Co to jest reaktor bioprocesowy?

Odpowiedź na podstawowe pytanie:Co to jest reaktor bioprocesowy i jakie cechy konstrukcyjne odróżniają go od standardowego reaktora chemicznego?Bioreaktor bioprocesowy (bioreaktor) to naczynie zaprojektowane do hodowli żywych komórek ◄mikrobów (bakterii, drożdży), ssaków (CHO, hybrydom),lub rośliny w precyzyjnie kontrolowanych warunkach temperatury (zwykle 30-37°C), pH (6,5-7,5), rozpuszczonego tlenu (DO powyżej 20-30% nasycenia) i zaopatrzenia w składniki odżywcze, do produkcji produktów biologicznych, w tym białek rekombinowanych, przeciwciał monoklonalnych, szczepionek, kwasów organicznych,i biopaliwKluczowym rozróżnieniem od reaktorów chemicznych jest wymóg działania aseptycznego (sterylnego):przed zaszczepieniem reaktor musi być sterylizowany przez czystą parę w temperaturze 121-134 stopni Celsjusza przez 15-30 minut.Do kluczowych parametrów projektowych należy m.in. współczynnik przenoszenia tlenu objętościowego (kLa, zazwyczaj 0,01-0.3 s^-1 dla fermentacji aerobowej), system mieszania do dyspersji tlenu oraz infrastruktura sterylna na miejscu (SIP) do niezawodnego odkażania między partiami.

1Podstawowe zasady inżynierii bioprocesowej

·**Przeniesienie tlenu i kLa:**Fermentacja aerobowa wymaga ciągłego dostarczania tlenu w celu utrzymania żywotności komórek i tworzenia produktu;objętościowy współczynnik przenoszenia tlenu kLa (s^-1) ilościowo określa szybkość przenoszenia tlenu z bańek gazowych do płynnego medium, zależne od mocy wejściowej obrotowej (P/V = 0,5-5 kW/m^3) i przepływu gazu (0,5-2,0 vvm); równanie Monod mu = mu_max * C_O2 / (K_O2 + C_O2) odnosi tempo wzrostu właściwego do rozpuszczonego tlenu,z krytycznym poziomem DO 00,1-0,5 mg/l, poniżej którego wzrost jest ograniczony tlenem.

·** Projektowanie sterylne i SIP:**Wszystkie zwilżone powierzchnie muszą być sterylizowalne i wolne od martwych nogi (L/D < 3), które zatrzymują zanieczyszczenia; reaktor jest sterylizowany w miejscu (SIP) czystą parą w temperaturze 121-134 stopni C przez 15-30 minut.,osiągnięcie poziomu zapewnienia sterylności (SAL) 10^-6; po sterylizacji system utrzymuje pozytywne ciśnienie (0,05-0,1 MPa) z sterylnym powietrzem w celu zapobiegania jego wejściu, a wszystkie paszy (składniki odżywcze, podstawy,antypianka) przechodzą przez 00,2-mikrometrowe filtry sterylne.

·**Monitoring i kontrola procesów:**"Steroidy" zawierające w sobie "przewodniki" lub "przewodniki" w zakresie "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" w zakresie "przewodnictwa" lub "przewodnictwa";zaawansowane systemy dodają spektrometrię masy gazu zewnętrznego dla kwotansu oddechowego (RQ) i sondy pojemnościowe dla trwałej gęstości komórek (VCD); wprowadzają się one do systemu sterowania, który utrzymuje wartości ustawione za pomocą kontroli kaskadowej (DO -> prędkość poruszania się -> przepływ gazu -> wzbogacanie tlenem) w celu utrzymania reakcji biologicznej.

2Główne typy reaktorów bioprocesowych

·**Fermentator w zbiorniku napędzanym (STF):Standardowy bioreaktor do fermentacji drobnoustrojowej, wyposażony w pojemnik ze stali nierdzewnej (316L) z 3-4 turbinami Rushton, 4 bafflami, pierścieniem sparkera i chłodzącym płaszczem; objętości 50-200,000 l w przypadku produktów zawierających insulinę, kwas cytrynowy, aminokwasy i białka rekombinowane; osiąga gęstość komórek 50-150 g/l masy suchej z E. coli lub drożdżami w kLa 0,1-0,3 s^-1.

·** Bioreaktor do hodowli komórek ssaków:**przeznaczone do łagodniejszego mieszania (prędkości końcówki poniżej 1,5 m/s w celu uniknięcia uszkodzeń poprzez obcięcie), z obrotowcami Rushton lub z ostrzami wychyłanymi, z sprogiem z mikrobureklami (100-500 mikrometrów),i regulacji pH poprzez wysypisko CO2; objętości 50-25.000 l dla przeciwciał monoklonalnych (mAbs) i białek rekombinowanych z wykorzystaniem komórek CHO, osiągając gęstość komórek 10-30 x 10^6 komórek/ml i tytuły produktu 2-10 g/l.

·**Bioreaktor jednorazowego użytku (SUB):Wstępnie sterylizowane plastikowe worki z polimeru (EVA lub PE) umieszczone w uchwytzie ze stali nierdzewnej z wbudowanym kołysaniem lub mieszaniem; eliminuje potwierdzenie SIP i ryzyko kontaminacji krzyżowej,o objętości 50-2,000 l; szeroko stosowany w zakładach produkcyjnych z zakresu dostaw klinicznych i w zakładach z wieloma produktami, w których szybka zmiana i ograniczona walidacja czyszczenia uzasadniają wyższe koszty konsumpcji na partię.

Typy reaktorów bioprocesowych Macierza porównawcza

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest podstawowa funkcja reaktora bioprocesowego?

Odpowiedź: Bioprozesowy reaktor kultywuje żywe komórki (mikrobyczne, ssaków lub roślin) pod kontrolowaną temperaturą, pH, rozpuszczonym tlenem,i zaopatrzenia w składniki odżywcze do produkcji produktów biologicznych, w tym białek rekombinowanych, przeciwciała, szczepionki, kwasy organiczne i biopaliwa, z sterylną konstrukcją zapewniającą asepticzną pracę przez cały okres uprawy.

P: Dlaczego współczynnik przenoszenia tlenu (kLa) ma kluczowe znaczenie w projektowaniu bioreaktorów?

A: Bioprocesy aerobowe wymagają ciągłego dostarczania tlenu do oddychania komórek i tworzenia produktu; kLa ilościowo określa szybkość przenoszenia tlenu z bańek gazowych do płynnego medium,i jeśli kLa jest zbyt niskie, kultura staje się ograniczona tlenem, zmniejszając tempo wzrostu i wydajność produktu. Typowe cele projektowe to kLa 0,1-0,3 s^-1 dla bakterii i 0,01-0,05 s^-1 dla kultur komórek ssaków.

P: W jaki sposób utrzymywana jest sterylność w reaktorach bioprocesowych?

A: Reaktor jest sterylizowany przez czystą parę w temperaturze 121-134 stopni C przez 15-30 minut (SIP, osiągając SAL 10^-6), a następnie utrzymywany pod dodatnim ciśnieniem (0,05-0,1 MPa) z sterylnie filtrowanym (0,05-0,1 MPa).2 mikrometry) powietrza; wszystkie dodatki przechodzą przez filtry sterylizujące, a wszystkie powierzchnie są wyposażone w urządzenia sanitarne (Ra < 0,8 mikrometrów, bez martwych nogi) w celu zapobiegania zanieczyszczeniu drobnoustrojami.

P: Jakie są zalety bioreaktorów jednorazowego użytku (SUB)?

A: Bioreaktory jednorazowego użytku eliminują walidację SIP, walidację czyszczenia i ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego między partiami a produktami, umożliwiając szybką zmianę produktu w zakładach z wieloma produktami;Jednakże, ograniczają one skalę eksploatacyjną do 2000 l, nie mogą równać się kLa bioreaktorów ze stali nierdzewnej i wiążą się z wyższymi kosztami zużycia na partię, które muszą być uzasadnione elastycznością.