生物工程是一个领域, 使用许多工程学科, 以生产一个特定的产品从活生物体。通常, 生物体是基因改造的细胞, 被设计成生产特定的产品蛋白质或化学物质。然后, 细胞在大规模的生长, 以生产的产品, 这是后来纯化使用的下游过程, 如色谱。本视频将介绍一个生物的例子, 回顾该领域的突出方法, 以及该技术的一些关键挑战和应用。

让我们来看看一个例子生物使用细胞产生一个产品的蛋白质。首先, 有机体被选择, 可能是细菌, 真菌, 或哺乳动物, 根据它的能力生产期望产品。对细胞进行基因改造, 以最大限度地提高其生产产品的能力, 并尽量减少不必要的副作用。改良后的细胞在大范围内生长, 称为上游过程。一种常用的上游技术是悬浮培养, 它利用容器生物反应器来培养细胞的生长。文化被扩展, 并且细胞密度通过转换向更大和更大的容量增加。一旦文化达到了预期的体积, 产品蛋白就会从细胞中获取, 无论是通过分泌, 细胞吐出蛋白质, 或通过裂解, 细胞被打破释放。然后在下游过程中提纯该产品, 以去除诸如细胞碎片和其他蛋白质等污染物。一个典型的下游过程使用多种类型的技术来净化和浓缩产品。过滤通常首先用于去除细胞碎片和大颗粒物。色谱法是用来分离和浓缩感兴趣的蛋白质的另一种技术。纯化的最终产品, 然后冻干, 或冻干, 以稳定的蛋白质储存。典型的发酵是首先在实验室规模上设计的, 然后扩展到试点规模, 然后再进一步扩展生产。现在, 我们介绍了一个基本的生物, 让我们来看看在该领域的一些突出的方法。

哺乳动物细胞培养是最常用的工业生产重组蛋白治疗。中国仓鼠卵巢细胞, 或 CHO 细胞, 是最常用的细胞类型之一。与细菌细胞不同, 哺乳动物细胞能够对蛋白质进行复杂的后转化修饰。这些修饰是在核糖体中翻译后对蛋白质进行结构或化学的改变。这是必不可少的生产复杂的结构, 是必要的治疗蛋白。哺乳动物细胞培养需要在生长过程中仔细考虑, 因为细胞比细菌细胞更敏感。有效的曝气是必需的。但是, 剪切损伤必须最小化。良好的控制均匀的环境也是必要的, 具有严格的 pH 和温度控制和快速去除有毒产品。工业过程被扩展到生产高容量产品。规模增长并不像简单地按比例增加体积和设备的大小那么简单。采用比例因子, 即全尺度单元的质量流量与试验单元的比值。利用比例因子确定几何相似的坦克反应器的大小。例如, 当体积尺度, 与比例因子 s, 坦克直径鳞片与 S 到1/3。这是因为质量和传热的限制与较大的坦克体积。

生物产品的制造利用了易受污染的活生物体。污染生物体可以是细菌、真菌或病毒, 并且可以产生于制造过程中使用的人员、材料或设备。微生物污染引入产品的变异性, 可能导致产品蛋白质的降解。许多发酵被用来生产药品, 这些产品受到政府机构的严格监管, 以确保它们的安全和有效。药物本身首先通过严格的实验室测试和临床试验。一旦药品被批准, 制造过程也必须经过审批。监管虽然对确保最终产品的安全至关重要, 但却对工程过程造成了额外的限制。严格限制参数, 如允许的试剂, 污染物, 和浓度。

现在您已经看到了生物中的一些常见的技术和挑战, 让我们来看看一些真实的世界应用程序。不同于像阿司匹林和醋氨酚这样的小分子药物, 许多复杂的药物是重组蛋白, 是通过生物。重组蛋白治疗在过去25年中迅速增加, 有数十种靶向治疗。艾滋病, 癌症, 传染病, 伤口愈合, 营养失调, 中风和脓毒性休克只是一些领域的蛋白质疗法提供治疗。生物也被用来制造生物燃料, 比如乙醇。乙醇是由纤维素材料制成的, 如甘蔗或玉米。这一过程开始于从原料中分离纤维素, 其次是酶水解和酵母发酵。这种生物是在生产规模上进行的, 以生产大量的乙醇替代能源。

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