מאפיינים טכניים (פרמטרים ביולוגיים)
| פרמטר |
מפרט |
| חומר |
פלדת אלחן 316L |
| היקף עבודה |
20 ליטר – 5,000 ליטר |
| סוגי תאים ניתנים ליישום |
קווי תאים מתאימים לתלייה (למשל CHO, HEK293, Sf9, BHK, MDCK) |
| טווח צפיפות התאים |
1–10 × 10⁶ תאים/מ״ל (הטווח הרגיל להפעלה: 5–7 × 10⁶ תאים/מ״ל) |
| שיטות התרבות |
תהליך סגורה, תהליך סגורה עם הזנה, תהליך זרימה מתמדת |
| מערכת ערבוב |
מנוע מגנטי מותקן בתחתית; 20–200 סיבובים לדקה (±1 סיבוב לדקה); מנוע שרת AC |
| סוג המניע |
מניע מסוג ימי (מתורם נמוך, יעילות ערבוב גבוהה) |
| הספק קלט ליחידת נפח (P/V) |
30–50 וואט/מ״ק |
| בקרת טמפרטורה |
5–60°מ, ±0.1°מ (בקרת דו-PID עם מעיל חיצוני) |
| שליטה ב-PH |
טווח: 2–12; דיוק: ±0.01; הזרקה אוטומטית של בסיס/CO₂ |
| חמצן מומס (DO) |
0–200%, ±1%; ערבוב גזים עם O₂, N₂ ואויר |
| גזים להאראציה |
אויר, O₂, N₂, CO₂ |
| מצבים להאראציה |
הזרקה עמוקה והאראציה על פני השטח |
| קצב זרימת האראציה |
0.3–2.0 vvm (נפח הגז לנפח התווך לדקה) |
| הרחבה |
עד 5,000 ליטר; הרחבה קנה מידה על סמך פרמטרים ללא ממדים (P/V, Re, vvm) |
| טכנולוגיית חותם |
חֲתִימַת נָזֵל מַגְנֵטִית (אִפְשָׁרִיּוּת לְהִתְמַלֵּא אֶפֶס, אֵין צָרִיךְ תַּקְלִיטִים, סְטֵרִילִית) |
| מערכת בקרה |
בּוֹקֵר תַּעֲשִׂיתִי עַצְמָאִי (אֵין דּוֹרֵשׁ מַחְשֵׁב חִיצוֹנִי); תַּמְכִּין גִּשָּׁה מֵרָחוֹק בְּעֶזְרַת סְמַרְטְפוֹן אוֹ מַחְשֵׁב |
| תכונות אוטומציה |
תַּמְכִּין שֶׁל DoE בְּתוֹךְ הַמַּחְשֵׁב; אִשְׁתַּמְּרוּת אַוְטוֹמָטִית בְּשִׁטְרוֹת הַזָּנְתָּן; בִּקּוּר רַב־מַשְׁאָבוֹת (עַד 6 מַשְׁאָבוֹת לְכָל בּוֹקֵר × 4 קָנָלִים) |
| הגנהגנה מפני כיבוי חשמל |
הַתְחָלָה אַוְטוֹמָטִית מֵחָדָשׁ עִם שִׁחְזוּר פַּרָמֶטְרִים |
| סטריליזציה |
תַּמְכִּין סְטֵרִילִיזַצְיָה בַּמָּקוֹם (SIP) |
הַיְצוּרִים הַבִּיאוֹלוֹגִיִּים הָעִקָּרִיִּים
1. צִפּוּי תָּאִים גָּבוֹהַּ וִישִׁירָה:
הָעֲצָמָה הַמְּתֻקֶּנֶת שֶׁל הַמַּעֲרֶכֶת לְהַעברַת כִּתְלֵי חֹמֶר וְחֹם תַּמְכִּין צִפּוּי תָּאִים עַד 10⁷ תָּאִים/מ״ל — גָּדוֹל בְּ-10–20 פְּעָמִים מִצִּפּוּי הַתָּאִים בְּמַכְסוֹרִים נִנְעָנִים רְגִילִים — וּמַגְבִּיהַּ בְּצִוּרָה מְרֻבָּה אֶת שִׁעוּר הַיְצִירָה.
2. הַרְחָבָה אַמִּינִית וּמֻבְטֶחֶת:
הַרְחָבַת הַתְּעוּצָה מִתְבַּסֶּסֶת עַל פַּרָמֶטְרִים בְּלִי מִמְדָּד (P/V, Re, vvm), וּמַטְמִינָה בִּיצִיאוֹת שָׁוֶה מִמִּדָּה מַעֲבֵרִית עַד מִדָּה תַּעֲשִׂיתִית שֶׁל 2,000 לִיטֶר. בְּדִיקַת הַרְחָבָה דּוֹרֶשֶׁת שְׁלֹשָׁה מַעֲרָכוֹת רְצִיפִים עִם שִׁנוּי בֵּין מַעֲרָכוֹת בְּצִפּוּי הַתָּאִים וּבַשִּׁעוּר הַיְצִירָה פָּחוֹת מ-10%.
3. בקרת סביבתית מדויקת:
טמפרטורה: ±0.1°מ
pH: ±0.01
חמצן מסיס (DO): ±1%
מתאים לדרישות הקפדניות ביותר בתהליכי ביולוגיה רגישה.
4. אופטימיזציה של תהליכים בעומס גבוה:
פונקציונליות מובנית לתכנון ניסויים (DoE) מאפשרת אופטימיזציה בו-זמנית של מספר פרמטרים, ומקצרת באופן דרמטי את זמני הפיתוח של התהליך.
5. תאימות ליצירת תהליכים בקנה מידה תעשייתי:
מאפיין עיצוב מבני של מיטת קבועה (fixed-bed) וטכנולוגיית חותם נוזלי מגנטי, המבטיחים יציבות מערכת, סטריליות, אפס דליפות, חוסר בחשיפה לבלאי ותפעול ללא צורך בשימור במהלך הגדלת היקף הייצור.
6. אוטומציה מלאה:
פועל ללא מחשב אישי חיצוני; תומך במערכת ניטור ובקרה מרחוק באמצעות מכשירים מחוברים לאינטרנט (טלפון חכם או מחשב). כולל ביצוע אוטומטי של אסטרטגיות הזנה.
7. הגנה על כשל חשמל:
מוכן להפעלה אוטומטית לאחר הפסקת חשמל, ומשחזר את כל פרמטרי הבקרה למצבם לפני ההפסקה כדי להבטיח תרבות ממושכת ללא הפרעות.
יישומים 1. ייצור נוגדנים חד-קלוניים:
תומך בתרבויות תלייה בצפיפות גבוהה של תאי CHO. בקנה מידה של 500 ליטר, מצליח להגיע לעוצמת ספיגה באורך גל 600 ננומטר (OD₆₀₀) של יותר מ-300 ולקבוע מקדם העברת חמצן (kLa) של עד 675 h⁻¹, מה שמשפר באופן משמעותי את הפקת הנוגדנים החד-קלוניים (mAb).
2. ביטוי חלבונים רקומביננטיים:
בקרת טמפרטורה מדויקת (4–80°צ) ורגולציה של ערך ה-pH ממזגים את תנאי הביטוי לחלבונים כגון אינסולין והורמונים לקצב צמיחה.
3. ייצור וקטורים ויראליים:
מתאים לתרבויות תלייה של אדנובירוס, AAV וכו'. ערבוב מאופטם (60–80 סיבובים לדקה) ואספקת אוויר מאופטמת (0.5–1.5 נפח אוויר לנפח תרבית לדקה) משפרים את ריכוז הוירוס.
4. פירמנטציה מיקרוביאלית בצפיפות גבוהה:
מתאים ל-E. coli ולשמרים, תומך ב-OD₆₀₀ > 300, אידיאלי לייצור אנטיביוטיקה ופרוטאינים רקומביננטיים.
המלצות לאופטימיזציה של התהליך
1. אופטימיזציה של ערבוב:
• להתחיל ב-60–80 סל"ד.
• כאשר צפיפות התאים עולה על 5 × 10⁶ תאים למיליליטר, להפחית את המהירות ל-40–60 סל"ד כדי למזער נזק מלחצים גזירים.
2. אסטרטגיה להזרקה:
להשתמש במערכות אוטומטיות של זריקה מתונה (fed-batch) או פרפוסיה (perfusion) עם התאמות בזמן אמת בהתאם לרמות המטבוליטים (למשל: גלוקוז ולקטט). כל אחד מ-4 הבקרים יכול לנהל עד 6 משאבות פריסטלטיות בעלות דיוק גבוה, מה שמאפשר פרוטוקולי הזנה מורכבים בעלי מספר שלבים או מספר חומרי מזון.
3. בקרת החמצן המומס:
לשמור על רמת החמצן המומס (DO) בטווח 30–50% בשלבים של צפיפות תאים גבוהה. להתאים את קצב האספקה הנפחית של החמצן (vvm) לטווח 0.3–2.0 ואת עוצמת הערבוב לטווח 50–100 סל"ד בהתאם. עבור תאים הדורשים כמויות גדולות של חמצן, יש להשתמש במצב אספקת חמצן כפול: דרישה עמוקה (deep sparging) בשלב הסטריליזציה, ואספקת חמצן על פני השטח (surface aeration) בשלב התרבות.
4. הגדרת תרבית פרפוסיה: השתמשו במכשיר לשימור תאים כדי לשמור על צפיפות התאים ב-5–7 × 10⁶ תאים/מ"ל. התחלו את קצב הפרפוסיה ב-0.1–0.3 נפחי ריאקטור ליום, והגבירו אותו ל-0.5–1.0 נפחים ליום ככל שצפיפות התאים עולה.
5. אימות הגדלת היקף הייצור:
שמרו על היחס P/V = 30 וואט/מ"ר על ידי התאמת קוטר המערבולת ומהירותה. בצעו 3–5 מנות ניסיוניות כדי לאסוף נתונים על הטמפרטורה, ה-pH, רמת החמצן המומס (DO), צפיפות התאים ותכולת התוצר (titer) לצורך בניית מודל יציב להגדלת היקף הייצור.
6. הבטחת סטריליות:
חיבורים מגנטיים של נוזלים מבטיחים שלמות סטרילית בממשק ציר המערבול. תמיד עבדו לפי פרוצדורות אספרטיות, ובצעו בדיקות תקינות מערכת קבועות ואימות סטריליזציה.
