Эта публикация – первая часть вебинара «Биотехнология: одноразовые и классические технологии в масштабировании и производстве», состоявшегося 1 декабря 2021 г. в рамках проекта «Онлайн-лектория Диаэм». Она посвящена обзору каталога продукции ThermoFisher Scientific для одноразовых технологий культивации клеток.
Содержание статьи:
Если говорить о классическом культивировании каких-либо клеток в объеме, то для этого чаще всего применяются классические биореакторы со стальным сосудом. Однако в настоящее время набирают популярность у производителей реакторы с одноразовыми мешками-вкладышами. Сегодня самые крупные из таких изделий достигают емкости в 5 тонн, что делает возможности их использования очень широкими.
Выглядит конструкция этого устройства следующим образом: к мешку-вкладышу со встроенной мешалкой подводится тепло, в реакционной среде контролируются температура и другие показатели. Преимущество такой технологии в том, что отпадает необходимость в некоторых капитальных затратах при планировании производства. Например, экономится место в помещении, нет необходимости в подведении пара – а значит, экономится электроэнергия на его генерацию; становится ненужным и огромное количество трубопроводов и различных сложных систем. Все происходит в этом одноразовом мешке, который направляют на утилизацию после однократного использования: не нужно ничего мыть или проводить санацию, и это сильно экономит время и силы персонала на подготовку процесса.
Стоимость питательных сред для культур клеток очень высока, тогда как для микроорганизмов используются довольно дешевые среды. И если учесть, что риск контаминации составляет всего 3%, можно сделать вывод, что переход к одноразовым технологиям все равно оправдан. Основные расходы при их применении относятся к приобретению расходных материалов, но при этом пользователь все равно ощущает эффект экономии, если сравнить затраты на дорогостоящие реагенты, материалы, а также затраты времени и труда. Если в классическом культивировании ошибка может вылиться в выбраковку всей партии продукта и соответствующие финансовые потери, то одноразовые технологии позволяют значительно снизить все эти риски.
Итак, привлекательность одноразовых технологий заключается в том, что:
- снижается контаминация;
- сокращается производственный цикл за счет снижения времени подготовки;
- все одноразовые комплектующие очень просты в использовании. Процесс приобретает однозначность, скорость и легкость, что снижает риск ошибок.
Одноразовые мешки и пакеты используются для хранения, транспортировки и сбора продукта, приготовления растворов и других целей. Есть несколько вариантов.
- Открытые мешки с возможностью вставить такое изделие в бочку (мешок-вкладыш).
Используются они для приготовления буферных растворов, если позволяет класс чистоты помещения. Это очень удобно, потому что они валидированы, для чего проведена масса экспериментов и испытаний, для этой продукции получены различные лицензии. Такой мешок можно спокойно использовать для фармпроизводства, не боясь контаминации и не беспокоясь по поводу экстрагируемости из материалов (пленки), что для фармацевтики очень важно. Все эти материалы валидированы для использования в таких целях. Такие комплектующие не нужно мыть, их легко использовать, пленка очень мягкая – и из семи предлагаемых ее видов можно подобрать необходимый под абсолютно каждый промышленный процесс.
- 2D-мешки в виде подушки емкостью от 50 мл до 200 л.
- 3D закрытые большие мешки для биопроцессинга, объем которых позволяет разместить внутри до 3 тонн реакционной массы.
Все эти изделия применяются для хранения и транспортировки уже готового продукта, полупродукта, можно заниматься сбором отходов и так далее.
С открытыми мешками для фармсубстанции можно применять бочки – емкости, куда мешок можно вложить. Они бывают из различных видов пластика и объемом до 760 л.
Для перемещения всей этой конструкции по территории производственного участка предложены тележки. Вряд ли найдется тележка, выдерживающая почти целую тонну, так что Thermo FS предлагает эти изделия, выдерживающие нагрузку до 300 кг. Бочки с большей массой либо будут использоваться стационарно, на одном месте, либо у пользователя должна быть возможность разработать собственное приспособление для их перемещения.
В каталоге представлены закрытые емкости с верхними крышками, бочки круглые и квадратные, а также канистры достаточно больших объемов, которые также подходят для хранения.
Для работы с 3D- (в большей степени) либо 2D-мешками используются пластиковые контейнеры, в которые можно удобно поместить одноразовые комплектующие так, чтобы мешок не помялся и тем более не порвался. Емкость этих контейнеров доходит до 1 кубометра, то есть до 1000 литров.
Важная и удобная особенность этих приспособлений в том, что они складные: стенки контейнера можно сложить внутрь и хранить изделия друг на друге, компактно, пока ими не пользуются.
Такие контейнеры применяются для транспортировки фармсубстанций между различными производственными участками, например, с участка очистки – туда, где производится розлив. Это удобнее, чем нести просто мешок, ведь конструкция и зонирование помещений может быть разным, в зависимости от предприятия, и применение таких контейнеров становится удобным и оправданным.
Этот вид продукции предназначен для больших мешков (до 3 тонн). Такие контейнеры изготовлены из нержавеющей стали и прекрасно подходят для фармацевтики.
В этих устройствах есть возможность дополнительного подключения различных устройств – например, весовой ячейки, внешнего охладителя для циркуляции или, наоборот, нагрева.
Наряду с одноразовыми гибкими изделиями предлагаются и емкости из жесткого пластика.
Бутыли из полиэтилентерефталатгликоля предназначены для хранения сред и активных фармсубстанций. Thermo FS представляет продукцию различных классов чистоты: стандартные, сертифицированные по американской фармакопее и ультрачистые (есть несколько другие сертификаты на содержание твердых частиц).
Эти емкости апирогенны, не цитотоксичны и не протекают: они снабжены крышкой особой конструкции, которая не позволяет жидкости протекать при переворачивании.
Такие бутыли подходят для чистых помещений и выдерживают температуру в широком диапазоне – от -40 до +70 градусов. Изделия доступны объемом до 5 литров.
Бутылей из различного пластика у Thermo FS очень много. Например, доступна полипропиленовая тара.
Фляги от Thermo FS доступны фторированные, а также из темного пластика, если необходимо хранить что-то светочувствительное, и одноразовые стерильные до 20-33 л.
Ультрачистые фляги и банки существуют в нескольких вариантах чистоты. Температурный диапазон их применения шире: от -100 до +120 градусов.
В ассортименте множество различных объемов и исполнений емкостей, много канистр для сыпучих и жидких материалов с различными вариантами крышек и ручек. Есть толстостенные, фторированные, химически очень устойчивые, со стальными ручками, полупрозрачные.
Бутыли из поликарбоната с крышками из полипропилена для сред и фармсубстанций также предлагаются объемом до 20 л, с тремя классами чистоты, апирогенны, нецитотоксичны, не протекают. Они доступны в исполнении из разных видов пластика.
Среди широкого ассортимента фляг (есть масса их вариантов до 50 л) особого внимания заслуживают фляги с клампами. Это актуально для фармацевтов, для тех, кто работает на участках культивирования. Можно воспользоваться таким быстроразъемным подключением, как tri-clamp, чтобы сразу, например, влить готовую питательную среду в реактор стерильно через кламп-соединение.
Непротекающие фляги – широкогорлые и узкогорлые – присутствуют в каталоге ThermoFS и в исполнении из других видов пластика.
Кроме того, доступны тестовые флакончики для проведения различных валидаций, проверки совместимости с образцами – максимально очищенные, автоклавированные, многоразовые, на них идет масса различной сопутствующей документации, подтверждающей эту чистоту.
Тефлон от Thermo FS предназначен для хранения суперагрессивных материалов, например, щелочей: щелочь «не любит» стекло, а в пластиковых банках отлично хранится, как и сильные кислоты.
Производитель предлагает емкости из нескольких видов тефлона: фторированного этиленпропилена и перфторалкокси-сополимера. Диапазон температур, при которых можно применять эти изделия, еще шире.
Доступны и стеклянные бутыли. Это не пластик, но иногда применение стекла оправдано, и если это удобно, если есть моечная машина для стекла, можно использовать баночки и бутыли объемом до 4 литров – они сертифицированы на количество твердых частиц, есть из прозрачного и темного стекла и отлично подходят для фармацевтики и биотехнологии.
Особенность узкогорлых пластиковых бутылей в том, что среди них есть сертифицированные бутыли на содержание каких-то определенных металлов, уже проверенные. Это важно, если необходимы эксперименты, для которых критично каких-то элементов в пластике.
Для так называемого анализа общего органического углерода в воде (TOC, ООУ) Thermo FS предлагает не только специализированные емкости, но даже специально подготовленную воду. Это тоже актуально для фармацевтической промышленности, так как проведение такого анализа там весьма востребовано. На этикетке к этой воде указано сопротивление 17 мегаОм – это немного ниже, чем вода, которую можно самостоятельно получать на фармпроизводстве – инъекционная вода будет иметь еще большее сопротивление. Но нюанс в том, что уже есть документальное подтверждение пригодности этой воды для таких анализов, и это упрощает эксперимент.
Для уже готовых образцов есть апирогенные банки и виалы, сертифицированные на эндотоксины – из светлого и темного стекла, с широким и узким горлом.
Есть силанизированные виалы и пробирки. Стекло, из которого они изготовлены, покрывается специальными соединениями – силанами, за счет которых поверхность становится максимально инертной. В такой посуде можно хранить материалы и при этом избежать подщелачивания содержимого за счет выделения карбонатов из стекла: в силанизированной таре обеспечивается достаточно инертное и длительное хранение. Эти сосуды бывают объемом до целых литров, но для мелких образцов есть возможность использовать и небольшие емкости: 6 или 8 мл.
Пластик для культивирования клеток активно применяется в основном для адгезионных культур.
Такая продукция есть у многих других производителей; теперь ее предлагает и Thermo FS.
Количество уровней в таких устройствах доступно от одного до двух, четырех, десяти и даже сорока – и это обеспечивает очень большую площадь поверхности. Около шести таких многоуровневых фабрик по площади поверхности будут эквивалентны очень большой установке для роллерных бутылей, но они занимают гораздо меньше места.
Существует такие устройства также с быстрым наполнением через крышку: установка ставится на бок, в нее удобно наливается среда, которая заполняет все этажи, и далее там растут клетки. Из такой конструкции очень легко и быстро можно слить реакционную массу: это спокойно делает один человек, и не нужно каждый раз открывать множество флаконов, чтобы что-то добавить или слить. Такая организация процесса очень сильно экономит время и трудозатраты.
Есть также варианты клеточных фабрик с высокой плотностью: если в обычной фабрике определенную высоту занимают 40 этажей, то у варианта с повышенной плотностью на ту же высоту удается разместить 52 этажа.
Среди аксессуаров и оборудование, которые облегчают работу с клеточными фабриками, в каталоге Thermo FS предложены следующие:
- Автоматические манипуляторы
Если использовать много таких систем одновременно, одному оператору будет проблематично справиться со всеми процессами даже несмотря на все предусмотренные удобства. Поэтому разработчики Thermo Fisher Scientific придумали такой прибор.
Для клеточных фабрик они пригодны, если используется только одна такая установка.
- Тележки и стойки для перемещения и загрузки.
Классические роллерные флаконы из полистирола и из ПТГ применяются для настольного культивирования клеток в лабораторных масштабах. Они легкие, удобные, есть возможность их автоклавировать и использовать снова.
В качестве аксессуаров к ним предлагаются мешалки, в том числе магнитные, различные инъекционные крышки, крышки с фитингом для асептического дозирования растворов.
Для фармацевтики – для перемещения буферных растворов – есть варианты с мешками, в которые уже встроена мешалка: одноразовый мешок со встроенной магнитной мешалкой ставится в бочку, после этого бочка помещается на специализированную платформу и происходит бесконтактное перемешивание.
При необходимости есть вариант, в котором обеспечена стерильность. Емкость у этих устройств доходит до 200 литров.
У Thermo FS представлены в нескольких вариантах. Например, есть придвижной миксер. Есть миксеры HyPerforma, которые масштабируются до 2 тонн.
А миксеры imPULSE масштабируются до 5 тонн. Уникальность технологии в том, что в устройство вставляется мешок, в котором есть специальный смесительный диск, и перемешивание происходит за счет встроенного в нижнюю часть импульсного насоса, который производит движения вверх-вниз, благодаря чему и происходит перемешивание.
Доступны также теплоомбенники, соответствующие всем особенностям и требованиям производственных процессов.
Система, проверяющая целостность мешков, также пользуется определенным спросом, поскольку дефект мешка для выращивания клеток, например, в 3 тонны, в который помещается очень дорогая питательная среда, может привести к огромным потерям.
Поэтому Thermo FS разработал такой прибор, который проверяет целостность мешков еще на стадии подготовки к работе.
Есть также различные датчики: многоразового применения, стерилизуемые, высокой надежности и сертифицированные, и даже одноразовый датчик давления. Все эти комплектующие используются для контроля параметров биотехнологических процессов.
С полной программой вебинара можно ознакомиться
здесь.
