Жаңылыктар - Биофармацевтикалык ачытуу процессинде эриген кычкылтектин деңгээлинин мониторинги

Эриген кычкылтек деген эмне?

Эриген кычкылтек (DO) молекулалык кычкылтекке (О_₂) сууда эриген. Ал суу молекулаларындагы кычкылтек атомдорунан айырмаланат (H_₂О), сууда атмосферадан келип чыккан же суу өсүмдүктөрү фотосинтези аркылуу пайда болгон көз карандысыз кычкылтек молекулалары түрүндө бар. ДО концентрациясына ар кандай факторлор, анын ичинде температура, туздуулук, суунун агымы жана биологиялык активдүүлүк таасир этет. Ошентип, ал суу чөйрөлөрүнүн ден соолугуна жана булгануу абалына баа берүү үчүн маанилүү көрсөткүч катары кызмат кылат.

Эриген кычкылтек микробдордун метаболизмине көмөктөшүүдө, клетканын дем алуусуна, өсүшүнө жана зат алмашуу продуктуларынын биосинтезине таасир этүүдө маанилүү роль ойнойт. Бирок, эриген кычкылтектин жогорку деңгээли дайыма эле пайдалуу боло бербейт. Ашыкча кычкылтек топтолгон өнүмдөрдүн андан ары метаболизмине алып келиши мүмкүн жана уулуу реакцияларды жаратышы мүмкүн. Оптималдуу DO деңгээли ар кандай бактериялардын түрлөрүнөн айырмаланып турат. Мисалы, пенициллиндин биосинтези учурунда DO адатта болжол менен 30% аба менен каныккандыкта сакталат. Эгерде DO нөлгө түшүп, беш мүнөт бою ошол деңгээлде кала берсе, продуктунун калыптанышы олуттуу түрдө бузулушу мүмкүн. Бул абал 20 мүнөткө созулса, орду толгус зыян болушу мүмкүн.

Учурда эң көп колдонулган DO сенсорлору эриген кычкылтектин абсолюттук концентрациясын эмес, абанын салыштырмалуу каныккандыгын гана өлчөй алат. Маданият чөйрөсүн стерилизациялоодон кийин аэрация жана аралаштыруу сенсордун көрсөткүчү турукташканга чейин жүргүзүлөт, бул учурда маани абанын 100% каныккандыгына коюлат. Ачытуу процессиндеги кийинки өлчөөлөр ушул маалымдамага негизделген. Абсолюттук DO маанилерин стандарттуу сенсорлор аркылуу аныктоо мүмкүн эмес жана полярография сыяктуу өркүндөтүлгөн ыкмаларды талап кылат. Бирок, абанын каныккан өлчөөлөрү ачытуу процесстерин көзөмөлдөө жана көзөмөлдөө үчүн жалпысынан жетиштүү.

Ферментатордун ичинде DO деңгээли ар кайсы аймактарда өзгөрүшү мүмкүн. Туруктуу окуу бир учурда алынганда да, кээ бир маданий маалымат каражаттарында термелүүлөр дагы деле болушу мүмкүн. Чоңураак ферментаторлор микробдордун өсүшүнө жана өндүрүмдүүлүгүнө олуттуу таасир этүүчү DO деңгээлинде көбүрөөк мейкиндиктик вариацияларды көрсөтүшөт. Эксперименталдык далилдер көрсөткөндөй, орточо DO деңгээли 30% болушу мүмкүн, бирок өзгөрүлмө шарттарда ачытуу көрсөткүчтөрү туруктуу шарттарга караганда кыйла төмөн. Ошондуктан, ферментаторлордун масштабын кеңейтүүдө - геометриялык жана кубаттуулук окшоштугун эске алуудан тышкары - мейкиндиктеги ДО вариацияларын азайтуу изилдөөнүн негизги максаты бойдон калууда.

Биофармацевтикалык ачытууда эриген кычкылтектин мониторинги эмне үчүн маанилүү?

1. Микроорганизмдер же клеткалар үчүн оптималдуу өсүү чөйрөсүн сактоо
Өнөр жай ачытуу, адатта, Escherichia таякчасы жана ачыткы сыяктуу аэробдук микроорганизмдерди же сүт эмүүчүлөрдүн клеткаларын, мисалы, кытай Hamster Ovary (CHO) клеткаларын камтыйт. Бул клеткалар дем алуу жана зат алмашуу иш-аракеттери үчүн кычкылтек талап кылган ачытуу системасында "кызматчылар" катары иштешет. Кычкылтек аэробдук дем алууда терминалдык электрон кабылдагыч катары кызмат кылып, АТФ түрүндөгү энергияны өндүрүүнү камсыз кылат. Кычкылтектин жетишсиздиги клетканын муунушуна, өсүүнүн токтоп калышына, ал тургай клетканын өлүмүнө алып келиши мүмкүн, акыры ферментациянын бузулушуна алып келет. DO деъгээлинин мониторинги кычкылтек концентрациясынын клетканын туруктуу өсүшү жана жашоо жөндөмдүүлүгү үчүн оптималдуу чегинде калышын камсыздайт.

2. Максаттуу продукциянын натыйжалуу синтезин камсыз кылуу
Биофармацевтикалык ачытуунун максаты – клетканын көбөйүшүнө көмөктөшүү эле эмес, инсулин, моноклоналдык антителолор, вакциналар жана ферменттер сыяктуу керектүү максаттуу продуктулардын эффективдүү синтезин жеңилдетүү. Бул биосинтетикалык жолдор көбүнчө аэробдук дем алуудан алынган олуттуу энергияны талап кылат. Мындан тышкары, продукт синтезине катышкан көптөгөн ферменттик системалар түздөн-түз кычкылтек көз каранды. Кычкылтектин жетишсиздиги бул жолдордун натыйжалуулугун бузуп же төмөндөтүшү мүмкүн.

Мындан тышкары, DO деңгээли жөнгө салуучу сигнал катары иштейт. Өтө жогорку жана төмөн DO концентрациялары да:
- Клеткадагы зат алмашуу жолдорун өзгөртүү, мисалы, аэробдук дем алуудан эффективдүү эмес анаэробдук ачытууга өтүү.
- Керексиз кошумча продуктулардын өндүрүшүнө алып келген клеткалык стресстик реакцияларды козгойт.
- Экзогендик белоктордун экспрессия деңгээлине таасир этет.

Ачытуунун ар кандай этаптарында DO деңгээлин так көзөмөлдөө менен клеткадагы метаболизмди максималдуу максаттуу продукт синтезине багыттоого болот, ошону менен жогорку тыгыздыктагы жана жогорку түшүмдүүлүктүү ачытууга жетишүүгө болот.

Био фармацевтика үчүн суунун агымы диаграммасына киришүү

3. Кычкылтектин жетишсиздигинин же ашыкча болушунун алдын алуу
Кычкылтектин жетишсиздиги (гипоксия) оор кесепеттерге алып келиши мүмкүн:
- Клетканын өсүшү жана продукт синтези токтойт.
- Метаболизм анаэробдук жолго өтөт, натыйжада сүт кислотасы жана уксус кислотасы сыяктуу органикалык кислоталар топтолуп, маданий чөйрөнүн рН деңгээлин төмөндөтүп, клеткаларды ууландырышы мүмкүн.
- Узакка созулган гипоксия калыбына келгис зыян алып келиши мүмкүн, ал тургай, кычкылтек менен камсыз кылуу калыбына келтирилгенден кийин да калыбына келтирилбейт.

Ашыкча кычкылтек (суперсатурация) дагы коркунучтарды жаратат:
- Бул кычкылдануу стрессин жана реактивдүү кычкылтек түрлөрүн (ROS) пайда болушуна алып келиши мүмкүн, бул клетка мембраналарына жана биомолекулаларына зыян келтирет.
- ашыкча аэрация жана агитация энергияны керектөөнү жана эксплуатациялык чыгымдарды көбөйтүп, ресурстардын ашыкча ысырап болушуна алып келет.

4. Реалдуу убакытта мониторинг жана пикирлерди көзөмөлдөө үчүн маанилүү параметр катары

DO - ачытуу системасынын ички шарттарын чагылдырган реалдуу убакыт режиминдеги, үзгүлтүксүз жана комплекстүү параметр. ДО деңгээлиндеги өзгөрүүлөр ар кандай физиологиялык жана операциялык абалдарды сезгич түрдө көрсөтө алат:
- Клетканын тез өсүшү кычкылтек керектөөнү көбөйтүп, DO деңгээлинин төмөндөшүнө алып келет.
- Субстраттын азайышы же бөгөт коюу метаболизмди жайлатып, кычкылтектин керектөөсүн азайтат жана DO деңгээлин жогорулатат.
- Чет өлкөлүк микроорганизмдер менен булгануу кычкылтектин керектөө схемасын өзгөртүп, ДОнун анормалдуу өзгөрүүсүнө алып келет жана эрте эскертүүчү сигнал катары кызмат кылат.
- Аралаштыргычтын иштебей калышы, вентиляция түтүгүнүн бөгөлүшү же фильтрдин булганышы сыяктуу жабдуулардын бузулушу да ДОнун нормалдуу эмес жүрүм-турумуна алып келиши мүмкүн.

Реалдуу убакыт режиминде DO мониторингин автоматташтырылган пикир башкаруу системасына интеграциялоо менен, DO деңгээлинин так жөнгө салынышына төмөнкү параметрлерди динамикалык тууралоо аркылуу жетишүүгө болот:
- Аралаштыруу ылдамдыгы: Ылдамдыкты жогорулатуу көбүкчөлөрдү талкалап, газ менен суюктуктун байланышын жакшыртат, ошону менен кычкылтек берүүнүн натыйжалуулугун жогорулатат. Бул эң көп колдонулган жана эффективдүү ыкма.
- Аэрация ылдамдыгы: Кирүүчү газдын агымынын ылдамдыгын же курамын тууралоо (мисалы, абанын же таза кычкылтектин үлүшүн көбөйтүү).
- Резервуардын басымы: Көтөрүлгөн басым кычкылтектин жарым-жартылай басымын жогорулатып, ошону менен эригичтигин жогорулатат.
- Температура: Температураны төмөндөтүү маданий чөйрөдө кычкылтектин эригин жогорулатат.

Биологиялык ачытуунун онлайн мониторинги боюнча BOQU продуктунун сунуштары: