Хабарҳо - Мониторинги сатҳи оксигени ҳалшуда дар раванди ферментатсияи биологии фармасевтӣ

Оксигени ҳалшуда чист?

Оксигени ҳалшуда (DO) ба оксигени молекулавӣ (O) ишора мекунад._₂) ки дар об ҳал мешавад. Он аз атомҳои оксигени мавҷуд дар молекулаҳои об (H) фарқ мекунад._₂O), зеро он дар об дар шакли молекулаҳои мустақили оксиген мавҷуд аст, ки ё аз атмосфера сарчашма мегиранд ё тавассути фотосинтез аз ҷониби растаниҳои обӣ ба вуҷуд меоянд. Консентратсияи DO аз омилҳои гуногун, аз ҷумла ҳарорат, шӯрӣ, ҷараёни об ва фаъолиятҳои биологӣ таъсир мегирад. Ҳамин тариқ, он ҳамчун нишондиҳандаи муҳим барои арзёбии саломатӣ ва вазъи ифлосшавии муҳити обӣ хизмат мекунад.

Оксигени ҳалшуда дар мусоидат ба мубодилаи моддаҳои микробӣ нақши муҳим мебозад, ки ба нафаскашии ҳуҷайравӣ, афзоиш ва биосинтези маҳсулоти мубодилаи моддаҳо таъсир мерасонад. Аммо, сатҳи баланди оксигени ҳалшуда на ҳамеша муфид аст. Оксигени аз ҳад зиёд метавонад боиси мубодилаи минбаъдаи маҳсулоти ҷамъшуда гардад ва эҳтимолан аксуламалҳои заҳролуд ба вуҷуд орад. Сатҳи оптималии DO дар намудҳои гуногуни бактерияҳо фарқ мекунад. Масалан, ҳангоми биосинтези пенициллин, DO одатан дар тақрибан 30% сершавии ҳаво нигоҳ дошта мешавад. Агар DO ба сифр коҳиш ёбад ва дар он сатҳ панҷ дақиқа боқӣ монад, ташаккули маҳсулот метавонад ба таври назаррас коҳиш ёбад. Агар ин ҳолат 20 дақиқа идома ёбад, зарари бебозгашт метавонад ба амал ояд.

Дар айни замон, сенсорҳои DO, ки маъмултарин истифода мешаванд, танҳо сершавии нисбии ҳаворо чен карда метавонанд, на консентратсияи мутлақи оксигени ҳалшуда. Пас аз стерилизатсияи муҳити парвариш, аэрация ва омехтакунӣ то он даме, ки нишондиҳандаи сенсор устувор шавад, анҷом дода мешавад, ки дар он лаҳза арзиш ба 100% сершавии ҳаво муқаррар карда мешавад. Андозагириҳои минбаъда ҳангоми раванди ферментатсия ба ин истинод асос ёфтаанд. Арзишҳои мутлақи DO-ро бо истифода аз сенсорҳои стандартӣ муайян кардан мумкин нест ва усулҳои пешрафтатар, ба монанди полярографияро талаб мекунанд. Аммо, андозагириҳои сершавии ҳаво одатан барои назорат ва назорати равандҳои ферментатсия кофӣ мебошанд.

Дар дохили ферментатор, сатҳи DO метавонад дар минтақаҳои гуногун фарқ кунад. Ҳатто вақте ки дар як нуқта хониши устувор ба даст оварда мешавад, дар баъзе муҳитҳои парваришӣ ноустуворӣ метавонад ба амал ояд. Ферментаторҳои калонтар майл доранд, ки дар сатҳи DO тағйироти фазоии бештарро нишон диҳанд, ки метавонад ба афзоиши микробҳо ва ҳосилнокии онҳо таъсири назаррас расонад. Далелҳои таҷрибавӣ нишон доданд, ки гарчанде сатҳи миёнаи DO метавонад 30% бошад, самаранокии ферментатсия дар шароити ноустувор нисбат ба шароити устувор ба таври назаррас пасттар аст. Аз ин рӯ, дар миқёси ферментаторҳо - берун аз баррасии монандӣ аз геометрӣ ва қувва - ба ҳадди ақал расонидани тағйироти фазоии DO ҳадафи асосии тадқиқот боқӣ мемонад.

Чаро мониторинги оксигени ҳалшуда дар ферментатсияи биофармасевтӣ муҳим аст?

1. Нигоҳ доштани муҳити оптималии афзоиш барои микроорганизмҳо ё ҳуҷайраҳо
Ферментатсияи саноатӣ одатан микроорганизмҳои аэробӣ, ба монанди Escherichia coli ва хамиртуруш, ё ҳуҷайраҳои ширхӯрон, ба монанди ҳуҷайраҳои тухмдони хомяки чинӣ (CHO)-ро дар бар мегирад. Ин ҳуҷайраҳо дар системаи ферментатсия ҳамчун "коргар" амал мекунанд ва барои нафаскашӣ ва фаъолияти мубодилаи моддаҳо ба оксиген ниёз доранд. Оксиген ҳамчун қабулкунандаи электронҳои ниҳоӣ дар нафаскашии аэробӣ хизмат мекунад ва имкон медиҳад, ки энергия дар шакли АТФ тавлид шавад. Таъминоти нокифояи оксиген метавонад боиси нафаскашии ҳуҷайраҳо, боздоштани афзоиш ё ҳатто марги ҳуҷайраҳо гардад, ки дар ниҳоят ба нокомии ферментатсия оварда мерасонад. Назорати сатҳи DO кафолат медиҳад, ки консентратсияи оксиген дар ҳудуди оптималӣ барои афзоиши устувори ҳуҷайра ва зинда мондан боқӣ мемонад.

2. Таъмини синтези самараноки маҳсулоти мақсаднок
Ҳадафи ферментатсияи биофармасевтӣ на танҳо мусоидат ба афзоиши ҳуҷайраҳо, балки мусоидат ба синтези самараноки маҳсулоти мақсадноки дилхоҳ, ба монанди инсулин, антителоҳои моноклоналӣ, ваксинаҳо ва ферментҳо мебошад. Ин роҳҳои биосинтетикӣ аксар вақт ба миқдори зиёди энергия ниёз доранд, ки асосан аз нафаскашии аэробӣ ба даст меоянд. Илова бар ин, бисёре аз системаҳои ферментативӣ, ки дар синтези маҳсулот иштирок мекунанд, мустақиман аз оксиген вобастаанд. Норасоии оксиген метавонад самаранокии ин роҳҳоро халалдор ё коҳиш диҳад.

Ғайр аз ин, сатҳи DO ҳамчун сигнали танзимкунанда амал мекунад. Ҳам консентратсияи аз ҳад зиёд баланд ва ҳам консентратсияи пасти DO метавонад:
- Тағйир додани роҳҳои мубодилаи моддаҳои ҳуҷайра, масалан, гузаштан аз нафаскашии аэробӣ ба ферментатсияи анаэробӣ, ки самаранокии он кам аст.
- Вокунишҳои стрессии ҳуҷайраҳоро ба вуҷуд меоранд, ки боиси истеҳсоли маҳсулоти номатлуб мегардад.
- Ба сатҳи ифодаи сафедаҳои экзогенӣ таъсир расонед.

Бо назорати дақиқи сатҳи DO дар марҳилаҳои гуногуни ферментатсия, имкон дорад, ки мубодилаи моддаҳои ҳуҷайра ба сӯи синтези максималии маҳсулоти мақсаднок роҳнамоӣ карда шавад ва бо ин васила ферментатсияи зичии баланд ва ҳосили баланд ба даст оварда шавад.

Муқаддима ба ҷадвали ҷараёни об барои Bio Pharmaceuticals

3. Барои пешгирии норасоии оксиген ё аз ҳад зиёд будани он
Норасоии оксиген (гипоксия) метавонад оқибатҳои ҷиддӣ дошта бошад:
- Афзоиши ҳуҷайра ва синтези маҳсулот қатъ мегардад.
- Мубодилаи моддаҳо ба роҳҳои анаэробӣ мегузарад, ки дар натиҷа кислотаҳои органикӣ, аз қабили кислотаи ширӣ ва кислотаи сирко ҷамъ мешаванд, ки рН-и муҳити парваришро паст мекунанд ва метавонанд ҳуҷайраҳоро заҳролуд кунанд.
- Гипоксияи тӯлонӣ метавонад боиси зарари бебозгашт гардад, ки ҳатто пас аз барқарор шудани таъминоти оксиген барқароршавӣ нопурра аст.

Оксигени аз ҳад зиёд (суперсершавӣ) инчунин хатарҳоро ба вуҷуд меорад:
- Он метавонад стресси оксидативӣ ва ташаккули намудҳои реактивии оксиген (ROS)-ро ба вуҷуд орад, ки ба мембранаҳои ҳуҷайра ва биомолекулаҳо зарар мерасонанд.
- Ҳаводиҳӣ ва ларзиши аз ҳад зиёд истеъмоли энергия ва хароҷоти амалиётиро зиёд мекунад, ки боиси исрофи нолозими захираҳо мегардад.

4. Ҳамчун параметри муҳим барои мониторинги вақти воқеӣ ва назорати бозхондани фикру мулоҳизаҳо

DO як параметри вақти воқеӣ, пайваста ва ҳамаҷониба аст, ки шароити дохилии системаи ферментатсияро инъикос мекунад. Тағйирот дар сатҳи DO метавонад ба таври ҳассос ҳолатҳои гуногуни физиологӣ ва амалиётиро нишон диҳад:
- Афзоиши босуръати ҳуҷайраҳо истеъмоли оксигенро зиёд мекунад, ки боиси паст шудани сатҳи DO мегардад.
- Камшавӣ ё боздоштани субстрат мубодилаи моддаҳоро суст мекунад, истеъмоли оксигенро кам мекунад ва боиси баланд шудани сатҳи DO мегардад.
- Олудашавӣ аз ҷониби микроорганизмҳои хориҷӣ тарзи истеъмоли оксигенро тағйир медиҳад, ки боиси ноустувории ғайримуқаррарии DO мегардад ва ҳамчун сигнали огоҳкунандаи барвақт хизмат мекунад.
- Норасоии таҷҳизот, ба монанди вайрон шудани омехтакунак, басташавии қубури вентилятсия ё ифлосшавии филтр, инчунин метавонанд ба рафтори ғайримуқаррарии DO оварда расонанд.

Бо ҳамгироии мониторинги вақти воқеӣ ба системаи автоматии идоракунии бозгашт, танзими дақиқи сатҳи DO-ро тавассути танзими динамикии параметрҳои зерин ба даст овардан мумкин аст:
- Суръати омехтакунӣ: Баланд бардоштани суръат тавассути шикастани ҳубобчаҳо тамоси газ ва моеъро беҳтар мекунад ва бо ин васила самаранокии интиқоли оксигенро беҳтар мекунад. Ин усули маъмултарин ва самараноктарин аст.
- Суръати ҳаводиҳӣ: Танзими суръати ҷараён ё таркиби гази вурудӣ (масалан, зиёд кардани таносуби ҳаво ё оксигени холис).
- Фишори зарф: Баланд бардоштани фишор фишори қисман оксигенро зиёд мекунад ва бо ин роҳ ҳалшавандагиро беҳтар мекунад.
- Ҳарорат: Паст кардани ҳарорат ҳалшавии оксигенро дар муҳити кишт зиёд мекунад.

Тавсияҳои маҳсулоти BOQU барои мониторинги онлайнии ферментатсияи биологӣ: