ما هي المفاعلات الحيوية المخصصة؟ خيارات التصميم والمواد والتحكم

ما هو المفاعل الحيوي المخصص، وكيف يختلف التخصيص لثقافة الخلايا مقابل واجب الميكروبات؟تم تصميم المفاعل الحيوي المخصص لثقافة الخلايا حول أربعة قيود لا تهم بالكاد في التخمير الميكروبي: حساسية شديدة للقطع، وقلة الطلب على الأكسجين لكل وحدة حجما،سيطرة نفسية صارمةتتلف خلايا الثدييات عند سرعات أطراف الدواسة فوق حوالي 1.5 م / ثانية ، لذلك تستخدم السفن هيدروفيلات محورية ذات قطر كبير عند مدخلات الطاقة من 0.01 إلى 0.10 كيلوواط/م3 بدلا من 0.5-5 كيلوواط/م3 نموذجية للخدمة الميكروبية. يتم الاحتفاظ بالأكسجين المذاب عند 20-50٪ من ملء الهواء، والحموضة عند 6.8-7.4 ضمن نطاق ± 0.05، درجة حرارة عند 36.5-37.0 درجة مئوية، و CO2 المذاب تحت 100-150 mmHg.

1خيارات التصميم للثقافات الحساسة للقشر والكثافة العالية

تركز تخصيص ثقافة الخلايا على أربعة أنظمة فرعية. لكل منها هدف قابل للقياس ووضع فشل محدد:

• التحريك منخفض القطع ونقل الغاز:يهيمن اختيار الدفع. طائرة هيدروغرافية محورية ذات قطر كبير أو مروحة بحرية عند D / T من 0.40-0.50 توفر مزيجًا هائلًا بسرعة 0.5-1.5 م / ث.مقارنة بـ 3- 7 م/س تتسامح مع البكتيريا والخميرةلأن الطلب على الأكسجين أقل، عادة ما يكون 0.5-2 mmol O2/L·h بدلا من 50-150,وتصبح ضرر الخلايا الناجم عن الفقاعات في واجهة الغاز السائل الآلية المحدودة بدلا من القطع الكليإضافة 0.5-2.0 غرام / لتر من Pluronic F-68 يحمي الخلايا من تمزق الفقاعة، واستخدام sparger ثقب حفر بدلا من واحدة محلاة يبقي حجم الفقاعة كبيرة بما فيه الكفاية للحد من القطع بين الوجه.
• التشطيب السطحي والمواد:يتم بناء أوعية زراعة الخلايا من 316L مع انخفاض الكربون والكبريت المسيطر عليها ، الملمع ميكانيكياً والملمع بالكهرباء إلى Ra 0.4 μm أو أقل لكل ASME-BPE SF4 أو أفضل.الالكتروليسينغ المسائل هنا لسببين خارج التنظيف: يزيل الشقوق الصغيرة التي يمكن أن يعيش فيها الميكوبلازما والبكتريوفاج بين الحملات،وتنتج طبقة سلبية غنية بالكروم تقاوم الدورات الكاستيكية والحمضية المتكررة لمركز متعدد المنتجاتعندما تستخدم الأطعمة التي تحتوي على الكلوريد أو الوسائط عالية الملوحة، يتم استبدال الدوبلكس 2205 أو 904L، ويجب أن تكون جميع الإيلاستومرات من فئة USP VI وخالية من المكونات الحيوانية.
• التسريب والاحتفاظ بالخلايا:العمليات عالية الكثافة تتجاوز المجموعة المغذية من خلال الحصاد المستمر مع الاحتفاظ بالخلايا.المفاعل الحيوي المخصص للنفايات يدمج حلقة تصفية تدفق متناوب أو تدفق متناوب مع جهاز الاحتفاظ معدل الحصاد الكاملمعدل التسريب المحدد عادة ما يكون 0. 02- 0. 10 نيلول / خلية / يوم ، مما يعادل 1-3 أحجام الأوعية في اليوم الواحد ، والحفاظ على كثافة الخلايا القابلة للحياة من 20- 80 × 10 ^ 6 الخلايا / مل عند القدرة على الحياة فوق 90 ٪.الحاوية تتطلب فوهات إضافية للحلقة الاحتفاظ، مضخة حصاد مع رأس قشر منخفضة، ومنطق التحكم الذي يحافظ على وزن وعاء ثابت أثناء سحب المنتج.
• إدارة ثاني أكسيد الكربون المذاب:عند الكثافة العالية للخلايا ، يتراكم ثاني أكسيد الكربون المحلول ويمنع النمو والجليكوزيل فوق حوالي 100-150 ملم هرغ.التخصيص يعالج هذا من خلال ارتفاع معدل الطفرة من الهواء أو الأكسجين في قاعدة الوعاء لتجريد ثاني أكسيد الكربون، وزيادة التخليص السفلي الذي يزيد من وقت إقامة الغاز، أو حلقة خارجية مع رابط غشاء.الإجابة الصحيحة عادةً ما تكون المزيد من الغاز عند إثارة أقل، وهو قرار تصميم يجب اتخاذه عندما يتم تحديد هندسة السفينة بدلاً من أثناء التشغيل.

2هيكل التحكم والامتثال

بالنسبة للمنتجات الخاضعة للتشريعات، فإن نظام التحكم هو مادة متوافقة بقدر ما هي الوعاء. يتم تعريفها بثلاث طبقات:

• الأجهزة و PAT:الحلقات القياسية تغطي درجة الحرارة، الحموضة الحمضية، DO، الضغط، المستوى، وتدفق الغاز، مع التحكم في DO المتسلسل من خلال التحريك، ثم تدفق الغاز، ثم تخصيب الأكسجين.التركيبات المتقدمة تضيف قياس السعة لحجم الخلية القابلة للحياة على الإنترنت، رامان طيفية للكوكوز، اللكتات، الغلوتامات، وتيتر، وتحليل الغازات الخارجة ل OUR و CTR.تدعم أدوات تكنولوجيا تحليل العمليات هذه اختبار الإفراج في الوقت الحقيقي بموجب إطار QbD المحدد في ICH Q8 إلى Q11، ويقومون بتحويل التحكم من نقاط إعداد ثابتة إلى تغذية مبنية على نموذج تتكيف مع الحالة الأيضية الفعلية للثقافة.
• هيكل الوصفة و سلامة البيانات:يجب أن يتبع برنامج التحكم ISA-88 ، فصلاً للوصفة العامة ، وصفة الموقع ، وصفة رئيسية ،وصفة التحكم بحيث يتم نقل العملية المحددة على نطاق المختبر إلى الإنتاج دون إعادة كتابة المنطقلإنتاج GMP في الولايات المتحدة، 21 CFR الجزء 11 يتطلب البرمجيات المعتمدة مع آمنة، الكمبيوتر المولدة، المسارات التدقيقية مدققة بالوقت، والتحقق من السلطة من خلال الوصول القائم على الدور،و التوقيعات الإلكترونية المرتبطة بسجلاتهمفي الاتحاد الأوروبي، يفرض المرفق 11 متطلبات متساوية، وكلاهما يتطلب أن يكون النظام معتمدا رسميا مع اختبار موثق ضد مواصفات مكتوبة.
• مستخدم لمرة واحدة مقابل هجين من الفولاذ المقاوم للصدأ:التخصيص يعني بشكل متزايد اختيار مكان وضع الحدود بين المستخدمة مرة أخرى والمترددة.تحتفظ المنشأة الهجينة بحاوية الفولاذ المقاوم للصدأ لمفاعل بيولوجي الإنتاج بينما تستخدم أكياس للاستخدام الواحد لإعداد الوسائط، احتواء العازل، والحصاد، والذي يزيل أكبر عبء التحقق من صحة التنظيف مع الحفاظ على قدرة الضغط ونقل الحرارة من الصلب.القطارات ذات الاستخدام الواحد بالكامل مناسبة لمنتجات متعددة التصنيع السريري أقل من 2يجب أن يكون الاختيار مدفوعًا بعدد الحملات وتكرار التغيير: فوق حوالي ثمانية إلى عشرة عمليات تغيير المنتجات سنويًا ، غالبًا ما تفوز المنتجات ذات الاستخدام الواحد على إجمالي تكلفة السلع.

أولويات المفاعل الحيوي المخصصة حسب نوع الخلية

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: ما هو الفرق بين المفاعل الحيوي المخصص ومذيب مخصص؟

الجواب: في الممارسة العملية الفرق هو نطاق التسامح و عبء الوثائق. يتم تحسين جهاز التخمير المخصص لإنتاج البيرة أو الإيثانول أو الإنزيم لسرعة الإنتقال ، والقدرة على التنظيفوتكلفة رأس المال، مع التشطيب السطحي حوالي Ra 0.8 μm ، الأختام الميكانيكية ، والأجهزة الصناعية.يتم تحسين المفاعل الحيوي المخصص لثقافة الثدييات أو الخلايا الجذعية للسيطرة الفسيولوجية وسلامة البيانات، مع الأسطح الملمعة بالكهرباء عند Ra 0.4 μm أو أقل ، ومحركات الهيدروفيل ذات القطع المنخفض ، القدرة على التسرب ، إدارة ثاني أكسيد الكربون المذاب ،ونظام مراقبة معتمد على 21 CFR الجزء 11 مع مسار التدقيق الكامل والتوقيعات الإلكترونيةقشرة السفينة متشابهة، والجهد الهندسي يختلف بمعدل من اثنين إلى ثلاثة.

السؤال: لماذا تكون الطاقة لكل حجم أقل بكثير في زراعة الخلايا من التخمير الميكروبي؟

الجواب: لأن الخلايا الحيوانية تفتقر إلى جدار خليوي وتكون أكبر من البكتيريا بنحو 10 إلى 50 مرة، مما يجعلها أكثر عرضة للقطع الهيدروديناميكي والفقاعات.يتشابك تلف الخلية مع معدل استنزاف الطاقة الاضطرابية المحلية بالقرب من الدوائر مع كسر الفقاعات في واجهة الغاز السائلالنتيجة العملية: الأوعية الميكروبية تعمل 0.5-5 كيلوواط / م 3 ، في حين أن الأوعية الثديية تعمل 0.01-0.10 كيلوواط / م 3 ، وهو انخفاض 50 مرة.الطلب على الأكسجين أقل، لذا فإن شدة الخلط المنخفضة لا تزال تلبي متطلبات نقل الكتلة.دفع الإثارة أعلى لحل مشكلة الخلط في ثقافة الخلية يؤدي دائما تقريبا إلى ضرر أكثر من خلال تحلل الخلية مما يحل.

السؤال: كيف يتم تخصيص مفاعل بيولوجي للتسريب بشكل مختلف عن وعاء الفئة المغذية؟

الجواب: وعاء التسريب يحتاج إلى ثلاثة إضافات. أولا، حلقة الاحتفاظ بالخلايا: فوهات إضافية لتبادل التدفق المماس أو حلقة تصفية التدفق المماس، مضخة حصاد منخفضة القص،وخط تصفية لالتقاط التيار السفليثانياً، التحكم في المستوى القائم على الوزن الذي يحافظ على كتلة ثابتة للوعاء بينما يتم سحب الحصاد باستمرار وإطعام الوسيط الطازج، عادةً ما يحتفظ بمستوى ضمن ± 2٪. ثالثاً،مدة الزراعة الممتدة تعني أن النزاهة العقيمة يجب أن تستمر لمدة 30-60 يومًا بدلاً من 10-20، والذي يرفع المواصفات على الأختام والإصلاحات المعقمة واختبار سلامة المرشحات، ويتطلب أنظمة أخذ العينات وتبادل الوسائط مصممة لحملات طويلة دون خرق.

س: ما هي وثائق التحقق من صحة المفاعل الحيوي المخصص من قبل GMP؟

ج: اطلب حزمة كاملة: أدلة على مؤهلات التصميم بما في ذلك الرسومات، P&IDs، شهادات المواد إلى EN 10204 3.1، تقارير الانتهاء السطحي ، وتوثيق اللحام مع الإجراءات ، مؤهلات اللحام ، خريطة اللحام ، وسجلات الفحص البوروسكوبي.شهادات معايرة الأجهزة القابلة للتعقب إلى المعايير الوطنيةدعم المؤهلات التشغيلية يشمل بروتوكولات واختبارات قبول المصنع ونتائجها، والتحقق من حلقة التحكم، واختبار الإنذار والحجب،اختبار تغطية CIPإضافة وثائق البرمجيات بما في ذلك المواصفات الوظيفية ومواصفات التصميم وبروتوكولات الاختبار عندما يقدم المورد نظام التحكم،بالإضافة إلى قطع الغيار وتوصيات الصيانة.