تخمیر بیولوژیکی

مفهوم تخمیرکننده های بیولوژیکی از زمان پیدایش آنها به طور قابل توجهی تکامل یافته است. طرح‌های اولیه اساساً بر اساس تخمیر میکروبی هم‌زده بود که در آن میکروارگانیسم‌ها در یک راکتور مخزن همزده کشت می‌شدند. با گذشت زمان، صنعت شاهد ظهور انواع مختلف تخمیرکننده‌ها از جمله سیستم‌های مخلوط موجی، مخزن همزده و لرزش مداری بود. هر یک از این انواع به انواع سلول ها و حجم های عملیاتی مختلف پاسخ می دهد که منعکس کننده تنوع و پیچیدگی تولید بیودارویی است.

به عنوان مثال، تخمیرکننده های مخلوط شده با موج، کاربرد گسترده ای در گسترش سلول های بذر و پرورش سلول های پستانداران حساس به برش یافته اند. عمل اختلاط ملایم آنها آسیب سلولی را به حداقل می رساند و باعث رشد سلولی سالم تر و بازده محصول بالاتر می شود. در مقابل، سیستم‌های تکان‌خورده مداری، اگرچه در توسعه نسبتاً کندتر هستند، اما در درجه اول برای کشت سلول‌های حیوانی و گیاهی با نیازهای اکسیژن کمتر استفاده می‌شوند. این سیستم ها عمدتاً به کاربردهای در مقیاس آزمایشگاهی محدود می شوند و به عنوان یک پلت فرم حیاتی برای تحقیق و توسعه در مراحل اولیه عمل می کنند.

◆ اتاق تخمیر: این محفظه اصلی است که روند بیولوژیکی در آن رخ می دهد. این ماده معمولاً از فولاد ضد زنگ برای اطمینان از دوام و استریل ساخته می شود.

◆ سیستم آشفتگی: برای اطمینان از اختلاط و هوادهی یکنواخت در محفظه تخمیر ، از همزن هایی مانند پروانه یا همزن استفاده می شود. اینها به حفظ شرایط همگن در طول فرآیند تخمیر کمک می کند.

◆ سیستم هوادهی: تهیه اکسیژن برای موجودات هوازی بسیار مهم است. این امر از طریق اسپارگرها یا دیفیوزرهای هوا که هوای استریل را در آبگوشت تخمیر معرفی می کنند ، حاصل می شود.

◆ سیستم خنک کننده: کنترل دما با استفاده از کاپشن یا سیم پیچ پر از مایع خنک کننده حفظ می شود. این امر مانع از گرمای بیش از حد می شود و شرایط رشد بهینه را تضمین می کند.

◆ سیستم کنترل pH: pH آبگوشت تخمیر با استفاده از اسیدها، بازها یا بافرها کنترل و تنظیم می شود تا محدوده مورد نظر حفظ شود.

◆ سیستم تغذیه مواد مغذی: تأمین کننده مواد مغذی مانند قندها ، اسیدهای آمینه ، ویتامین ها و مواد معدنی برای حفظ رشد سلول و متابولیسم تهیه شده است.

تطبیق پذیری تخمیر کننده های بیولوژیکی آنها را در مراحل مختلف تولید بیو دارویی ضروری می کند. یکی از مهمترین کاربردهای تولید پروتئین های نوترکیب با استفاده از کشت سلول های پستانداران است. بر خلاف سلولهای میکروبی ، سلولهای پستانداران می توانند پروتئین های بزرگتر با اصلاحات پیچیده پس از ترجمه مانند گلیکوزیلاسیون تولید کنند و آنها را برای تولید پروتئین های درمانی که از پروتئین های انسانی تقلید می کنند ، ایده آل می کند.

حیوانات تراریخته ، به ویژه بزهای تراریخته و خرگوش ، به عنوان مدل های امیدوارکننده برای تولید پروتئین های نوترکیب ظاهر شده اند. محققان با ادغام ژن های انسانی در ژنوم حیوان ، می توانند از سیستم های تولید طبیعی حیوان استفاده کنند تا پروتئین های درمانی را در شیر یا سایر مایعات بدن تولید کنند. این رویکرد که به عنوان "کشاورزی مولکولی" شناخته می شود ، چندین مزیت از جمله هزینه های تولید پایین تر ، بازده بالاتر و پروفایل های ایمنی پیشرفته را ارائه می دهد.

به عنوان مثال، Atryn، یک آنتی بادی آنتی ترومبین نوترکیب که توسط FDA در سال 2009 تایید شد، در شیر بزهای تراریخته تولید می شود. به طور مشابه، Ruconest، یک مهارکننده نوترکیب C1 استراز انسانی، از شیر خرگوش‌های تراریخته خالص‌سازی می‌شود. این محصولات امکان سنجی و کارایی راکتورهای حیوانی تراریخته را در تولید بیودارویی نشان می دهند.

◆ پیشرفت در فناوری کشت سلولیتوسعه محیط های کشت سلولی جدید، استراتژی های خوراک و سیستم های پرفیوژن به طور قابل توجهی بهره وری و کیفیت کشت های سلولی حیوانی را بهبود بخشیده است. این پیشرفت‌ها باعث تولید تیترهای بالاتر پروتئین‌ها و واکسن‌های درمانی، کاهش هزینه‌ها و افزایش دسترسی به این محصولات شده است.

◆ نوآوری در طراحی بیوراکتور: طرح‌های بیوراکتور جدید، مانند بیوراکتورهای مخلوط شده و مداری، خواص اختلاط و انتقال جرم را بهبود می‌بخشند و امکان کشت انواع سلول‌های حساس و تولید محصولات با کیفیت بالا را فراهم می‌کنند. علاوه بر این، استفاده از بیوراکتورهای یکبار مصرف خطرات آلودگی را کاهش داده و فرآیندهای تولید را ساده کرده است.

◆ ادغام اتوماسیون فرآیندهای زیستی: ادغام سیستم های اتوماسیون و کنترل در بیوراکتورها، تکرارپذیری فرآیند را بهبود بخشیده، خطای اپراتور را کاهش داده و نظارت و کنترل در زمان واقعی پارامترهای فرآیند حیاتی را فعال کرده است. این امر منجر به افزایش بهره وری، کاهش زمان توقف و بهبود کیفیت محصول شده است.

◆ پایداری و تأثیرات زیست محیطی: صنعت بیوتکنولوژی به طور فزاینده ای بر کاهش اثرات زیست محیطی خود و بهبود پایداری متمرکز شده است. این امر منجر به توسعه فرآیندهای زیستی جدیدی شده است که از منابع تجدیدپذیر استفاده می کنند، تولید زباله را به حداقل می رساند و مصرف انرژی را کاهش می دهد. علاوه بر این، استفاده از بیوراکتورهای یکبار مصرف نیاز به تمیز کردن و استریل کردن را کاهش داده و اثرات زیست محیطی را بیشتر کاهش داده است.