I den hektiske verden av bioteknologi, oppnå høy effektivitet og produktivitet i bioprosesser er avgjørende. Perfusion bioreaktor er en ny teknikk som er bedre enn tradisjonelle batch- og fed-batch-metoder på mange måter.
Ved å kontinuerlig bytte kulturmediet, perfusion systemer holder cellene i sine optimale vekstforhold. Dette øker ikke bare celleproduktiviteten, men forbedrer også den generelle kvaliteten på sluttproduktet. Tenk deg å kunne produsere mer med bedre konsistens – det er løftet om perfusion teknologi.
Lurer du på hvordan dette fungerer og hva som gjør det så effektivt?
I denne artikkelen skal vi utforske det grunnleggende om perfusion, dens fordeler, og de forskjellige typene perfusion systemer. Enten du er erfaren eller ny med bioprosessering, vil denne guiden gi deg nyttige tips for å forbedre prosessene dine.
Hva er perfusion?
Perfusion i cellekultur er en metode som opprettholder celler inne i en bioreaktor mens kontinuerlig utveksling av kulturmediet.
Denne prosessen sikrer at den fyller på næringsstoffer og karbonkilder med ferskt medium, samtidig som den fjerner cellulært avfall og utarmet medium.
Utvekslingen av medium måles typisk i karvolumer per dag (VVD). For eksempel, perfusjon av 6 liter medium daglig i et system med et 3-liters arbeidsvolum tilsvarer 2 VVD. Denne kontinuerlige forfriskningen av mediet bidrar til å opprettholde optimal cellevekst og produktivitet.
Cellretensjonsmetoder
I suspensjonskultur er det to primære metoder for å beholde celler under perfusion: filtrering og bunnfelling. Hver metode har sine unike fordeler og utfordringer.
Filtrering
Filtreringsmetoder, som f.eks tangentiell strømningsfiltrering (TFF), sirkulere mediet fra bioreaktoren gjennom porøst hule fibre.
Disse fibrene er designet for å la mediet passere gjennom mens de beholder de større cellene inne i reaktoren.
Det brukte mediet (permeatet) strømmer over membranen og fjernes, mens cellene sykler tilbake inn i reaktorkaret.
Filtreringsmetoder gir fullstendig avklart gjennomsyre som direkte kan knyttes til downstream prosessering. Dette gjør dem ideelle for prosesser der det er viktig å opprettholde høy celletetthet og produktrenhet.
Sedimentasjon
Sedimenteringsteknikker bruker milde strømmer for å hjelpe cellene til å synke og samle seg. De sedimenterte cellene føres deretter tilbake til bioreaktoren, mens den gjenværende væsken fjernes.
Settingsmetoder er generelt mer kostnadseffektive og har lavere risiko for systemtilgroing sammenlignet med filtreringsmetoder. Imidlertid er de mindre effektive til å holde på celler, noe som ofte resulterer i noe celletap (referert til som "blødning") i det brukte mediet. Til tross for denne ulempen kan sedimenteringsmetoder være fordelaktige for prosesser med lavere celletetthetskrav og hvor kostnadsreduksjon er en prioritet.
Typer av perfusion
N-1 Perfusion
N-1 perfusion, også kjent som intensivert frøtog perfusion, fokuserer på å oppnå høye celletettheter mens cellene er i sin logaritmiske vekstfase.
Vanligvis tar denne prosedyren rundt 3 til 6 dager og brukes for å redusere mengden fartøy som trengs i et frøtog. Dette hjelper til med å oppnå reaktorsåing med høyere tetthet og lage frøbanker med høy tetthet.
Viktige fordeler inkluderer dens enkelhet, reduserte utstyrskrav og minimalt behov for middels optimalisering. Denne metoden er spesielt nyttig for raskt å generere høye celletettheter uten å legge vekt på produktivitet.
Operasjonelle hensyn
Driftsmessig, N-1 perfusion opprettholder en høy middels valutakurs for å sikre at cellene forblir i sin optimale vekstfase. Den korte varigheten forenkler logistikk og minimerer behovet for omfattende utstyr.
I tillegg gir det høyere seedetettheter til produksjonsreaktorer, noe som er fordelaktig for downstream prosesser. Men siden produktivitet ikke er et hovedproblem, er det mindre egnet for de siste produksjonsstadiene.
Konsentrert fed-batch perfusion
Konsentrert fed-batch perfusion bruker alternerende tangentiell strømningsfiltrering (ATF) eller tangentiell strømningsfiltrering (TFF) til beholde både celler og produkter i bioreaktoren.
Denne metoden øker produktmengdene, noe som gjør den ypperlig for stabile produkter med lav produktivitet i batch- eller fed-batch-prosesser.
Det konsentrerte miljøet øker downstream prosesseringseffektivitet ved å eliminere behovet for ytterligere konsentrasjonstrinn. Vanligvis varer denne prosessen i 14-20 dager og er rettet mot høye titere som er egnet for downstream applikasjoner.
Prosesskrav
Konsentrert fed-batch perfusion er moderat kompleks, og krever ATF- eller TFF-systemer med filtre som kan holde produktet inne i fartøyet.
De middels valutakurs må kontrolleres nøye for å oppnå de ønskede produkttitrene. Denne metoden fungerer best for sterke produkter som kan håndtere intense forhold og har kvalitetsrisiko som fed-batch-prosesser. Effektiv styring av medium utveksling er avgjørende for å maksimere titer og opprettholde prosessstabilitet.
Intensivert fed-batch perfusion
Intensivert fed-batch perfusion er som konsentrert fed-batch, men med kontinuerlig produkt fjerning under de prosess.
Denne tilnærmingen er fordelaktig for labile produkter og scenarier som krever høy produksjonskonsentrasjon uten tillegg downstream konsentrasjonstrinn. Kortere produktoppbevaringstider forbedrer kvalitetskontrollen og muliggjør semikontinuerlig downstream rensing. Kjøretiden er vanligvis 16-25 dager, med middels valutakurser optimalisert for kostnadseffektivitet.
Sammenligning med konsentrert fed-batch
Sammenlignet med konsentrert fed-batch, gir intensivert fed-batch høyere total produktgenerering og forbedret kvalitetskontroll på grunn av kontinuerlig produktfjerning.
Bedre egnet for mindre stabile produkter, da den reduserte oppholdstiden reduserer risikoen for nedbrytning. I tillegg tillater det bruk av TFF- eller ATF-filtre for å produsere en klargjort produktstrøm klar for downstream behandling. Mens begge metodene er moderat komplekse, har intensivert fed-batch en tendens til å være mer effektive og bedre for spesifikke bruksområder.
Kontinuerlig perfusion
Kontinuerlig perfusion har som mål å opprettholde stabile forhold, som sikrer konsistent produktivitet og produktkvalitet over lengre perioder, vanligvis fra 20 til 60 dager.
Denne metoden bruker en liten mengde blø til держать celleer i live og til høyre tetthet, som bidrar til å forbedre effektiviteten. Optimaliserte middels valutakurser sikrer høy effektivitet og tett prosesskontroll, noe som gjør kontinuerlig perfusion ideell for langsiktig, stabil produksjon.
Langsiktig stabilitet og effektivitet
Den primære fordelen med kontinuerlig perfusion er det evne til å opprettholde høye produkttitere og kvalitet med minimal variasjon. Denne metoden er spesielt gunstig for integrering med kontinuerlig downstream bioprosessering.
Til tross for den lengre tiden som kreves for prosessoptimalisering og den høyere risikoen forbundet med utvidede operasjoner, gjør fordelene med overlegen kvalitetskontroll, redusert behov for frøtog og skalerbarhet kontinuerlig kontinuerlig perfusion et verdifullt alternativ. I tillegg bidrar automatiseringsvennlige steady-state operasjoner til å redusere kompleksiteten, noe som gjør det til et levedyktig valg for storskala produksjon.
Sammenligning perfusion teknikker: Viktige forskjeller og hensyn
Når det gjelder å optimalisere bioprosesser, velge riktig type perfusion er avgjørende.
hver enkelt perfusion teknikk—N-1 perfusion, konsentrert matet-batch perfusion, intensivert fed-batch perfusion, og kontinuerlig perfusion— tilbyr unike fordeler og operasjonelle hensyn. Å forstå disse forskjellene kan hjelpe bioprosessingeniører og prosjektledere å gjøre informed beslutninger som forbedrer produktivitet, produktkvalitet og effektivitet.
Tabellen nedenfor gir en omfattende sammenligning av de fire perfusion typer, som fremhever deres primære mål, typiske varigheter, middels valutakurser, kompleksitet, celleoppbevaringsmetoder, strategier for fjerning av produkter, egnethet for labile produkter, kvalitetskontroll, operasjonelle hensyn, skalerbarhet, risiko for systemforurensning og kostnadseffektivitet. Denne oversikten tar sikte på å veilede deg i å velge den mest passende perfusion metode for dine spesifikke bioprosessbehov.
Virkningen av perfusion bioreaktor om bioprosesseffektivitet
Perfusion bioreactor har revolusjonert feltet for bioprosessering ved å tilby enestående effektivitet, produktivitet og produktkvalitet. Denne kontinuerlige metoden for dyrking av celler sikrer en konstant tilførsel av ferske næringsstoffer samtidig som den fjerner avfall, og skaper et optimalt miljø for cellevekst og proteinproduksjon.
Enten det er den raske celletetthetsøkningen i N-1 perfusion, de høye produkttitrene oppnådd med konsentrert fed-batch, den forbedrede kontrollen i intensivert fed-batch, eller den langsiktige stabiliteten av kontinuerlig perfusion, gir hver teknikk unike fordeler som imøtekommer ulike stadier og behov for bioprosessering.
Ved å adoptere perfusion bioreaktor, kan bioprosessingeniører oppnå høyere utbytte, bedre konsistens og mer effektiv ressursbruk. Etter hvert som det bioteknologiske landskapet utvikler seg, mestre disse perfusion teknikker vil være avgjørende for å ligge i forkant og drive frem innovasjoner innen biofarmasøytisk produksjon.
Ofte stilte spørsmål (FAQ)
Bioreaktor perfusion er en kontinuerlig cellekulturmetode som opprettholder optimale vekstforhold ved hele tiden å tilføre ferske næringsstoffer og fjerne avfall. Denne prosessen forbedrer celleproduktiviteten og produktkvaliteten ved å holde cellene i et ideelt miljø.
Perfusion tilbyr flere fordeler, inkludert høyere celletettheter, økt produktutbytte, forbedret produktkvalitet og mer effektiv bruk av ressurser. Det gir også bedre kontroll over produksjonsprosessen og kan skaleres lettere for å møte produksjonskravene.
hver enkelt perfusion typen har unike egenskaper: N-1 perfusion fokuserer på raskt økende celletetthet, konsentrert fed-batch perfusion sikter mot høye produkttitere, intensivert fed-batch perfusion forbedrer produktgenerering og kvalitetskontroll, og kontinuerlig perfusion opprettholder langsiktig steady-state produksjon med høy konsistens.
Faktorer å vurdere inkluderer de spesifikke produksjonsmålene, stabiliteten til produktet, den nødvendige celletettheten, varigheten av produksjonskjøringen og kompleksiteten til operasjonen. Hver perfusion metoden har ulike styrker som kan tilpasses prosessens behov.
Ja, bioreaktor perfusion kan integreres sømløst med downstream prosesser. Filtreringsmetoder brukt i perfusion gi avklart gjennomsyre som direkte kan knyttes til downstream operasjoner, forbedre den generelle prosesseffektiviteten og produktkvaliteten.
For en dypere forståelse av bioreaktorkonfigurasjoner og deres effekter på rekombinant proteinproduksjon, se den kritiske gjennomgangen utført av Jean-Marc Bielser, Moritz Wolf, Jonathan Souquet, Hervé Broly og Massimo Morbidelli, "Perfusion pattedyrcellekultur for rekombinant proteinproduksjon - En kritisk gjennomgang," publisert i Bioteknologiske fremskritt, 2018.
