История
История
Содержание статьи:
Эта публикация – первая часть вебинара «Биотехнологическое производство», состоявшегося 27 октября 2022 г. в рамках проекта «Онлайн-лекторий Диаэм». Серия докладов знакомит слушателей с доступными на текущий момент товарами для биотехнологических научных и производственных лабораторий от привычных и новых поставщиков, критериями выбора которых для «Диаэм» в первую очередь служат качество и надежность. Такой подход по-прежнему позволяет обеспечить клиентам компании наилучшие варианты аналогов известных мировых брендов.
Доклад представителя компании «Диаэм» Леонида Усовича посвящен, этапам производственного процесса даунстрим (очистки) для клеток и бактерий в рамках доступности разных типов российского и китайского оборудования.
Итак, что «Диаэм» может предложить в современных реалиях для процесса очистки в биотехнологии?
В зависимости от того, каким методом получена финальная молекула – микробиологический синтез или клеточный синтез – этапы очистки могут значительно различаться. В данном случае важны не столько технологические моменты, сколько принципиальные возможности применения доступного оборудования на определенных этапах.
Самый первый этап после культивирования при больших объемах продукта (например, 400 л, тонна и более) – это концентрирование продукта.
Эту задачу хорошо выполняют дисковые сепараторы. Декантерные центрифуги не обладают такой эффективностью, а настольные либо лабораторные имеют недостаточную производительность. Так что для объемов пилотного производства нужны другие решения.
Мы можем предложить сепараторы «Плава» российского производства или сепараторы FUYI Machinery – китайского: наверно, это самое эффективное из того, что может предложить современный рынок по очистке фармсубстанций.
Это дисковые сепараторы, имеющие очень сложную структуру: их устройство предполагает наличие множества (порядка 80-ти) тарелочек, наложенных друг на друга. Так создается большая площадь разделения, и таким образом они работают на одном уровне с фильтрами, очень эффективно – и могут разделять исходную жидкую массу на две или три фазы.
Производительность такого оборудования очень высока: до 10 тысяч литров в час в пересчете на воду (если брать более вязкие жидкости, это значение будет несколько ниже).
Плюсами таких установок является возможность их непрерывной работы: можно запустить и прогнать через прибор сразу весь объем полученной субстанции, устройство будет делать выгрузки автоматически без необходимости постоянно его разбирать и вычищать, как это происходит с трубчатыми или периодическими центрифугами.
Все соединения выполнены из стали 316L.
Кроме того, конструкция таких устройств предусматривает дополнительную возможность установки на них мойки или стерилизационного оборудования – интегрированных систем безразборной очистки (CIP) и стерилизации (SIP).
Следующий технологический этап в биотехнологии – гомогенизация.
Если в процессе получается внутриклеточный продукт, то перед его выделением клетку либо бактерию нужно сначала разрушить. Для этого применяют гомогенизаторы высокого давления.
«Диаэм» предлагает оборудование канадской компании Avestin, которое позволяет получить давление до 3 тысяч бар, легко разрушающее любую клетку или бактерию.
Доступны лабораторные варианты гомогенизаторов производительностью 3-5 литров в час и промышленные – до 1000 литров в час.
У них также проточный – непрерывный – режим работы: не нужно загружать какой-то один резервуар, его прогонять, потом очищать и заново загружать – достаточно просто подключить его, и он в непрерывном режиме обработает весь объем реакционной массы.
Несомненным преимуществом гомогенизаторов Avestin можно считать то, что все узлы, которые непосредственно взаимодействуют с фармсубстанцией или культуральной жидкостью, выполнены из стали 316L, легко разбираются, моются, стерилизуются отдельно и устанавливаются обратно.
Это не плунжерные гомогенизаторы высокого давления, которые невозможно разобрать, не потратив на это несколько часов в связи с их сложным устройством – Avestin в этом плане намного проще за счет особенностей конструкции.
Если в биотехнологическом процессе получается внеклеточный продукт, стадия разрушения клеток не требуется, но отделить их необходимо. Для этого может пригодиться система глубокой фильтрации.
В настоящее время выходит на российский рынок китайская система глубокой фильтрации Truking с наборными мембранами.
Преимущество таких систем состоит в возможности подобрать абсолютно любую фильтрационную площадь под конкретный объем в диапазоне от 1 до 160 литров в минуту, наблюдать за производительностью и полностью контролировать процесс.
Все соединения в этом оборудовании выполнены также из стали 316L, которая легко моется, характеризуется высокой износостойкостью и потому очень часто используется в фармацевтике.
К этим системам подходят наборные мембраны любых известных производителей, поэтому с легкостью можно выбрать такую установку и устанавливать в нее любые доступные.
Понятно, что работать с большими объемами очень неудобно. Первый этап сепарации помогает отделить жидкое от жидкого, разделить культуральную жидкость на две фазы, например от 1 тонны перейти к 60 литрам, уменьшить объем и получить очень концентрированную суспензию.
Но технологический процесс подразумевает множество смешиваний с различными буферами, растворами, которые вновь увеличивают объем или уменьшают его, и для промывки в некоторых случаях применяется тангенциальная проточная фильтрация.
При этом методе разделения сырье для удаления примесей проходит через мембрану фильтра под положительным давлением по отношению к стороне пермеата. Все компоненты, размер которых меньше размера пор тангенциального фильтра, задерживаются на входной стороне мембраны в виде того, что называют ретентатом. Отличие тангенциальной фильтрации от тупиковой в том, что основной поток жидкости, когда проходит через мембрану, смывает захваченные частицы с поверхностей и делает работу фильтров непрерывной. Он еще и предотвращает забивание пор, сохраняя высокую загрузку твердых частиц.
Преимущество установок, на которых этот процесс осуществляется, заключается в том, что помимо фильтрации на этих установках происходит дополнительное концентрирование, позволяющее еще больше снизить объем.
В настоящее время «Диаэм» предлагает оборудование для тангенциальной фильтрации и российские системы «Владисарт» (Vladisart).
В этих системах действует тот же принцип, что и в системах глубокой фильтрации: можно подобрать Truking (Китай) любой объем наборных мембран, так что при надлежащем подборе комплектующих можно фильтровать все, что угодно: любые белки, клетки, моноклональные антитела. На таком оборудовании можно реализовать микрофильтрацию, ультра- и нанофильтрацию: все зависит от размера пор мембраны.
Производительность установок составляет от 5 до 200 литров в минуту – это очень много и соответствует действительно промышленным масштабам.
И вновь отметим, что все узлы в аппаратах, предназначенных для использования в фармацевтике, изготовлены из стали 316L.
Следующий важный момент – концентрирование (сепарация). Нужно понимать, что тангенциальная фильтрация является частным случаем и фильтрации и в то же время концентрирования.
Если участок культивирования на производстве имеет достаточно большие объемы и передача материала на участок очистки несколько задерживается, то можно хранить высококонцентрированную суспензию (она уже будет похожа на пластилин – это не жидкость, а скорее твердый материал) на участке в холодильниках.
Для этого используются сепараторы, которые отличаются по конструкции от ранее упомянутого оборудования.
Если сепараторы непрерывного цикла работают постоянно и самостоятельно производят выгрузки, то в данном случае речь идет о сепарации уже твердой субстанции, которая сама не выгрузится (этого не позволит даже само устройство сепаратора): ее нужно выгружать вручную.
«Диаэм» предлагает для этого китайские трубчатые центрифуги FUYI Machinery – на слайде слева представлена вертикальная трубчатая центрифуга.
Все вертикальные центрифуги работают в периодическом режиме: идет загрузка, устройство может принять определенный объем – в данном случае максимально 10 л в общем объеме осадка. Такие аппараты бывают двухфазные и трехфазные, можно разделять на легкую и более тяжелую фракции жидкую часть, а все остальное полностью собирать в осадок.
Справа на слайде еще одно предложение – российский сепаратор «Плава», который также может работать в периодическом режиме: нужно запустить работу, он «открутит» загруженную в него порцию массы, после чего можно будет открыть и забрать отделенный осадок.
По сути, все представленные устройства – это обычные периодические центрифуги. Производительность у них может быть очень высокой – до 2,5 тысяч литров в час в пересчете на воду: для более концентрированных субстанций это значение будет чуть ниже.
Следующий этап – хроматографическая очистка продукта.
Основа метода – все, вокруг чего крутится вся хроматография – это собственно хроматографы, в данном случае промышленные хроматографы низкого давления. «Диаэм» предлагает оборудование Truking (Китай) и«БиоХимМак ст» (Россия).
Производительность у этих устройств достигает 250 литров в минуту (а минимум составляет 0,02 л/мин), а их конструкция позволяет одновременно работать со множеством колонок – обычно до четырех.
К упомянутой технике подходят колонки абсолютно любых производителей: неважно, автоматические они или механические. С вариациями диаметра дело обстоит несколько сложнее, потому что это зависит напрямую от того, какие насосы установлены в агрегате и какое максимальное давление можно дать на колонку, чтобы эффективно разделять с помощью потока и не разрывать.
Хроматографические колонки – не менее важная составляющая в процессе промышленной хроматографии. Эти комплектующие также доступны от компаний Truking и «БиоХимМак ст», причем Truking может предложить больший выбор и по хроматографам, и по колонкам.
Преимущество этой продукции в том, что такие колонки, как и связанные с ними конструкции, выполнены из стали.
Впрочем, есть ряд производителей, в том числе «БиоХимМак ст», которые изготавливают колонки и некоторые соединения из пластика.
Рабочие объемы промышленных колонок у них от 0,4 л до 1000 литров: это очень большие колонки с радиусом в 2 метра; в них загружается огромный объем сорбента, и такого размера колонки однозначно будут с автоматическим подъемом адаптера. И они будут выполнены скорее всего из акрила, а не из стекла, будут иметь стальную конструкцию и потребуют подключения очень мощных хроматографических комплексов. И с высокой долей вероятности (даже не «возможно», а «скорее всего») в этом случае потребуется автоматическая загрузка сорбента. Но это не обязательное условие для больших колонок: подъем адаптера и автоматическая загрузка сорбента могут быть востребованы и на колонках меньшего радиуса. Например, «БиоХимМак ст» может предложить колонки диаметром 300 мм с автоматической загрузкой сорбента и с автоматическим процессом аксиального сжатия. На наш взгляд, это отлично.
Разумеется, никакая хроматография не обходится без сорбентов, и сейчас «Диаэм» предлагает сорбенты от компаний Truking (Китай) и Abisense (Россия).
Например, китайский Truking может предложить огромный выбор сорбентов для гель-фильтрационной хроматографии, ионообменной хроматографии, аффинной, гидрофобной и даже мультимодальной. Самые современные мультимодальные сорбенты позволяют очищать раствор по двум типам взаимодействия: например, вместе аффинные и ионообменные, то есть на одну матрицу могут прикрепляться одни и те же молекулы для более общего взаимодействия – это такие сложные сорбенты, преимуществом которых можно назвать способность максимально эффективно очистить практически любой раствор.
Российская компания Abisense пока не предлагает такого широкого ассортимента: в ее портфолио сейчас есть по несколько аффинных сорбентов и несколько ионообменных для очистки белковых молекул. Компания активно развивается и разрабатывает аналоги сорбентов Cytiva, Thermo, поэтому тем, кто занимается очисткой белков, можно рассмотреть и такой вариант.
В заключение рассмотрим предложения компании для хранения и транспортировки фармсубстанций.
Так, одноразовые мешки и контейнеры могут пригодиться и для участка культивирования, и для участка хроматографической очистки. Многие из наших клиентов уже знают, как работать с таким оборудованием и где оно применяется.
Самое основное – это мешки для биологических субстанций и растворов. Например, на слайде представлена пластиковая бочка, но такие емкости могут быть выполнены и из стали и иметь объемы до 500-700 литров. А в бочку вставляется одноразовый мешок.
Таким образом пользователь получает систему для работы с чистыми растворами даже на базе инъекционной воды: есть просто очищенная вода, а есть инъекционная, которую нельзя хранить и нужно использовать сразу, соответственно на ее базе можно сразу готовить растворы. Для участка хроматографии это актуально, потому что там требуются огромные количества воды, буферных растворов, потому такие бочки, а также 2D и 3D мешки здесь могут пригодиться.
Для непродолжительного хранения готовых растворов (до нескольких дней) в холодильных камерах используются пластиковые контейнеры, в которые помещается мешок большого объема с возможностью забрать часть жидкости, если необходимо.
Естественно, для передачи жидкости из мешка или перекачки через насос нужно создавать магистрали из трубок, соединенных коннекторами, и каждый пользователь может индивидуально под свои запросы сделать такие магистрали, используя спайщики трубок. Можно соединить два конца трубок: диаметром от 0,6 см до порядка дюйма, вот с такими большими трубками они могут работать.
Кроме того, можно запаять какой-то конец трубки: для этого тоже есть прибор. Так пользователь обеспечит, чтобы ничего не выливалось, можно было хранить, а потом, когда понадобится, трубку можно отрезать, куда-то подсоединить и продолжить перекачку.
Все это разнообразие комплектующих и расходных материалов предлагает китайская компания Sirui Bio-Pharm. У нее есть большой выбор мешков, контейнеров, различных миксеров, коннекторов, трубок, спайщиков и других изделий.
Дополнительные вопросы по характеристикам и выбору продукции можно задать специалисту-консультанту отдела продвижения «Диаэм» Леониду Усовичу по телефонам:
+7 (495) 745-0508 доб. 109 или +7 (916) 002-4824,
а также по электронной почте LUsovich@dia-m.ru.
Новость о вебинаре «Биотехнологическое производство. Сепарация, гомогенизация, фильтрация, концентрирование, очистка, хранение в объемах пилотного производства».
Ссылки на остальные части вебинара:
С помощью личного кабинета Вы сможете:
Сравнение
