalinti, nepakenktų ląstelių gyvybingumui ar galutinio produkto kokybei.
„Fed Batch“: pusiau nenutrūkstamas procesas
Kita vertus, tiekimo partijos procesas yra a pusiau nepertraukiamo veikimo režimas kur maistinės medžiagos į bioreaktorių įpilamos palaipsniui, nepašalinant auginimo terpės. Užuot išlaikęs pastovų tūrį, proceso metu kultūros tūris gali padidėti. Tikslas yra pailginti eksponentinį ląstelių augimo fazę, o vėliau ir norimo produkto gamybos fazę.
Fed-batch yra plačiai naudojamas dėl savo paprastumo ir efektyvumo. Tai leidžia gerai kontroliuoti maistinių medžiagų koncentraciją ir ląstelių augimo greitis, kuris yra labai svarbus optimizuojant biomasę ir produktų gamybą. Vengiant pernelyg didelio toksiškų produktų kaupimosi ir kontroliuojant maistinių medžiagų šėrimo greitį, bendras produktyvumas gali būti žymiai pagerintas.
Šis metodas ypač naudingas gaminant produktus, kurie blogai toleruoja didelio ląstelių tankio sąlygas arba yra jautresni toksiškų produktų kaupimuisi. Be to, palyginti su perfusion, „Fed-Batch“ paprastai reikalauja mažiau investicijų į įrangą ir lengviau įgyvendinama pramoniniu mastu.
Tačiau „Fed-Batch“ taip pat kelia iššūkių. Pavyzdžiui, atliekų produktų kaupimasis gali sukelti ląstelių augimo slopinimą arba produkto skilimą, jei su jomis elgiamasi netinkamai. Be to, maistinių medžiagų papildymo skirtumai gali sukelti produkto kokybės svyravimus, o tai gali būti problema tais atvejais, kai reikalingas didelis nuoseklumas.
Išvados
Pasirinkimas tarp a perfusion ir tiekimo serijos bioreaktorius labai priklauso nuo gaminamo biologinio produkto tipo, taip pat nuo specifinių proceso reikalavimų. Nors perfusion turi pranašumų našumo ir proceso stabilumo požiūriu, jo sudėtingumas ir kaina gali būti riboti. Kita vertus, tiekimo partijos yra paprastesnės ir pigesnės, tačiau gali būti mažiau efektyvios kokybės kontrolės ir produktyvumo požiūriu, palyginti su perfusion.
Galiausiai bioprocesų inžinieriai ir mokslininkai turi atidžiai įvertinti savo specifinius gamybos poreikius, kad pasirinktų tinkamiausią veikimo būdą.
Dažniausiai užduodami klausimai (DUK)
Maitinimo periodinis bioreaktorius yra auginimo sistema, kurioje maistinės medžiagos yra pridedamos kontroliuojamu būdu reguliariais intervalais, nepašalinant auginimo terpės. Tai leidžia pailginti ląstelių augimo fazę ir optimizuoti norimo produkto gamybą.
Tiekiamas periodinis bioreaktorius yra paprastas įdiegti, leidžia tiksliai kontroliuoti maistinių medžiagų koncentraciją ir idealiai tinka pramoniniams procesams, kuriems reikalingas lankstumas ir mažesnės investicijos į įrangą.
Pagrindiniai privalumai yra galimybė išlaikyti didelį ląstelių tankį, sumažinti toksiškų produktų kaupimąsi ir pagerinti galutinio produkto kokybę, išlaikant stabilią aplinką gamybos metu.
Paprastai a perfusion bioreaktoriaus eksploatacija yra brangesnė dėl papildomos įrangos poreikio ir sudėtingesnio proceso valdymo.
Perfusion bioreaktoriai idealiai tinka aukštos kokybės ir stabiliems produktams, o tiekiami periodiniai bioreaktoriai yra pageidaujami dėl jų paprastumo ir mažesnės pradinės kainos.
Infošaltinių
ScienceDirect. (sf). Fed-Batch operacija. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fed-batch-operation
ScienceDirect. (sf). Nuolatinis biologinis apdorojimas. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369703X19302311
