În lumea în ritm rapid a biotehnologiei, realizarea eficiența și productivitatea ridicată în bioprocese sunt cruciale. Perfusion bioreactorul este o tehnică nouă care este mai bună decât metodele tradiționale în lot și fed-batch în multe feluri.
Prin schimbarea continuă a mediului de cultură, perfusion sistemele mențin celulele în condițiile lor optime de creștere. Acest lucru nu numai că mărește productivitatea celulară, dar îmbunătățește și calitatea generală a produsului final. Imaginați-vă că puteți produce mai mult cu o consistență mai bună – aceasta este promisiunea perfusion tehnologie.
Sunteți curios despre cum funcționează acest lucru și ce îl face atât de eficient?
În acest articol, vom explora elementele de bază ale perfusion, avantajele sale și diferitele tipuri de perfusion sisteme. Indiferent dacă sunteți experimentat sau nou în bioprocesare, acest ghid vă va oferi sfaturi utile pentru a vă îmbunătăți procesele.
Ce Este perfusion?
Perfusion în cultura celulară este o metodă care mentine celulele în cadrul unui bioreactor în timp ce schimbând continuu mediul de cultură.
Acest proces asigură că completează nutrienții și sursele de carbon cu mediu proaspăt, îndepărtând în același timp deșeurile celulare și mediul epuizat.
Schimbul de mediu este de obicei măsurat în volume de vase pe zi (VVD). De exemplu, perfuzarea a 6 litri de mediu zilnic într-un sistem cu un volum de lucru de 3 litri este egal cu 2 VVD. Această reîmprospătare continuă a mediului ajută la susținerea creșterii și productivității celulare optime.
Metode de retenție celulară
În cultura în suspensie, există două metode principale de reținere a celulelor în timpul perfusion: filtrare si decantare. Fiecare metodă are avantajele și provocările sale unice.
Filtrare
Metode de filtrare, cum ar fi filtrare în flux tangențial (TFF), circula mediul din bioreactor prin poros fibre goale.
Aceste fibre sunt concepute pentru a permite trecerea mediului în timp ce rețin celulele mai mari în reactor.
Mediul uzat (permeatul) curge prin membrană și este îndepărtat, în timp ce celulele circulă înapoi în vasul reactorului.
Metodele de filtrare oferă o clarificare completă permeat care poate fi direct legat de downstream prelucrare. Acest lucru le face ideale pentru procesele în care menținerea densității celulare ridicate și a purității produsului este esențială.
Sedimentare
Tehnicile de sedimentare folosesc fluxuri blânde pentru a ajuta celulele să se scufunde și să se colecteze. Celulele sedimentate sunt apoi returnate în bioreactor, în timp ce lichidul rămas este îndepărtat.
Metodele de decantare sunt, în general, mai eficiente din punct de vedere al costurilor și au un risc mai mic de murdărire a sistemului în comparație cu metodele de filtrare. Cu toate acestea, ele sunt mai puțin eficiente în reținerea celulelor, ducând adesea la o anumită pierdere de celule (denumită „sângerare”) în mediul uzat. În ciuda acestui dezavantaj, metodele de decantare pot fi avantajoase pentru procesele cu cerințe mai mici de densitate celulară și unde reducerea costurilor este o prioritate.
Tipuri de perfusion
N-1 Perfusion
N-1 perfusion, cunoscut și sub numele de tren de semințe intensificat perfusion, se concentrează pe obținerea de densități mari de celule în timp ce celulele sunt în faza lor de creștere logaritmică.
De obicei, această procedură durează aproximativ 3 până la 6 zile și este folosită pentru a reduce cantitatea de vase necesară într-un tren de semințe. Acest lucru ajută la realizarea de însămânțare a reactoarelor cu densitate mai mare și la crearea unor bănci de semințe de înaltă densitate.
Beneficiile cheie includ simplitatea, cerințele reduse de echipament și nevoia minimă de optimizare medie. Această metodă este în special util pentru a genera rapid densități mari de celule fără a accentua productivitatea.
Considerații operaționale
Operațional, N-1 perfusion menține un curs de schimb mediu ridicat pentru a se asigura că celulele rămân în faza lor optimă de creștere. Durata scurtă simplifică logistica și minimizează nevoia de echipamente extinse.
În plus, oferă densități mai mari de însămânțare reactoarelor de producție, ceea ce este avantajos pentru downstream proceselor. Cu toate acestea, deoarece productivitatea nu este o preocupare principală, este mai puțin potrivită pentru etapele finale de producție.
Fed-batch concentrat perfusion
Fed-batch concentrat perfusion folosește filtrarea cu flux tangenţial alternativ (ATF) sau filtrarea cu flux tangenţial (TFF) pentru rețin atât celulele, cât și produsele în bioreactor.
Această metodă mărește cantitățile de produse, făcându-l excelent pentru produse stabile cu productivitate scăzută în procesele lot sau fed-batch.
Mediul concentrat se îmbunătățește downstream eficienţa procesării prin eliminarea necesităţii unor etape suplimentare de concentrare. De obicei, acest proces se desfășoară timp de 14-20 de zile și vizează titruri mari potrivite pentru downstream aplicatii.
Cerințe de proces
Fed-batch concentrat perfusion este moderat complex, necesitând sisteme ATF sau TFF cu filtre care pot reține produsul în interiorul vasului.
cursul de schimb mediu trebuie controlat cu grijă pentru a atinge titrurile de produs dorite. Această metodă funcționează cel mai bine pentru produsele puternice care pot face față condițiilor intense și prezintă riscuri de calitate, cum ar fi procesele cu alimentare în serie. Gestionarea eficientă a schimbului de mediu este esențială pentru maximizarea titrului și menținerea stabilității procesului.
Fed-batch intensificat perfusion
Fed-batch intensificat perfusion este ca fed-batch concentrat, dar cu produs continuu îndepărtarea în timpul il proces.
Această abordare este avantajos pentru produsele labile și scenarii care necesită o concentrare mare a producției fără suplimentar downstream etapele de concentrare. Timpi mai scurti de retenție a produselor îmbunătățesc controlul calității și permit semicontinuu downstream purificare. Duratele de rulare sunt, în general, de 16-25 de zile, cu rate de schimb medii optimizate pentru eficientizarea costurilor.
Comparație cu fed-batch concentrat
În comparație cu lotul alimentat concentrat, lotul alimentat intensificat oferă o generare totală mai mare de produse și un control îmbunătățit al calității datorită îndepărtării continue a produsului.
Mai potrivit pentru produse mai puțin stabile, deoarece timpul de rezidență redus scade riscul de degradare. În plus, permite utilizarea filtrelor TFF sau ATF pentru a produce un flux clar de produse gata pentru downstream prelucrare. În timp ce ambele metode sunt moderat complexe, alimentația intensificată tinde să fie mai eficientă și mai bună pentru aplicații specifice.
Continuu perfusion
Continuu perfusion tinde spre menține condițiile de echilibru, asigurând o productivitate constantă și calitatea produsului pe perioade lungi, de obicei, de la 20 la 60 de zile.
Această metodă utilizează o cantitate mică de sângera la păstra celulăe viu și la dreapta densitate, care ajută la îmbunătățirea eficienței. Ratele de schimb medii optimizate asigură o eficiență ridicată și un control strict al procesului, făcând continuu perfusion ideal pentru o producție stabilă și pe termen lung.
Stabilitate și eficiență pe termen lung
Avantajul principal al continuui perfusion este icte capacitatea de a susține titruri ridicate de produs și calitate cu variabilitate minimă. Această metodă este deosebit de benefică pentru integrarea cu continuu downstream bioprocesare.
În ciuda timpului mai lung necesar pentru optimizarea procesului și a riscului mai mare asociat cu operațiunile extinse, beneficiile controlului superior al calității, nevoia redusă de trenuri de semințe și scalabilitatea fac continuu perfusion o opțiune valoroasă. În plus, operațiunile în stare staționară favorabile automatizării ajută la atenuarea complexității, făcându-l o alegere viabilă pentru producția la scară largă.
Comparând perfusion tehnici: diferențe și considerații cheie
Când vine vorba de optimizarea bioproceselor, selectarea tipului potrivit de perfusion este crucial.
Fiecare perfusion tehnica—N-1 perfusion, fed-batch concentrat perfusion, fed-batch intensificat perfusion, și continuu perfusion— oferă avantaje unice și considerații operaționale. Înțelegerea acestor diferențe poate ajuta inginerii de bioprocese și managerii de proiect să facă infoluate decizii care sporesc productivitatea, calitatea produsului și eficiența.
Următorul tabel oferă o comparație cuprinzătoare a celor patru perfusion Tipuri, evidențiind obiectivele lor principale, duratele tipice, cursurile de schimb medii, complexitatea, metodele de reținere a celulelor, strategiile de eliminare a produselor, adecvarea pentru produse labile, controlul calității, considerații operaționale, scalabilitate, riscul de murdărire a sistemului și eficiența costurilor. Această prezentare generală își propune să vă ghideze în selectarea celui mai potrivit perfusion metoda pentru nevoile dumneavoastră specifice de bioproces.
Impactul perfusion bioreactor privind eficiența bioproceselor
Perfusion bioreactorul a revoluționat domeniul bioprocesării, oferind eficiență, productivitate și calitate a produselor de neegalat. Această metodă continuă de cultivare a celulelor asigură o aprovizionare constantă cu substanțe nutritive proaspete în timp ce elimină deșeurile, creând un mediu optim pentru creșterea celulelor și producerea de proteine.
Fie că este vorba de creșterea rapidă a densității celulare în N-1 perfusion, titrurile ridicate ale produsului obținute cu fed-batch concentrat, controlul îmbunătățit în fed-batch intensificat sau stabilitatea pe termen lung a continuui perfusion, fiecare tehnică oferă beneficii unice care răspund diferitelor etape și nevoi ale bioprocesării.
Prin adoptare perfusion bioreactor, inginerii de bioprocese pot obține randamente mai mari, o mai bună consistență și o utilizare mai eficientă a resurselor. Pe măsură ce peisajul biotehnologiei evoluează, stăpânindu-le pe acestea perfusion tehnicile vor fi esențiale pentru a rămâne în avans și pentru a promova inovațiile în producția biofarmaceutică.
Întrebări frecvente (FAQ)
Bioreactor perfusion este o metodă continuă de cultură celulară care menține condiții optime de creștere prin furnizarea constantă de substanțe nutritive proaspete și eliminarea deșeurilor. Acest proces îmbunătățește productivitatea celulelor și calitatea produsului prin menținerea celulelor într-un mediu ideal.
Perfusion oferă mai multe beneficii, inclusiv densități mai mari de celule, randamente crescute ale produsului, calitate îmbunătățită a produsului și utilizarea mai eficientă a resurselor. De asemenea, permite un control mai bun asupra procesului de producție și poate fi scalat mai ușor pentru a satisface cerințele de producție.
Fiecare perfusion tipul are caracteristici unice: N-1 perfusion se concentrează pe creșterea rapidă a densității celulare, fed-batch concentrat perfusion vizează titruri mari de produse, fed-batch intensificat perfusion îmbunătățește generarea de produse și controlul calității și continuă perfusion menține o producție stabilă pe termen lung, cu o consistență ridicată.
Factorii de luat în considerare includ obiectivele specifice de producție, stabilitatea produsului, densitatea celulară necesară, durata producției și complexitatea operațiunii. Fiecare perfusion metoda are diferite puncte forte care pot fi adaptate nevoilor procesului.
Da, bioreactor perfusion poate fi integrat perfect cu downstream proceselor. Metode de filtrare utilizate în perfusion furnizează permeat clar care poate fi direct legat de downstream operațiuni, îmbunătățind eficiența generală a procesului și calitatea produsului.
Pentru o înțelegere mai profundă a configurațiilor bioreactorului și a efectelor acestora asupra producției de proteine recombinate, a se vedea revizuirea critică realizată de Jean-Marc Bielser, Moritz Wolf, Jonathan Souquet, Hervé Broly și Massimo Morbidelli ".Perfusion Cultura de celule de mamifere pentru fabricarea de proteine recombinate - O revizuire critică," publicat în Progresele Biotehnologiei, 2018.
