פרמנטור וגידול תרביות תאים

ביורקטורים ופרמנטורים הם פרטי ציוד המצויים בשימוש כבר שנים רבות בתעשייה בין השאר בתעשיות הביוטק הפרמצבטית והמזון. מערכות אלו מהוות מערכת גידול מבוקרת שיכולה לדמות תנאי גידול מגוונים בכדי לאפשר גידול ביומאסה מסוגים שונים. 

לחברת הנגבי הנדסה בשותפות עם חברת ZETA יש את כל הידע, היכולות ההנדסיות וההבנה התהליכית בכדי לתת לכם תמיכה ומענה בכל שאלה וצורך בעולמות הביורקטורים והפרמנטציה. בין השאר:

1. מיכלים – נפח, צורה, מספר מיכלים, 
2. מערכות הובלה והזנה
3. מערבלים מגנטיים
4. מערכות ריכוז וניקוז 
5. חיבורים אספטיים
6. בקרה ואוטומציה
7. תהליכי גימלון או/ו תהליכי בדיקה לשדרוג או החלפת ציוד קיים – תהליך מנתי או/ו תהליך רציף.

ביוראקטור: 

הוא מושג רחב שמתאר מערכת שמאפשרת גידול תאים, תאים צמחיים או תאי בעלי חיים בסביבה מבוקרת. זה כולל חיידקים, פטריות שמרים וכן תרביות תאים שונות. ביורקטורים מאפשרים שליטה מדויקת מאוד בתנאים כמו טמפרטורה, רמת החומציות (pH), ריכוז חמצן וחומרים מזינים ועוד. ביורקטורים נמצאים בשימוש במחקר, בתעשיית ייצור התרופות, חיסונים ביולוגיים, כמו גם נמצאים בשימוש רחב בעולמות הפודטק ייצור מזון ומוצרים אחרים. 

פרמנטור: 

הוא מערכת ביוטכנולוגית שמטרתה לקיים ולשלוט על תהליכים מטבוליים שבו חיידקים, פטריות או תאים אחרים משנים חומרים אורגניים (לדוגמה סוכרים) לאנרגיה, תוך פליטת תוצרים שונים (כמו אלכוהול או חומצות). תסיסה או פרמנטציה – היא התהליך של הגדלת ביומסה של חיידקים / פטריות / שמרים או/ו תרביות תאים. הביו מאסה הינה במצב של תרחיף הומוגני של מצע הגידול המכיל חומרי מזון וכן גזים לטובת תהליכי הגדילה. בתהליך התסיסה יש להבטיח תהליכי ערבוב מיטבים של חומרים מזינים כמו גם העברת החמצן או/ו גזים אחרים בכדי למקסם את תהליך גדילתם. 

פרמנטור לעומת ביוראקטור

פרמנטור נחשב לסוג של ביוראקטור המתמקד בפרמנטציה, בתהליך אנאירובי (ללא חמצן) או אירובי (בנוכחות חמצן). לעומת זאת, המונח "ביוראקטור" מתייחס למערכת כללית יותר שמטרתה לגדל תרביות תאים שונות, לרבות חיידקים, פטריות, תאים צמחיים, תאי בעלי חיים, בסביבה מבוקרת.

כלומר ניתן להתייחס לפרמנטור כמקרה פרטי של ביוראקטור, שהשימוש בו מתמקד בתהליכים תסיסה אפשר לומר שכל פרמנטור הוא ביוראקטור, אך לא כל ביוראקטור הוא פרמנטור, מכיוון שביורקטורים משמשים גם למטרות אחרות שאינן כרוכות בהכרח בפרמנטציה.

ההבדל העיקרי בין פרמנטור לביוראקטור הוא בגמישות וברמת השליטה על התהליך. בעוד שפרמנטורים מתמקדים בעיקר בתהליכי תסיסה ובדרך כלל מותאמים לחיידקים ופטריות, ביוראקטורים מציעים יכולות רחבות יותר לגידול מגוון רחב יותר של תאים בתנאים מבוקר. ביוראקטורים מציעים יכולות מתקדמות ומגוונות, בעיקר בזכות השליטה המדויקת בתנאי הגידול והסביבה הפנימית. 

כמה מהיכולות של ביוראקטורים:

שליטה בנוטרינטים ואספקת גזים: כגון שליטה דינמית על רמות החמצן והפחמן דו-חמצני, כמו גם על ההזנה של חומרים מזינים נוספים במהלך התהליך, דבר שמשפיע ישירות על קצב הגדילה והתפוקות.

שליטה בתנאים פיזיולוגיים: היכולת לשלוט בטמפרטורה, ב-pH, ובלחץ באופן מדויק מאוד דבר המאפשר אופטימיזציה ושמירה על תנאים אידיאליים לכל סוג של תרביות התאים, דבר שתורם ליעילות הגבוהה של התהליכים הביולוגיים.

מודולריות ואפשרויות שימוש רחבות: ביוראקטורים יכולים לתמוך במגוון רחב של תהליכים ביוטכנולוגיים, מייצור חיסונים ותרופות, דרך תהליכי גידול תאים לצורכי מחקר, ועד לייצור ביופואלים ומוצרים חקלאיים. הגמישות הזו מאפשרת שימוש רחב יותר בתעשיות שונות וכן ייצור מגוון של תוצרים באותו כלי ייצורי.

גימלון של תהליכי גידול בפרמנטורים ובביורקטורים דורש ידע והסתכלות הנדסית מעמיקה כדי שהציוד יתאים, ויהיה עם יכולת שליטה על כל הפרמטרים הקריטים, ויכולת לתיעוד התהליך לכל אורכו (יכול להתארך אף לשבועות )

תחום חשוב נוסף הוא מבנה הנדסי שישמור על האספטיות של התהליך וכן ניתן יהיה לנקות ולעקר בין מחזור גידול אחד למשנהו. אספקטים נוספים שיש לקחת בחשבון הם קלות התפעול, נוחות האחזקה הכיולים וקיצור זמני השבתה למינימום.

בהיבטים ההנדסים של תנאי הגידול ניתן למנות מספר תחומים מרכזים שהידע הניסיון וההבנה נדרשים בהם:

שליטה על תנאי הסביבה: שמירה על תנאים אופטימליים כמו טמפרטורה, pH, ורמת חמצן היא קריטית לגידול תרביות. דרושים מערכות ניטור ובקרה מתקדמות בעלי טווחי טעות מצומצמים.

הזנה וסילוק פסולת: תהליך הגידול דורש הוספה מדודה של חומרים מזינים והסרת פסולת ומטבוליטים שנוצרים. מערכות זרימה וסילוק חייבות להיות מותאמות לצרכים ספציפייםושליטה על קצב הדירות .

שימור אספקת גזים: במיוחד בתהליכים אירוביים, חיוני לשמור על רמת חמצן המסופקת לתאים כמו גם סילוק CO2  בתהליכים מסוימים יש מעורבות של חנקן וגזים נוספים. מערכות הספקת ובקרת זרימה וכן ניטור של רמת הגס המומס צריכות להיות מדויקות ויעילות.

הפחתת סיכון לזיהום: זיהום במערכות של גורם חי או/ ו תרביות הוא קריטי. תכנון של מערכות אספטיות בהם כל הרכיבים בעלי הסיכון לזיהום אטומים ומבודדים, שימוש בטכניקות סטריליזציה, ושמירה על תנאים אספטיים כולל יכולת של שטיפה ועיקור של כלל הציוד במקום (CIP & SIP) הם מפתח להצלחה.

אוטומציה ובקרה: שימוש במערכות אוטומטיות להכנסת נוטרינטים, ניטור ובקרה מאפשר אופטימיזציה ומעקב אחר התהליך בזמן אמת, מה שמגביר את היעילות ומקטין את הסיכון לשגיאות, מוריד את הצורך במנפולציות ידניות שמהוות סיכון לסטריליות. ויחד עם זה מורידות את התלות בעובדים ובמסגרת נתונה של שעות עבודה.

Scale up ואופטימיזציה: עבור תהליכים תעשייתיים, העברה מקנה מידה קטן לקנה מידה גדול יכולה להציג אתגרים רבים. דרושה הבנה טובה של קביעת פרמטרים קרטרים בכדי לתמוך שהגדלת נפח הפעילות אינה משנה את המוצר ואינה משפיע על יעילותו ובטיחותו. 

חברת הנגבי הנדסה בשיתוף פעולה עם  ZETA האוסטרית יכולה להגדיר לתכנן ולספק כל קו ייצור נדרש שכולל כל דרישה ספציפית שלכם כלקוח.

הבוחש המגנטי הינו הלב של כל ביוריאקטור ופרמנטור או כל כלי תהליך בו מתבצע ערבוב. חיבור הבוחש יכול להיות עילי או תחתי או צידי הבוחש המגנטי צריך להתאים למגוון אתגרים משמעותיים כגון זמן ערבוב ממושך, כוחות גזירה וצורך לשמור על אספטיות וסטריליות.

התכונות הפיזיקליות החשובות שישפיעו על יכולת הערבוב ותכנון הבוחש בין השאר: צפיפות הנוזל, הפרש הצפיפות בין מוצקים לנוזל, צמיגות הנוזל, גודל החלקיקים הממוצע והריכוז הנפחי של המוצקים.

היכולת להגיע לתנובות משפיעה מהותית על קיבולת הייצור, על יכולת החזר ההשקעה בציוד ובסוף גם על מחיר היחידה הנמכרת.

קיימים מגוון של  בוחשים מגנטיים בכדי לשרת כל צורך תהליכי אצל הלקוח לכל תהליך יש דרישות אחרות שמושפעות הן מכוחות הגזירה על התאים, ההזנות הנדרשות, קצב הגידול ועוד.