생물학적 발효기

생물학적 발효기의 개념은 창립 이후 크게 진화했다. 초기 설계는 주로 교반 된 미생물 발효에 기초하여, 미생물은 교반 된 탱크 반응기에서 재배되었다. 시간이 지남에 따라 업계는 파도 혼합, 교반 탱크 및 궤도 흔들림 시스템을 포함한 다양한 유형의 발효기의 출현을 목격했습니다. 이러한 각 유형은 생물 제약 생산의 다양성과 복잡성을 반영하여 다른 세포 유형 및 작동량을 충족시킵니다.

예를 들어, 파동 혼합 발효기는 종자 세포의 확장 및 전단에 민감한 포유 동물 세포의 배양에 광범위한 적용을 발견했다. 그들의 부드러운 혼합 작용은 세포 손상을 최소화하여 더 건강한 세포 성장과 더 높은 생성물 수율을 촉진합니다. 대조적으로, 궤도 흔들림 시스템은 개발이 상대적으로 느리지 만 주로 산소 수요가 낮은 동물 및 식물 세포를 배양하는 데 주로 사용됩니다. 이 시스템은 주로 실험실 규모의 응용 프로그램에 국한되어 있으며 연구 및 초기 단계 개발을위한 중요한 플랫폼 역할을합니다.

◆ 발효실: 이것은 생물학적 과정이 발생하는 주요 구획입니다. 일반적으로 내구성과 멸균을 보장하기 위해 스테인레스 스틸로 만들어집니다.

◆ 교반시스템: 발효실 내에서 균일한 혼합과 통기를 보장하기 위해 임펠러나 교반기 등의 교반기를 사용합니다. 이는 발효 과정 전반에 걸쳐 균일한 조건을 유지하는 데 도움이 됩니다.

◆ 에어레이션 시스템: 호기성 유기체에게는 산소 공급이 매우 중요합니다. 이는 발효액에 멸균 공기를 도입하는 스파저 또는 공기 확산기를 통해 달성됩니다.

◆ 냉각 시스템: 냉각수를 채운 재킷이나 코일을 사용하여 온도 제어가 유지됩니다. 이는 과열을 방지하고 최적의 성장 조건을 보장합니다.

◆ pH 조절 시스템: 발효액의 pH를 모니터링하고 산, 염기 또는 완충액을 사용하여 조정하여 원하는 범위를 유지합니다.

◆ 영양공급 시스템: 설탕, 아미노산, 비타민 및 미네랄과 같은 영양소의 조절 된 공급은 세포 성장 및 신진 대사를 유지하기 위해 제공됩니다.

생물학적 발효기의 다양성으로 인해 생물학적 발효기는 다양한 바이오의약품 생산 단계에서 없어서는 안 될 요소입니다. 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 포유류 세포 배양을 사용하여 재조합 단백질을 생산하는 것입니다. 미생물 세포와 달리 포유류 세포는 글리코실화와 같은 복잡한 번역 후 변형을 통해 더 큰 단백질을 생산할 수 있으므로 인간 단백질을 모방하는 치료용 단백질 생산에 이상적입니다.

형질 전환 동물, 특히 트랜스 제닉 염소 및 토끼는 재조합 단백질의 생성을위한 유망한 모델로 등장했습니다. 인간 유전자를 동물의 게놈에 통합함으로써 연구자들은 동물의 자연 생산 시스템을 활용하여 우유 또는 기타 체액에서 치료 단백질을 생성 할 수 있습니다. "분자 농업"으로 알려진이 접근법은 낮은 생산 비용, 높은 수율 및 향상된 안전 프로파일을 포함하여 몇 가지 장점을 제공합니다.

예를 들어, 2009년 FDA에서 승인한 재조합 항트롬빈 항체인 Atryn은 형질전환 염소의 젖에서 생산됩니다. 유사하게, 재조합 인간 C1 에스테라제 억제제인 ​​루코네스트(Ruconest)는 형질전환 토끼의 젖에서 정제됩니다. 이들 제품은 바이오의약품 생산에서 형질전환 동물 반응기의 타당성과 효능을 입증합니다.

◆ 세포 배양 기술의 발전: 새로운 세포 배양 배지, 사료 전략, 관류 시스템의 개발로 동물 세포 배양의 생산성과 품질이 크게 향상되었습니다. 이러한 발전으로 더 높은 역가의 치료용 단백질과 백신을 생산할 수 있게 되었고, 비용을 절감하고 이러한 제품의 가용성을 높일 수 있었습니다.

◆ 생물 반응기 설계의 혁신: 파동 혼합 및 궤도 진탕 생물 반응기와 같은 새로운 생물 반응기 설계는 향상된 혼합 및 물질 전달 특성을 제공하여 민감한 세포 유형의 배양 및 고품질 제품 생산을 가능하게 합니다. 또한 일회용 생물반응기를 사용하면 오염 위험이 줄어들고 생산 공정이 단순화되었습니다.

◆ 바이오 프로세스 자동화의 통합: 생물반응기의 자동화 및 제어 시스템 통합으로 공정 반복성이 향상되고, 작업자 오류가 줄어들었으며, 중요한 공정 매개변수에 대한 실시간 모니터링 및 제어가 가능해졌습니다. 이를 통해 생산성이 향상되고 가동 중지 시간이 감소하며 제품 품질이 향상되었습니다.

◆ 지속 가능성 및 환경 영향: 생명 공학 산업은 환경 영향을 줄이고 지속 가능성을 향상시키는 데 점점 더 중점을두고 있습니다. 이로 인해 재생 가능한 자원을 사용하고 폐기물 생성을 최소화하며 에너지 소비를 줄이는 새로운 바이오 프로세스가 개발되었습니다. 또한, 단일 사용 생물 반응기의 사용은 청소 및 멸균의 필요성을 줄여서 환경 영향을 줄였습니다.