Биологичен ферментатор

Концепцията за биологичните ферментатори се е развила значително от създаването им. Ранните дизайни се основават предимно на разбъркана микробна ферментация, при която микроорганизмите се култивират в реактор с разбъркван резервоар. С течение на времето индустрията стана свидетел на появата на различни видове ферментатори, включително системи с вълново смесване, резервоар с разбъркване и системи с орбитално разклащане. Всеки от тези типове се грижи за различни видове клетки и оперативни обеми, отразявайки разнообразието и сложността на биофармацевтичното производство.

Ферментарите, смесени от вълната, например са открили широко приложение при разширяването на семенните клетки и отглеждането на чувствителни към срязване клетки на бозайници. Тяхното нежно смесване на смесване свежда до минимум увреждането на клетките, насърчавайки по -здравословния растеж на клетките и по -високите добиви на продукта. За разлика от тях, орбиталните разклатени системи, макар и сравнително по -бавни в развитието, се използват предимно за култивиране на животински и растителни клетки с по -ниски нужди от кислород. Тези системи се ограничават предимно до приложения в лаборатория, служат като жизненоважна платформа за изследване и развитие на ранен етап.

◆ Ферментационна камера: Това е основното отделение, където протича биологичният процес. Обикновено се изработва от неръждаема стомана, за да се гарантира издръжливост и стерилност.

◆ Агитационна система: За да се гарантира равномерно смесване и аерация в камерата за ферментация, се използват агитатори като колеги или бъркалки. Те помагат за поддържане на хомогенни условия през целия процес на ферментация.

◆ Система за аерация: Предоставянето на кислород е от решаващо значение за аеробните организми. Това се постига чрез спаргери или въздушни дифузори, които въвеждат стерилен въздух във ферментационния бульон.

◆ Охладителна система: Контролът на температурата се поддържа с помощта на кожуси или намотки, пълни с охлаждаща течност. Това предотвратява прегряването и осигурява оптимални условия за растеж.

◆ Система за контрол на pH: рН на ферментационния бульон се наблюдава и регулира с помощта на киселини, основи или буфери, за да се поддържа желания диапазон.

◆ Система за подаване на хранителни вещества: Контролирано снабдяване с хранителни вещества, като захари, аминокиселини, витамини и минерали, е осигурено за поддържане на растежа и метаболизма на клетките.

Универсалността на биологичните ферментатори ги прави задължителни в различни етапи на биофармацевтично производство. Едно от най -важните приложения е производството на рекомбинантни протеини, използващи клетъчни култури на бозайници. За разлика от микробните клетки, клетките на бозайниците могат да произвеждат по-големи протеини със сложни посттранслационни модификации, като гликозилиране, което ги прави идеални за производството на терапевтични протеини, които имитират човешките протеини.

Трансгенните животни, особено трансгенните кози и зайци, се очертават като обещаващи модели за производството на рекомбинантни протеини. Чрез интегриране на човешки гени в генома на животните, изследователите могат да впрегнат естествените производствени системи на животните, за да генерират терапевтични протеини в тяхното мляко или други телесни течности. Този подход, известен като "молекулярно земеделие", предлага няколко предимства, включително по-ниски производствени разходи, по-високи добиви и подобрени профили на безопасност.

Например, Atryn, рекомбинантно антитромбиново антитяло, одобрено от FDA през 2009 г., се произвежда в млякото на трансгенните кози. По същия начин, Ruconest, рекомбинантен инхибитор на човешки С1 естераза, се пречиства от млякото на трансгенните зайци. Тези продукти демонстрират осъществимостта и ефикасността на трансгенните животински реактори в биофармацевтичното производство.

◆ Напредък в технологията за клетъчни култури: Разработването на нови среди за клетъчни култури, стратегии за хранене и системи за перфузия значително подобри производителността и качеството на животинските клетъчни култури. Тези постижения позволиха производството на по-високи титри на терапевтични протеини и ваксини, намалявайки разходите и увеличавайки наличността на тези продукти.

◆ Иновации в дизайна на биореактора: Нови дизайни на биореактори, като смесени с вълни и орбитално разклатени биореактори, предлагат подобрени свойства на смесване и пренос на маса, което позволява култивирането на чувствителни типове клетки и производството на висококачествени продукти. Освен това използването на биореактори за еднократна употреба намали рисковете от замърсяване и опрости производствените процеси.

◆ Интегриране на биопроцесна автоматизация: Интеграцията на системите за автоматизация и управление в биореактори подобри повторяемостта на процеса, намали грешката на оператора и даде възможност за наблюдение и контрол на критичните параметри на процеса в реално време. Това доведе до повишена производителност, намален престой и подобрено качество на продукта.

◆ Устойчивост и въздействие върху околната среда: Биотехнологичната индустрия все повече се фокусира върху намаляване на въздействието върху околната среда и подобряване на устойчивостта. Това доведе до разработването на нови биопроцеси, които използват възобновяеми ресурси, минимизират генерирането на отпадъци и намаляват потреблението на енергия. Освен това, използването на биореактори за еднократна употреба намали необходимостта от почистване и стерилизация, като допълнително намалява въздействието върху околната среда.