Bioreaktor za uzgojeno meso: Smisleno je izgrađen za kontrolirani rast stanica
U skladu s člankom 3. stavkom 2.
Kultura stanica sisavaca i tradicionalni bioreakteri namijenjeni mikrobiološkoj fermentaciji su u osnovi nespojivi. Životinjske stanice nemaju zaštitu čvrstih staničnih zidova i mnogo su krhke od kvasaca ili bakterija. Također su osjetljivi na promjene u okolišu i zahtijevaju stabilno okruženje. U slučaju da je to potrebno, za određivanje vrijednosti za određenu kategoriju materijala, potrebno je utvrditi: U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, za proizvodnju proizvoda koji sadržavaju ulje za proizvodnju proizvoda iz kategorije II. Uobičajeni fermentacijski sustavi koriste mikser sa visokim rezom koji stvaraju višak turbulencije. Također pate od lošeg prijenosa plina, hvatanja metabolita kao što su laktat i amonijak koji uzrokuju brzu smrt stanica i degradaciju tkiva. Ova nesukladnost inženjerskih projekata i bioloških sustava ilustrira potrebu ne samo za bioreaktorima, već i za bioreaktorima namijenjenim za kultivirano meso kao što su fermenteri.
Ključne funkcionalne komponente: kiseonik u stanicama, opskrba hranjivim tvarima, uklanjanje otpada i zaštita od stresa.
U uzgoju mesa u bioreaktorima postoje četiri osnovne, bitne međuzavisne funkcije koje omogućuju održivu kulturu visoko gustoće i visoko metaboličke stanične aktivnosti kod sisavaca.
Funkcija: Prenos kisika
Izazov: Difuzija kisika kroz kulturni medij je loša
Inženjersko rješenje: Mikro-sparger u kombinaciji s probama rastvorenog kisika u stvarnom vremenu.
Funkcija: isporuka hranljivih tvari
Izazov: Kultivacija je vrlo gustoga oblika, što dovodi do brzog iscrpljivanja hranljivih materija.
Inženjersko rješenje: Peristaltički perfuzni sustavi.
Sljedeći članak:
Izazov: nakupljanje otpada amonijaka i laktaata
Inženjersko rješenje: Filtracija u liniji i automatizirano uklanjanje otpada.
Sljedeći članak:
Izazov: Kolektivnost i krhkost stanica i turbulencije
Inženjersko rješenje: Priklopnici s niskim snagama, manšete i konstrukcije koje podupiru laminarni protok.
U slučaju da se primjenjuje primjena ovog standarda, primjenjuje se i primjena dodatnih metoda za utvrđivanje vrijednosti.
U skladu s člankom 3. stavkom 2.
Bioreakteri s pomiješanim spremnicima: Industrijski standard s kLa i problemima upravljanja šišanjem
Biotehnologija Trenutni industrijski standard za bioprocesiranje na velikom razmjeru su bioreakteri u mješkanim spremnicima (STB). To je uglavnom zbog skalabilnosti i poznatosti uključenih procesa, osim njihovog snažnog prijenosa mase kvantificiranog volumetrijskim koeficientom prijenosa mase (kLa). Međutim, to je ugroženo korištenjem mehaničkog uzbuđenja i problemima koje to predstavlja za stanice sisavaca. U slučaju mlađih stanica myoblasta goveda, pokazalo se da se životno sposobnost stanica smanjuje za više od 25% zbog lokalnih žarišta za šišanje u blizini rotora u bioreaktoru za zapremine stanica od 500 l i više. Mikroopterećivač površinske modifikacije i pomorski lopati okretnici su pomogli s ćelijskom održivosti, ali je potrebno ulazak snage pokazalo da se povećava nelinearno s velikim zapremama stupnjeva. Osim toga, za svako desetostruko povećanje volumena bioreaktora potrebno je oko 22% više energije kako bi se izbjeglo loše miješanje i gradijenti kisika. U slučaju bioreaktera u spremniku za pomiješanje (STB), opsežno inženjerstvo sustava čini to ekonomski neizvodljivim za bioprocesiranje stanica.
Perfuzija i sistemi fiksnog ležaja: omogućavanje kulture pristupačne visoke gustoće u velikom obimu
Perfuzni bioreakteri koriste immobilizirane stanične sustave organizirane na skelama ili mikrokarrierima i neprekidno cirkuliraju svježe medije, stvarajući gustoće stanica iznad 108 stanica / ml, pet puta veće od sustava s hranjenom serijom i izbjegavajući ograničenja šišanja. Stalni sistemi s hranljivim, jestivim skelama pomažu u strukturiranju tkiva, istovremeno smanjujući nakupljanje metaboličkog otpada. Međutim, izazov razmjera predstavlja određena ograničenja:
Potrošnja medija se povećava za 30~40% u usporedbi s reaktorima s hranjenim serijama, što se pretvara u veće troškove rada
Povećana složenost sterilizacije dovodi do dužeg vremena zastoja i povećava teret za potvrdu
U postelji iznad 40 cm, radijalni gradijenti potiču heterogeni rast stanica
Uzimanje netaknute strukture tkiva još uvijek je tehnički izazov
Perfuzija je odobrena za komercijalnu proizvodnju kulturiranog mesa. Međutim, njegovo usvajanje ovisi o uravnoteženosti CAPEX-a u odnosu na vrijednost proizvoda, sterilnost i usklađenost s propisima proizvodnje prehrambenih proizvoda.
Analiza nedostataka u odgovoru između inženjerskih rješenja i velikih modela uzgoja mesa
U slučaju da se primjenjuje metoda za mjerenje emisije, u slučaju da se primjenjuje metoda za mjerenje emisije, to se može učiniti na temelju podataka iz članka 4. stavka 2.
Povećanje veličine bioreaktorja koji se koriste za uzgoj kulturiranog mesa iznad veličine od 1.000 litara otkriva kritične, nelinearne inženjerske izazove. Prenos kisika (kLa) pokazuje neefikasno povećanje dvostruko povećanje veličine bioreaktora uz održavanje željenog razina rastvorenog kisika zahtijeva četverostruko povećanje ulazne snage. Osim toga, kako bioreaktor raste, toplinska homogenost se raspada. Površinsko hlađenje više nije dovoljno za veličinu bioreaktora, a u spremnicima su razlike u temperaturama unutar spremnika veće od 2 ° C u spremnicima veće od 10.000 L. Inercija mešanja također se pogoršava i postoje mrtve zone gdje su hranjivi sastojci osiromašeni To može povećati troškove povezane s upravljanjem određenim objektima za gotovo 740k $ godišnje (Cultivarian 2025). Potvrđena ograničenja uključuju:
Prenos kisika: Sparging je 40-60% manje učinkovit u bioreaktorima koji su veći od 5.000 litara
U slučaju da se u skladu s člankom 6. stavkom 1. točkom (a) ovog članka ne primjenjuje, za sve rezervoare za toplinu, potrebno je utvrditi razinu toplinske učinkovitosti.
Inercija miješanja: kašnjenje pogona je > 0,8 pH jedinica
Osjetljivost na specifične stanice: granične vrijednosti životne sposobnosti miosatelita pod hidrodinamskim stresom
Kultivirano mišićno tkivo uglavnom se sastoji od stanica miosatellita. Ove stanice su vrlo hidrodinamicki pod stresom. U slučaju da se proizvod ne može upotrebljavati za proizvodnju električne energije, mora se upotrijebiti i drugi mehanizmi za proizvodnju električne energije. To je stresni posjek koji se obično javlja u voznom ciklu velikih pomiješanih spremnika. U slučaju da se ne provodi ispitivanje, ispitivanje se provodi u skladu s člankom 6. stavkom 2.
Laminarni projekt procjeka: Upotreba geometrijskog dizajna u staničnim komorama za kontrolu protoka i omogućivanje stanicama da budu u središtu protoka, eliminirajući vrtlogove struje
Dizajn zaštitnog medija od šišanja: zaštitni medij od šišanja koji je po prirodi polimerni - kao što je Poloxamer 188 koji se koristi u postupcima koje reguliše FDA.
U slučaju da se ne provodi primjena, primjenjuje se i druga metoda za ispitivanje.
Celice sisavaca nemaju propusne stanice. U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) Uredbe (EZ) br. 1907/2006 Komisija je odlučila o uvođenju mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje mjera za utvrđivanje
U kontekstu bioreaktorskog dizajna za kulturno meso, biološke stvarnosti smatraju agitaciju obvezom, a ne dobrom.
Validacija u stvarnom svijetu: Usporedbe performansi i bioreakteri za kulturno meso, odobreno od strane FDA-e
Odobrenje produženja linija za proizvodnju uzgojenog mesa je krajnji dokaz spremnosti bioreaktora i inženjerstva sustava koji ispunjavaju pragove sigurnosti, skalabilnosti i dosljednosti. U ovom slučaju, za uzimanje u obzir primjene ovog standarda, primjenjuje se metoda za utvrđivanje vrijednosti za testiranje. U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) Uredbe (EZ) br. Operativni kriteriji pokazuju da optimalne perfuzijske platforme smanjuju efektivne troškove medija na manje od 1 USD po litru zbog visoke gustoće stanica, malog otpada i produženog vremena boravka medija. Sve gore navedeno potvrđuje tvrdnju da su bioreakteri namijenjeni za proizvodnju uzgojenog mesa, zasnovani na biologiji stanica sisavaca i dopunjeni inženjerstvom za hranu, prešli s teoretskih obećanja na komercijalno održivu i usklađenu proizvodnju.
Često se javljaju pitanja
Koje su glavne prepreke s kojima se konvencionalni bioreakteri susreću pri proizvodnji kulturiranog mesa?
Glavni razlog zbog kojeg su konvencionalni bioreakteri nekompatibilni s kulturom stanica sisavaca je taj što ti sustavi ne mogu pružiti točno i kontrolirano okruženje koje zahtijevaju stanice sisavaca.
Na koji način bioreakteri za uzgoj mesa prevazilaze prepreke povezane s uzgojem stanica sisavaca?
Takvi bioreakteri uključuju dizajnerske značajke uključujući mikro-spargere za poboljšan prijenos kisika, peristaltičke perfuzne sustave za isporuku hranljivih tvari i pogonce s niskim rezom za održavanje integriteta staničnih membrana.
Zašto bioreakteri s pomiješanim spremnicima nisu idealni za proizvodnju kulturnog mesa?
Bioreaktor s pomiješanim spremnikom stvara visok stres na sjezanju koji može oštetiti stanice sisavaca, posebno kada se radi s većim količinama. U skladu s člankom 3. stavkom 1.
U slučaju da se radi o proizvodnji mesa u kulturnim proizvodima, bi se bioizvodnja mesa u perfuzijskim bioreaktorima trebala provoditi u skladu s člankom 3. stavkom 1.
Bioreaktorima za perfuziranje omogućuje se stalna opskrba svježim medijima što rezultira smanjenim stresom reznice i sposobnošću rada s visokom gustoćom stanica. Glavne nedostatke su potrošnja medija i intenzivna sterilizacija.
Koje su izazove s povećanjem bioreaktera za proizvodnju kulturnog mesa?
Prilikom razmnožavanja bioreaktorja za uzgojeno meso, glavni izazovi su prijenos kisika, toplinska kontrola, mešanje i održavanje homogene suspenzije stanica kako bi se osigurala životno sposobnost stanica.
Koji je značaj odobrenja FDA za dizajn bioreaktora za uzgojeno meso?
FDA odobrenje pokazuje da bioreaktor dizajn daje prioritet sigurnosti, skalabilnosti i dosljednosti i da je ispunila zahtjeve dizajna za podršku komercijalne proizvodnje i proizvodnju u skladu s propisima.