जैविक किण्वक

जैविक किण्वकों की अवधारणा उनकी स्थापना के बाद से महत्वपूर्ण रूप से विकसित हुई है। प्रारंभिक डिज़ाइन मुख्य रूप से उत्तेजित माइक्रोबियल किण्वन पर आधारित थे, जहां सूक्ष्मजीवों की खेती एक उत्तेजित टैंक रिएक्टर में की जाती थी। समय के साथ, उद्योग ने विभिन्न प्रकार के किण्वकों का आगमन देखा, जिनमें तरंग-मिश्रित, हलचल-टैंक और कक्षीय शेकेन सिस्टम शामिल हैं। इनमें से प्रत्येक प्रकार बायोफार्मास्युटिकल उत्पादन की विविधता और जटिलता को दर्शाते हुए, विभिन्न सेल प्रकारों और परिचालन मात्रा को पूरा करता है।

उदाहरण के लिए, वेव-मिक्स किए गए किण्वकों ने बीज कोशिकाओं के विस्तार और कतरनी-संवेदनशील स्तनधारी कोशिकाओं की खेती में व्यापक अनुप्रयोग पाया है। उनकी कोमल मिश्रण कार्रवाई सेल क्षति को कम करती है, स्वस्थ सेल वृद्धि और उच्च उत्पाद पैदावार को बढ़ावा देती है। इसके विपरीत, ऑर्बिटल हिलाए गए सिस्टम, हालांकि विकास में अपेक्षाकृत धीमा, मुख्य रूप से कम ऑक्सीजन की मांगों के साथ पशु और पौधों की कोशिकाओं को संवर्धित करने के लिए उपयोग किया जाता है। ये सिस्टम मुख्य रूप से प्रयोगशाला-पैमाने पर अनुप्रयोगों तक ही सीमित हैं, जो अनुसंधान और प्रारंभिक चरण के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण मंच के रूप में सेवा करते हैं।

◆ किण्वन कक्ष: यह मुख्य कम्पार्टमेंट है जहां जैविक प्रक्रिया होती है। स्थायित्व और बाँझपन सुनिश्चित करने के लिए यह आमतौर पर स्टेनलेस स्टील से बना होता है।

◆ आंदोलन तंत्र: किण्वन कक्ष के भीतर एक समान मिश्रण और वातन सुनिश्चित करने के लिए, आंदोलनकारी जैसे कि impellers या stirrers कार्यरत हैं। ये किण्वन प्रक्रिया में सजातीय स्थितियों को बनाए रखने में मदद करते हैं।

◆ वातन प्रणाली: एरोबिक जीवों के लिए ऑक्सीजन का प्रावधान महत्वपूर्ण है। यह स्पार्जर्स या एयर डिफ्यूज़र के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो बाँझ हवा को किण्वन शोरबा में पेश करता है।

◆ शीतलन प्रणाली: एक शीतलक से भरे जैकेट या कॉइल का उपयोग करके तापमान नियंत्रण बनाए रखा जाता है। यह ओवरहीटिंग को रोकता है और इष्टतम विकास की स्थिति सुनिश्चित करता है।

◆ पीएच नियंत्रण प्रणाली: किण्वन शोरबा के पीएच की वांछित सीमा बनाए रखने के लिए एसिड, बेस या बफर का उपयोग करके निगरानी और समायोजन किया जाता है।

◆ पोषक तत्व फ़ीड प्रणाली: पोषक तत्वों की एक नियंत्रित आपूर्ति, जैसे कि शर्करा, अमीनो एसिड, विटामिन और खनिज, कोशिका वृद्धि और चयापचय को बनाए रखने के लिए प्रदान की जाती है।

जैविक किण्वकों की बहुमुखी प्रतिभा उन्हें बायोफार्मास्युटिकल उत्पादन के विभिन्न चरणों में अपरिहार्य बनाती है। सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक स्तनधारी कोशिका संस्कृतियों का उपयोग करके पुनः संयोजक प्रोटीन का उत्पादन है। माइक्रोबियल कोशिकाओं के विपरीत, स्तनधारी कोशिकाएं ग्लाइकोसिलेशन जैसे जटिल पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों के साथ बड़े प्रोटीन का उत्पादन कर सकती हैं, जो उन्हें मानव प्रोटीन की नकल करने वाले चिकित्सीय प्रोटीन के उत्पादन के लिए आदर्श बनाती है।

ट्रांसजेनिक जानवर, विशेष रूप से ट्रांसजेनिक बकरियों और खरगोशों, पुनः संयोजक प्रोटीन के उत्पादन के लिए आशाजनक मॉडल के रूप में उभरे हैं। जानवरों के जीनोम में मानव जीन को एकीकृत करके, शोधकर्ता अपने दूध या अन्य शारीरिक तरल पदार्थों में चिकित्सीय प्रोटीन उत्पन्न करने के लिए जानवर के प्राकृतिक उत्पादन प्रणालियों का उपयोग कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण, जिसे "आणविक खेती" के रूप में जाना जाता है, कई फायदे प्रदान करता है, जिसमें कम उत्पादन लागत, उच्च पैदावार और बढ़ी हुई सुरक्षा प्रोफाइल शामिल हैं।

उदाहरण के लिए, 2009 में एफडीए द्वारा अनुमोदित एक पुनः संयोजक एंटीथ्रोम्बिन एंटीबॉडी, एट्रिन, ट्रांसजेनिक बकरियों के दूध में उत्पादित किया जाता है। इसी तरह, एक पुनः संयोजक मानव C1 एस्टरेज़ अवरोधक Ruconest, ट्रांसजेनिक खरगोशों के दूध से शुद्ध किया जाता है। ये उत्पाद बायोफार्मास्युटिकल उत्पादन में ट्रांसजेनिक पशु रिएक्टरों की व्यवहार्यता और प्रभावकारिता को प्रदर्शित करते हैं।

◆ सेल संस्कृति प्रौद्योगिकी में प्रगति: नई सेल संस्कृति मीडिया, फ़ीड रणनीतियों और छिड़काव प्रणालियों के विकास ने पशु सेल संस्कृतियों की उत्पादकता और गुणवत्ता में काफी सुधार किया है। इन प्रगति ने चिकित्सीय प्रोटीन और टीकों के उच्च टाइटर्स के उत्पादन को सक्षम किया है, लागत को कम करने और इन उत्पादों की उपलब्धता में वृद्धि हुई है।

◆ बायोरिएक्टर डिजाइन में नवाचार: नए बायोरिएक्टर डिजाइन, जैसे कि वेव-मिक्स्ड और ऑर्बिटली हिला बायोरिएक्टर, बेहतर मिश्रण और बड़े पैमाने पर हस्तांतरण गुण प्रदान करते हैं, जिससे संवेदनशील सेल प्रकारों की खेती और उच्च गुणवत्ता वाले उत्पादों के उत्पादन को सक्षम किया जाता है। इसके अतिरिक्त, डिस्पोजेबल बायोरिएक्टर के उपयोग ने संदूषण जोखिम और सरलीकृत उत्पादन प्रक्रियाओं को कम कर दिया है।

◆ बायोप्रोसेस ऑटोमेशन का एकीकरण: बायोरिएक्टर में स्वचालन और नियंत्रण प्रणालियों के एकीकरण से प्रक्रिया की पुनरावृत्ति में सुधार हुआ है, ऑपरेटर की त्रुटि कम हुई है, और महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों की वास्तविक समय की निगरानी और नियंत्रण सक्षम हुआ है। इससे उत्पादकता में वृद्धि हुई है, डाउनटाइम कम हुआ है और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार हुआ है।

◆ स्थिरता और पर्यावरणीय प्रभाव: जैव प्रौद्योगिकी उद्योग तेजी से अपने पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने और स्थिरता में सुधार करने पर केंद्रित है। इसने नए बायोप्रोसेस का विकास किया है जो अक्षय संसाधनों का उपयोग करते हैं, अपशिष्ट उत्पादन को कम करते हैं और ऊर्जा की खपत को कम करते हैं। इसके अतिरिक्त, एकल-उपयोग बायोरिएक्टर के उपयोग ने सफाई और नसबंदी की आवश्यकता को कम कर दिया है, जिससे पर्यावरणीय प्रभाव को कम किया गया है।