הנדסת ביו-מעבדים היא תחום המשתמש בתחומים הנדסיים רבים כדי לייצר מוצר מסוים מאורגניזמים חיים. בדרך כלל, האורגניזמים הם תאים מהונדסים גנטית כי הם מהונדסים לייצר חלבון מוצר מסוים או כימי. לאחר מכן התאים גדלים בקנה מידה גדול על מנת לייצר את המוצר אשר מטוהר מאוחר יותר באמצעות תהליכים במורד הזרם, כגון כרומטוגרפיה. וידאו זה יציג דוגמה bioprocess, לסקור שיטות בולטות בתחום, כמו גם כמה אתגרים מרכזיים ויישומים של הטכנולוגיה.
בואו נסתכל על דוגמה של ביו-מעבד שמשתמש בתאים כדי לייצר חלבון מוצר. ראשית, האורגניזם נבחר, אשר יכול להיות חיידקי, פטרייתי, או יונק, בהתאם ליכולתו לייצר את המוצר הרצוי. התאים מהונדסים גנטית כדי למקסם את יכולתם לייצר את המוצר ולמזער תהליכי צד מיותרים. התאים שהשתנו גדלים בקנה מידה גדול הנקרא תהליך במעלה הזרם. טכניקה נפוצה במעלה הזרם היא תרבות השעיה, המשתמשת ביו-קטור כלי כדי להגדיל את תרבית התא. התרבות מתרחבת וצפיפות התאים גדלה על ידי מעבר לנפחים גדולים יותר ויותר. לאחר שהתרבות הגיעה לנפח הרצוי, חלבון המוצר נקצר מהתאים, בין אם באמצעות הפרשה, שם התאים יורקים את החלבון, או על ידי תמה, שם התא שבור כדי לשחרר אותו. לאחר מכן המוצר מטוהר בתהליך במורד הזרם כדי להסיר מזהמים כגון פסולת תאים וחלבונים אחרים. תהליך טיפוסי במורד הזרם משתמש בסוגים רבים של טכנולוגיה בסדרה כדי לטהר ולרכז את המוצר. סינון משמש לעתים קרובות הראשון כדי להסיר פסולת תאים וחלקיקים גדולים. כרומטוגרפיה היא טכנולוגיה נוספת המשמשת לבידוד ולתרכזות של חלבון מעניין. לאחר מכן, המוצר הסופי המטוהר הוא ליופילי, או מיובש בהקפאה, כדי לייצב את החלבון לאחסון. עיבודים ביולוגיים טיפוסיים מתוכננים תחילה בסולם המעבדה, ולאחר מכן מוגדלים עד סולם הטייס, לפני הרחבה נוספת לייצור. עכשיו כשהכנסנו מעבד ביולוגי בסיסי, בואו נסתכל על כמה שיטות בולטות בתחום.
תרבית תאי היונקים משמשת לרוב בייצור התעשייתי של טיפולי חלבון רקומביננטיים. תאי השחלות של האוגר הסיני, או תאי CHO, הם אחד מסוגי התאים הנפוצים ביותר בהם נעשה שימוש. שלא כמו תאים חיידקיים, תאי יונקים מסוגלים לבצע שינויים מורכבים לאחר התרגום לחלבונים. שינויים אלה הם שינויים מבניים או כימיים שנעשו לחלבון לאחר שהוא מתורגם ריבוזום. זה חיוני לייצור מבנים מורכבים הדרושים לחלבונים טיפוליים. תרבית תאי היונקים דורשת שיקולים זהירים במהלך הצמיחה, שכן התאים רגישים יותר מתאי חיידקים. יש צורך ב-Aeration יעיל. עם זאת, יש למזער את נזקי ההזנה. סביבה הומוגנית מבוקרת היטב היא גם הכרחית, עם בקרת pH וטמפרטורה קפדנית והסרה מהירה של מוצרים רעילים. תהליכים תעשייתיים הם קנה מידה כדי לייצר נפח גבוה של המוצר. קנה מידה הוא לא קל כמו פשוט להגדיל באופן יחסי את הנפח ולכן את גודל הציוד. נעשה שימוש בגורם שינוי קנה מידה, שהוא היחס בין זרימת המסה של היחידה בקנה מידה מלא ליחידת הפיילוט. גורמי שינוי קנה מידה משמשים כדי לקבוע את הגודל של כורי טנק דומים גיאומטרית. לדוגמה, כקנה מידה של נפח, עם גורם קנה המידה S, קוטר הטנק משתנה עם S ל- 1/3. הסיבה לכך היא מגבלות העברת מסה וחום עם נפח הטנק הגדול יותר.
ייצור מוצרים ביולוגיים משתמש באורגניזמים חיים, אשר רגישים לזיהום. אורגניזמים מזהמים יכולים להיות חיידקים, פטריות או וירוסים, ויכולים לנבוע מאנשי צוות, חומרים או ציוד המשמשים לייצור. זיהום מיקרוביאלי מציג את השונות במוצר ועלול לגרום לפגיעה בחלבון המוצר. מעבדים ביולוגיים רבים משמשים לייצור מוצרי תרופות, אשר מוסדרים בכבדות על ידי סוכנויות ממשלתיות כדי להבטיח שהם בטוחים ויעילים. התרופה עצמה עוברת תחילה בדיקות מעבדה קפדניות וניסויים קליניים. לאחר שהתרופה מאושרת, תהליך הייצור חייב גם לעבור בדיקה ואישור. רגולציה, אם כי חיונית להבטחת מוצר סופי בטוח, גורמת למגבלות נוספות על התהליך ההנדסי. מגבלות מחמירות מוטלות על פרמטרים, כגון ריאגנטים מותרים, מזהמים וריכוזים.
עכשיו שראיתם כמה מהטכניקות והאתגרים הנפוצים בקשיקה ביולוגית, בואו נסתכל על כמה יישומים בעולם האמיתי. שלא כמו תרופות מולקולה קטנות כמו אספירין ואצטמופין, תרופות מורכבות רבות הן חלבונים רקומביננטיים ועשויים באמצעות עיבוד ביולוגי. טיפולים חלבון רקומביננטי גדל במהירות ב -25 השנים האחרונות, עם עשרות טיפולים ממוקדים. איידס, סרטן, מחלות זיהומיות, ריפוי פצעים, הפרעות תזונתיות, שבץ והלם זיהומי הם רק חלק מהאזורים שבהם טיפול בחלבון מוצע כטיפול. עיבוד ביולוגי משמש גם לייצור דלקים ביולוגיים, כגון אתנול. אתנול מופק מחומר צלולוסי, כגון קנה סוכר או תירס. התהליך מתחיל בבידוד של תאית ממזון, ואחריו הידרוליזה אנזימטית ותסיסה עם שמרים. עיבוד ביולוגי זה מבוצע בסולם הייצור על מנת לייצר כמויות גדולות של אתנול לאנרגיה חלופית.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב processing. עכשיו אתה צריך להבין את התכנות הביולוגיות הבסיסיות, כמה שיטות ואתגרים נפוצים, כמו גם יישומים של הטכנולוגיה. תודה שצפיתם.
