Заказать звонок
Новые биореакторы из Кореи
Создание новых подотраслей промышленности, нацеленных на выпуск современных биотехнологических продуктов; поддержка и развитие современных достижений медицины и фармацевтики; разработка инновационных технологий и оборудования – все это находится в приоритетных задачах развития общества. Главным вопросом развития современной биотехнологической промышленности является расширение ассортимента биомедицинских продуктов, необходимых для улучшения качества жизни. Новые препараты являются плодом длительной научно-исследовательской работы с использованием современной технической базы и технологий.
Компания MicroDigital Co., Ltd. (Южная Корея) с момента своего основания в 2002 году предлагает инновационные решения для биомедицинской и научной промышленности благодаря внедрению передовых технологических решений и постоянному развитию. Компания MicroDigital сосредоточилась на разработке ведущих технологий для биомедицинского рынка (удобство, миниатюризация и автоматизация) на основе высокоточной оптики. Компания специализируется на производстве биомедицинских и IVD-инструментов, одноразовых биореакторов, а также систем тестирования Point of Care Testing (POCT). Являясь ведущей компанией в области биомедицины и экологии в Корее, MicroDigital стремится содействовать успеху клиентов посредством технологических инноваций.
Получение клеток или продуктов их жизнедеятельности, биопродукта происходит в процессе ферментации, который представляет собой некоторую совокупность последовательно выполняемых операций от внесения в заранее приготовленную и нагретую до требуемой температуры среду посевного материала и до завершения процесса роста клеток или биосинтеза целевого продукта. По окончании ферментации образуется сложная смесь, состоящая из клеток биопродукта, раствора не потреблённых питательных компонентов и накопившихся в среде продуктов биосинтеза. Такую смесь называют культуральной жидкостью.
Чайный гриб — симбиоз бактерий и дрожжей, возникший в естественных условиях
В зависимости от цели производства — получение клеток или продуктов их жизнедеятельности — способы ведения процесса ферментации различаются. Если процесс направлен на получение биомассы, то назначение ферментации — получить максимально возможный титр клеток, а в случае получения метаболитов их накопление осуществляют одновременно, причем максимумы образования продуцента и целевого продукта всегда сдвинуты по времени.
Поэтому продолжительность ферментации в первом случае всегда меньше, чем во втором. Если целью является получение биомассы промышленного штамма в периодическом процессе, то время культивирования не превышает 24 ч. При производстве первичных метаболитов время биосинтеза составляет 48–72 ч, а вторичных — 72–144 ч. При культивировании различных микроорганизмов интервал рабочих температур варьирует в пределах 25–60°С, значения рН — 2,9, расход воздуха в аэробных процессах — 0,15–2,5 м³/1 м³ среды/мин. Клетки животных во многом отличаются от прокариотических и грибных клеток: они медленнее растут, у них большая чувствительность к ранению и пузырькам воздуха. Эти свойства клеток оказывают влияние на конструкцию биореакторов и ферментеров, в особенности системы перемешивания и аэрации, которые при работе не должны создавать стрессовых условий для культуры.
Основной задачей биореактора, как технического устройства, является обеспечение стабильных и воспроизводимых условий, создающих эффективный рост клеток и высокую производительность.
Поэтому продолжительность ферментации в первом случае всегда меньше, чем во втором. Если целью является получение биомассы промышленного штамма в периодическом процессе, то время культивирования не превышает 24 ч. При производстве первичных метаболитов время биосинтеза составляет 48–72 ч, а вторичных — 72–144 ч. При культивировании различных микроорганизмов интервал рабочих температур варьирует в пределах 25–60°С, значения рН — 2,9, расход воздуха в аэробных процессах — 0,15–2,5 м³/1 м³ среды/мин. Клетки животных во многом отличаются от прокариотических и грибных клеток: они медленнее растут, у них большая чувствительность к ранению и пузырькам воздуха. Эти свойства клеток оказывают влияние на конструкцию биореакторов и ферментеров, в особенности системы перемешивания и аэрации, которые при работе не должны создавать стрессовых условий для культуры.
Основной задачей биореактора, как технического устройства, является обеспечение стабильных и воспроизводимых условий, создающих эффективный рост клеток и высокую производительность.
Размножение культуры микроорганизма характеризуется четырьмя временными фазами: лаг-фаза, экспоненциальная, стационарная, вымирание.
Значительное влияние на результат культивирования оказывает тип и конструкция биореактора. В общем случае биотехнологическое оборудование для культивирования клеток можно классифицировать:
− по способу подвода энергии и аэрации в аппарате: реакторы с вводом энергии в жидкую фазу (со самовсасывающей турбиной, с циркуляционным перемешиванием и с инжекционной системой), с вводом энергии в газовую фазу (барботажные, эрлифтные и барботажно-эрлифтные) и с комбинированным вводом энергии (реакторы с механическим перемешиванием и барботажем, с роторным перемешиванием и аэрацией и барботажные с циркуляционным перемешиванием);
− по конструкционным особенностям: реакторы емкостного, колонного, трубчатого, пленочного, мембранного типов, реакторы с псевдоожиженным слоем; по принципу работы реакторы периодического, полунепрерывного и непрерывного действия;
− по гидродинамическому режиму: реакторы идеального перемешивания, реакторы идеального вытеснения, реакторы с промежуточным гидродинамическим режимом;
− по наличию стерильности: стерильные и нестерильные реакторы.
В последние годы активно внедряются новые технологии, совершенствуются биотехнологические процессы и модернизируется оборудование. Это напрямую связано со способностью повышать гибкость, сокращать инвестиции и ограничивать эксплуатационные расходы. Под влиянием потребностей рынка, частности разработчиков и производителей лекарственных средств, вакцин и других биотехнологических препаратов наметилась тенденция к использованию одноразовых биореакторов.
CELBIC — это одноразовый биореактор с уникальным алгоритмом смешивания и монитором управления в масштабе реального времени для производства биомедицинских материалов: отличная система для производства антител и белков, и клеток.
Биореактор CELBIC на качающейся платформе с одноразовыми резервуарами поставляется в различных вариантах исполнения — рабочие объемы 25, 50,100, 200, 500, 1000 литров.
− по способу подвода энергии и аэрации в аппарате: реакторы с вводом энергии в жидкую фазу (со самовсасывающей турбиной, с циркуляционным перемешиванием и с инжекционной системой), с вводом энергии в газовую фазу (барботажные, эрлифтные и барботажно-эрлифтные) и с комбинированным вводом энергии (реакторы с механическим перемешиванием и барботажем, с роторным перемешиванием и аэрацией и барботажные с циркуляционным перемешиванием);
− по конструкционным особенностям: реакторы емкостного, колонного, трубчатого, пленочного, мембранного типов, реакторы с псевдоожиженным слоем; по принципу работы реакторы периодического, полунепрерывного и непрерывного действия;
− по гидродинамическому режиму: реакторы идеального перемешивания, реакторы идеального вытеснения, реакторы с промежуточным гидродинамическим режимом;
− по наличию стерильности: стерильные и нестерильные реакторы.
В последние годы активно внедряются новые технологии, совершенствуются биотехнологические процессы и модернизируется оборудование. Это напрямую связано со способностью повышать гибкость, сокращать инвестиции и ограничивать эксплуатационные расходы. Под влиянием потребностей рынка, частности разработчиков и производителей лекарственных средств, вакцин и других биотехнологических препаратов наметилась тенденция к использованию одноразовых биореакторов.
CELBIC — это одноразовый биореактор с уникальным алгоритмом смешивания и монитором управления в масштабе реального времени для производства биомедицинских материалов: отличная система для производства антител и белков, и клеток.
Биореактор CELBIC на качающейся платформе с одноразовыми резервуарами поставляется в различных вариантах исполнения — рабочие объемы 25, 50,100, 200, 500, 1000 литров.
CELBIC 25 / CELBIC 100
Многочисленные исследования, документирующие преимущества биореакторов в использовании, способствовали дальнейшим новым разработкам привели к появлению множества одноразовых типов биореакторов, которые отличаются по потребляемой мощности, конструкции, инструментам и масштабам культуральных сосудов. Новые биореакторные системы являются жизнеспособной альтернативой традиционным биореакторам для культивирования клеток.
Они должны отвечать следующим требованиям:
В настоящее время технологии одноразового использования доминируют в производстве биофармацевтических препаратов которые становятся все более распространенными в коммерческих производственных помещениях.
Одноразовые биореакторы обладают рядом преимуществ перед биореакторами многоразового использования. К ним относятся снижение капитальных затрат, если необходимо сделать только апробацию технологического процесса, уменьшения времени запуска новых производств за счет гибкости конструкции оборудования и ее мобильности, отсутствие необходимости в стерилизации и очистки биореакторов, снижение риска контаминации образцов.
Они позволяют производителям биопрепаратов уменьшить площадь своих объектов примерно на 20% из-за снижения потребности в технических услугах. Капитальные затраты для объекта одноразового использования на 25-45% меньше, чем для объекта на базе оборудования из нержавеющей стали, а время ввода в эксплуатацию может быть сокращено примерно в два раза.
Из-за низкой продуктивности, связанной с медленным ростом, для клеток животных предпочтителен непрерывный процесс культивирования с задержанием клеток (перфузионная система). Это приводит к большей плотности культуры клеток и большему контакту с ними среды, что увеличивает продуктивность. Для задержания биомассы и предотвращения ее выноса с удаляемыми объемами культуральной жидкости используют различные системы фильтрации, например, роторные или вращающиеся фильтры.
Многие клетки млекопитающих растут только будучи прикрепленными к поверхности. Такие опорнозависимые клетки иммобилизуют на микроносителях, таких как стекло, целлюлоза, коллаген, желатин или пластик. Если носитель пористый, клетки могут расти внутри него, при этом они защищены от раневого стресса, что позволяет использовать более высокие скорости перемешивания и продувки в процессе культивирования.
Перемешивание должно быть гомогенным, чтобы избежать градиентов температуры и рН, повышенных концентраций субстрата и продуктов. При этом необходимо учитывать чувствительность клеток к ранению. Обычно перемешивание осуществляется большими лопастными мешалками при низких скоростях.
Биореактор волнового смешивания с одномерным движением имеет многослойный пластиковый стерильный пакет в качестве контейнера для культивирования. Пакет поставляется готовым к использованию поставщиком биореактора и выбрасывается после однократного использования. При перемещении качалки в пакете, содержащем культуральную среду и клетки, возникает волна. Таким образом происходит перемешивание и аэрация поверхности, в то время как поверхность среды постоянно обновляется. Потребляемая мощность регулируется углом качания, скоростью качания и уровнем наполнения мешка. Биореакторы волнового смешивания с одномерным движением подходят как для суспензионных клеток растений, так и для культур тканей.
Обычно пеногаситель не требуется, поскольку пена постоянно добавляется в культуральный бульон. Но для предотвращения пенообразования и повреждения клеток пузырьками воздуха можно уменьшить объем подаваемой газовой смеси, использовать поверхностную продувку или безпузырьковую аэрацию через мембраны. При сокращении объема подаваемого газа необходимо увеличить в нем концентрацию кислорода. Оптимальное снабжение кислородом, азотом, воздухом и углекислым газом создается с помощью систем перемешивания газов.
Они должны отвечать следующим требованиям:
- обеспечение быстрого переход между разработкой продукта и коммерциализацией;
- обеспечение быстрого запуска и легкость выполнения требований;
- снижение капитальных затрат.
В настоящее время технологии одноразового использования доминируют в производстве биофармацевтических препаратов которые становятся все более распространенными в коммерческих производственных помещениях.
Одноразовые биореакторы обладают рядом преимуществ перед биореакторами многоразового использования. К ним относятся снижение капитальных затрат, если необходимо сделать только апробацию технологического процесса, уменьшения времени запуска новых производств за счет гибкости конструкции оборудования и ее мобильности, отсутствие необходимости в стерилизации и очистки биореакторов, снижение риска контаминации образцов.
Они позволяют производителям биопрепаратов уменьшить площадь своих объектов примерно на 20% из-за снижения потребности в технических услугах. Капитальные затраты для объекта одноразового использования на 25-45% меньше, чем для объекта на базе оборудования из нержавеющей стали, а время ввода в эксплуатацию может быть сокращено примерно в два раза.
Из-за низкой продуктивности, связанной с медленным ростом, для клеток животных предпочтителен непрерывный процесс культивирования с задержанием клеток (перфузионная система). Это приводит к большей плотности культуры клеток и большему контакту с ними среды, что увеличивает продуктивность. Для задержания биомассы и предотвращения ее выноса с удаляемыми объемами культуральной жидкости используют различные системы фильтрации, например, роторные или вращающиеся фильтры.
Многие клетки млекопитающих растут только будучи прикрепленными к поверхности. Такие опорнозависимые клетки иммобилизуют на микроносителях, таких как стекло, целлюлоза, коллаген, желатин или пластик. Если носитель пористый, клетки могут расти внутри него, при этом они защищены от раневого стресса, что позволяет использовать более высокие скорости перемешивания и продувки в процессе культивирования.
Перемешивание должно быть гомогенным, чтобы избежать градиентов температуры и рН, повышенных концентраций субстрата и продуктов. При этом необходимо учитывать чувствительность клеток к ранению. Обычно перемешивание осуществляется большими лопастными мешалками при низких скоростях.
Биореактор волнового смешивания с одномерным движением имеет многослойный пластиковый стерильный пакет в качестве контейнера для культивирования. Пакет поставляется готовым к использованию поставщиком биореактора и выбрасывается после однократного использования. При перемещении качалки в пакете, содержащем культуральную среду и клетки, возникает волна. Таким образом происходит перемешивание и аэрация поверхности, в то время как поверхность среды постоянно обновляется. Потребляемая мощность регулируется углом качания, скоростью качания и уровнем наполнения мешка. Биореакторы волнового смешивания с одномерным движением подходят как для суспензионных клеток растений, так и для культур тканей.
Обычно пеногаситель не требуется, поскольку пена постоянно добавляется в культуральный бульон. Но для предотвращения пенообразования и повреждения клеток пузырьками воздуха можно уменьшить объем подаваемой газовой смеси, использовать поверхностную продувку или безпузырьковую аэрацию через мембраны. При сокращении объема подаваемого газа необходимо увеличить в нем концентрацию кислорода. Оптимальное снабжение кислородом, азотом, воздухом и углекислым газом создается с помощью систем перемешивания газов.
- При высокой плотности клеток и вязкости культурального бульона массоперенос может быть ограничен в биореакторах с волновым смешиванием с одномерным движением. Решением данной проблемы может быть применение биореактора со смешанными волнами и многомерного движения.
Принципиальная схема биореакторов для культивирования суспензионных клеточных культур: a) колба смешения; б) колба с перемешивающим устройством; в) волновой биореактор; г) биореактор с мешалкой; д) биореактор с эксцентриковой мешалкой; е) биореактор с вибромиксером; ж) барботажный биореактор; з) эрлифтный биореактор; и) биореактор с неподвижным слоем; к) биореактор с кипящим слоем
Когда клетки или микроорганизмы, часто необходимые для производства медикаментов, культивируются в биореакторе, то требуется высочайшая степень гигиены и оптимальная для очистки конструкция оборудования, ведь даже минимальное загрязнение другими организмами может привести к нарушению реакции. Чаще всего применяется процесс периодического культивирования с подпиткой, когда реактор сразу загружают полностью и разгружают только по истечении времени реакции или роста. Чтобы получать высококачественный конечный продукт, давление и уровень в реакторе должны контролироваться непрерывно в течение всего цикла.
Основными критериями для роста суспензионных клеточных культур являются такие показатели как: увеличенный перенос растворенного кислорода и уменьшенное напряжение сдвига.
Для лабораторных исследований емкость биореакторов составляет от 15 мл до 15 литров, пилотные установки – 15-50 литров, промышленные – десятки и сотни тысяч литров. Конструкции этих аппаратов позволяю создавать оптимальные технологические условия для быстрого роста и размножения клеток. В биореакторах тщательно контролируются и поддерживаются: рН, температура, парциальное давление кислорода, окислительно-восстановительный потенциал, аэрация, гомогенизация культуральной среды, уровень пенообразования.
Основными критериями для роста суспензионных клеточных культур являются такие показатели как: увеличенный перенос растворенного кислорода и уменьшенное напряжение сдвига.
Для лабораторных исследований емкость биореакторов составляет от 15 мл до 15 литров, пилотные установки – 15-50 литров, промышленные – десятки и сотни тысяч литров. Конструкции этих аппаратов позволяю создавать оптимальные технологические условия для быстрого роста и размножения клеток. В биореакторах тщательно контролируются и поддерживаются: рН, температура, парциальное давление кислорода, окислительно-восстановительный потенциал, аэрация, гомогенизация культуральной среды, уровень пенообразования.
Составные части CELBIC
Современные биореакторы имеют универсальную систему управления, обладают возможностью подключения множества опций, благодаря богатому интерфейсу USB, Ethernet, аналоговые и цифровые входы/выходы, и имеют удаленный контроль через веб-браузер с любого компьютера, смартфона или планшета.
Для управления концентрацией кислорода в среде используется подача воздуха и О2. Биореакторы обычно снабжены цифровыми датчиками pH и DO (растворенный кислород). Их использование позволяет определять неисправность датчика прямо после подключения.
CELBIC контролирует и анализирует различные параметры во время культивирования и регулирует условия для оптимальной пролиферации.
Данный биореактор идеально подходит для культивирования клеток, чувствительных к механическому стрессу (клетки млекопитающих). Он обладает простой масштабируемостью (от колбы до сотен литров) имеет одноразовые оптические или автоклавируемые датчики, а также имеется возможность проведения стерилизации на месте.
Широкий ассортимент биореакторов позволяет культивировать клетки различным способом и в различных масштабах, соблюдая при этом все необходимые условия подбора надежных критериев масштабирования, обеспечивающих разработку высокоэффективных и экономичных технологий промышленного производства целевого продукта .
Это оборудование предназначено для культивирования с бережным перемешиванием путем покачиваний. Устройство идеально подходит для работы с клеточными культурами, которые чувствительны к поперечному сдвигу.
Для управления концентрацией кислорода в среде используется подача воздуха и О2. Биореакторы обычно снабжены цифровыми датчиками pH и DO (растворенный кислород). Их использование позволяет определять неисправность датчика прямо после подключения.
CELBIC контролирует и анализирует различные параметры во время культивирования и регулирует условия для оптимальной пролиферации.
Данный биореактор идеально подходит для культивирования клеток, чувствительных к механическому стрессу (клетки млекопитающих). Он обладает простой масштабируемостью (от колбы до сотен литров) имеет одноразовые оптические или автоклавируемые датчики, а также имеется возможность проведения стерилизации на месте.
Широкий ассортимент биореакторов позволяет культивировать клетки различным способом и в различных масштабах, соблюдая при этом все необходимые условия подбора надежных критериев масштабирования, обеспечивающих разработку высокоэффективных и экономичных технологий промышленного производства целевого продукта .
Это оборудование предназначено для культивирования с бережным перемешиванием путем покачиваний. Устройство идеально подходит для работы с клеточными культурами, которые чувствительны к поперечному сдвигу.
Благодаря использованию одноразовых емкостей можно избежать таких процессов, как очистка и стерилизация на месте, сэкономить время персонала и расход очищенной воды. Эта модель широко используется для работы с клетками животных, в том числе на микроносителях, насекомых, растений, анаэробными микроорганизмами, а также применяется для подготовки посевного материала для ферментеров.
Эффективное проведение биотехнологических процессов тесно связано с применением современных способов контроля и управления. Для реализации управляемого культивирования необходимо построение алгоритмов управления, основанных на моделях биотехнологического процесса. В современных биотехнологических процессах необходимо регистрировать и анализировать множество быстроизменяющихся факторов (концентрацию субстрата, биомассы и продукта в культуре, рН, температуру, парциальное давление кислорода и др.) Элементы управления биореактором CELBIC представлены сенсорным дисплеем, который интуитивно понятен, открывает возможности контроля работы датчиков, насосов и аэрации. Встроенное программное обеспечение дает возможность сохранять данные в процессе работы. Для контроля рН и рО2 используются одноразовые датчики.
Программный модуль CELBIC
В настоящее время компания ЛАМЕС расширяет сферы сотрудничества с поставщиками современного биотехнологического оборудования из Азиатского региона, отдается приоритет продукции высокого качества всех компонентов таких систем и гарантиям стабильность снабжения клиентов всеми расходными материалами.
Производимые компанией CELBIC (Корея) одноразовые биореакторы являются оптимальным альтернативным решением для культивирования клеток в промышленных и экспериментальных масштабах.
Производимые компанией CELBIC (Корея) одноразовые биореакторы являются оптимальным альтернативным решением для культивирования клеток в промышленных и экспериментальных масштабах.