सीरम-फ्री मीडिया (SFM) में कोशिकाओं का संक्रमण नैतिक और स्केलेबल कल्टीवेटेड मीट उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है। यह प्रक्रिया पशु-उत्पन्न सीरम को समाप्त करती है, जिससे संदूषण के जोखिम कम होते हैं और कोशिका वृद्धि के लिए एक सुसंगत वातावरण सुनिश्चित होता है। हालांकि, यह पोषक तत्वों की कमी, चयापचय परिवर्तन, और कोशिका की जीवन शक्ति बनाए रखने जैसी चुनौतियों के साथ आता है। फ्लो साइटोमेट्री, मेटाबोलोमिक्स, और ट्रांसक्रिप्टोमिक्स जैसे निगरानी उपकरण इन चुनौतियों को नेविगेट करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जो कोशिका स्वास्थ्य, पोषक तत्व उपयोग, और जीन अभिव्यक्ति परिवर्तनों को ट्रैक करते हैं।
मुख्य निष्कर्ष:
- यह क्यों महत्वपूर्ण है: SFM संगति सुनिश्चित करता है, संदूषण के जोखिमों को कम करता है, और नैतिक मानकों के साथ मेल खाता है।
- चुनौतियाँ: SFM में कोशिकाएँ pH परिवर्तन, पोषक तत्वों की कमी, और यांत्रिक बलों जैसे तनावकों के प्रति संवेदनशील होती हैं।
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निगरानी उपकरण:
- फ्लो साइटोमेट्री: कोशिका की जीवन क्षमता और एपोप्टोटिक मार्करों को ट्रैक करता है।
- मेटाबोलोमिक्स: पोषक तत्वों की खपत और चयापचय बदलावों का विश्लेषण करता है।
- ट्रांसक्रिप्टोमिक्स: मुख्य मार्गों में जीन अभिव्यक्ति परिवर्तनों की जांच करता है।
- अनुप्रयोग: इन उपकरणों से प्राप्त डेटा मीडिया फॉर्मूलेशन, को परिष्कृत करने में मदद करता है, लागत को कम करता है और कोशिका वृद्धि में सुधार करता है।
त्वरित अंतर्दृष्टि:
एचपीएलसी, मास स्पेक्ट्रोमेट्री, और रीयल-टाइम सेंसर जैसे उपकरण सीरम-फ्री ट्रांजिशन को अनुकूलित करने के लिए कार्रवाई योग्य डेटा प्रदान करते हैं।
सीरम-मुक्त संस्कृतियाँ: क्यों और कैसे? (फरवरी 2022)
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सीरम-मुक्त अनुकूलन के लिए विश्लेषणात्मक उपकरण
सीरम-मुक्त सेल अनुकूलन की निगरानी के लिए तीन प्रमुख विश्लेषणात्मक उपकरण
सेल स्वास्थ्य मूल्यांकन के लिए फ्लो साइटोमेट्री
फ्लो साइटोमेट्री सीरम-मुक्त अनुकूलन के दौरान सेल की जीवन क्षमता और समग्र स्वास्थ्य का तेजी से मूल्यांकन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। उच्च सेल जीवन क्षमता बनाए रखना अनुकूलन प्रक्रिया की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है[1]. यह विधि एपोप्टोटिक मार्करों का भी पता लगाती है और सेल आकार में परिवर्तनों को ट्रैक करती है। उदाहरण के लिए, अनुसंधान से पता चलता है कि निलंबन-अनुकूलित HEK293 कोशिकाओं का औसत आकार 2.31 pL होता है, जबकि उनके चिपकने वाले समकक्षों का आकार 1.89 pL होता है[1]. ऐसी अंतर्दृष्टियाँ अनुकूलन के दौरान सेलुलर व्यवहार की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करती हैं।इससे आगे, मेटाबोलोमिक्स इन परिवर्तनों के अंतर्निहित चयापचय बदलावों में गहराई से जांच करता है।
सेलुलर मेटाबोलिज्म विश्लेषण के लिए मेटाबोलोमिक्स
मेटाबोलोमिक्स पोषक तत्वों के उपयोग और मेटाबोलाइट उत्पादन का विश्लेषण करने पर केंद्रित है, जो सीरम-फ्री अनुकूलन के दौरान सेलुलर मेटाबोलिज्म का विस्तृत दृश्य प्रदान करता है। एचपीएलसी और मास स्पेक्ट्रोमेट्री जैसी तकनीकें पोषक तत्वों की खपत के पैटर्न और मेटाबोलाइट आउटपुट की पहचान करने के लिए अमूल्य हैं। ये निष्कर्ष मीडिया फॉर्मूलेशन को बेहतर बनाने के लिए आवश्यक हैं ताकि दक्षता बढ़ाई जा सके और लागत कम की जा सके [2].
जून 2023 में यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, डेविस, के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक उल्लेखनीय अध्ययन ने एसेंशियल 8 सीरम-फ्री मीडिया में उगाए गए C2C12 मांसपेशी कोशिकाओं का अन्वेषण किया। उन्होंने पाया कि जबकि वृद्धि दर सात दिनों में सीरम-आधारित मीडिया के समान थी, सेरीन स्तर दिन 3 तक लगभग समाप्त हो गए थे, जो घातीय वृद्धि के अंत का संकेत देते हैं।अध्ययन ने गणना की कि 1 किलोग्राम गीला सेल मास का उत्पादन करने के लिए लगभग 252.3 ग्राम कुल अमीनो एसिड (जिसमें 177.7 ग्राम ग्लूटामाइन शामिल है) और 1,157.2 ग्राम ग्लूकोज की आवश्यकता होती है [2]. ऐसे डेटा मीडिया फॉर्मूलेशन को परिष्कृत करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से संवर्धित मांस उत्पादन के लिए।
इसके अतिरिक्त, अंतःकोशिकीय चयापचय प्रोफाइलिंग ने केंद्रीय कार्बन चयापचय में महत्वपूर्ण बदलावों का खुलासा किया है। सितंबर 2022 में, नॉर्वेजियन यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने पाया कि निलंबन कोशिकाओं में चिपकने वाली कोशिकाओं की तुलना में उल्लेखनीय रूप से उच्च अंतःकोशिकीय इटाकॉनेट स्तर थे। यह दर्शाता है कि संस्कृति मोड कैसे कोशिकीय चयापचय को गहराई से प्रभावित कर सकते हैं [1].
जीन अभिव्यक्ति ट्रैकिंग के लिए ट्रांसक्रिप्टोमिक्स
चयापचय अध्ययनों को पूरक करने के लिए, ट्रांसक्रिप्टोमिक्स सीरम-मुक्त अनुकूलन के दौरान होने वाले जीन विनियमन परिवर्तनों पर प्रकाश डालता है।यह तकनीक विशेष रूप से कोलेस्ट्रॉल बायोसिंथेसिस, लिपिड मेटाबोलिज्म, और न्यूक्लियोटाइड सिंथेसिस जैसे मार्गों में परिवर्तनों की पहचान करने के लिए प्रभावी है - ये प्रक्रियाएँ अक्सर सीरम-फ्री स्थितियों में संक्रमण के दौरान प्रभावित होती हैं[1]. इन जीन अभिव्यक्ति परिवर्तनों को मैप करके, शोधकर्ता बेहतर समझ सकते हैं कि सीरम-फ्री वातावरण में कोशिकाएँ कैसे व्यवहार करती हैं और बेहतर अनुकूलन क्षमता के लिए सेल लाइनों को इंजीनियर करने की रणनीतियाँ विकसित कर सकते हैं।
NTNU के मी जंग ने इन निष्कर्षों के महत्व पर जोर दिया:
"मेटाबोलिक प्रोफाइल में सबसे बड़े अंतर कल्चर मोड (अधीनस्थ बनाम निलंबन) के बीच देखे गए, इसके बाद कल्चर माध्यम की स्थिति (नियंत्रण वृद्धि माध्यम बनाम सीरम-फ्री माध्यम)" [1].
ट्रांसक्रिप्टोमिक्स को मेटाबोलिक और जीवन क्षमता डेटा के साथ एकीकृत करने से यह समझने के लिए एक अधिक संपूर्ण चित्र मिलता है कि कोशिकाएँ कैसे अनुकूलित होती हैं, जिससे अधिक कुशल सीरम-फ्री कल्चर सिस्टम का मार्ग प्रशस्त होता है।
डेटा का उपयोग करके सीरम-फ्री अनुकूलन में सुधार
सेल लाइन अनुकूलन में समस्याओं का पता लगाना
सेल लाइन अनुकूलन के दौरान समस्याओं की पहचान और समाधान में डेटा महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जीवंतता की निगरानी एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली के रूप में कार्य करती है। जब सेल की जीवंतता स्वीकार्य स्तर से नीचे गिरती है, तो शोधकर्ता पूरे कल्चर को खोने से बचने के लिए पिछले अनुकूलन चरण पर लौट जाते हैं। यह दृष्टिकोण आगे बढ़ने से पहले समायोजन करने की अनुमति देता है[1] [5].
स्पेंट मीडिया विश्लेषण अनुकूलन में बाधा डालने वाली पोषक तत्व सीमाओं का पता लगाने के लिए एक और शक्तिशाली उपकरण है। उदाहरण के लिए, मास स्पेक्ट्रोमेट्री अक्सर यह प्रकट करती है कि सीरम-फ्री मीडिया में कोशिकाएं ग्लूटामाइन और ग्लाइसिन जैसे पोषक तत्वों को अपेक्षा से कहीं अधिक तेजी से समाप्त कर देती हैं, जो कि घातीय वृद्धि के अंत का संकेत हो सकता है[2] . इसके अतिरिक्त, लैक्टेट संचय का ट्रैकिंग करना आवश्यक है, क्योंकि उच्च लैक्टेट स्तर वृद्धि और मायोजेनिक गतिविधि को दबा सकते हैं, विशेष रूप से उच्च-घनत्व संस्कृतियों में[2].
वृद्धि गतिशीलता प्रदर्शन के मापनीय संकेतक प्रदान करती है। डबलिंग समय में एक उल्लेखनीय वृद्धि या विशिष्ट वृद्धि दर में कमी यह सुझाव देती है कि मीडिया फॉर्मूलेशन सेल लाइन का प्रभावी रूप से समर्थन नहीं कर रहा है[1][4]. स्थापित वृद्धि मानकों से विचलन उन क्षेत्रों को उजागर करते हैं जिन्हें तत्काल ध्यान देने की आवश्यकता है।
आकृति संबंधी परिवर्तन भी मूल्यवान संकेत प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, गंभीर क्लंपिंग या राउंडिंग के साथ धीमी डबलिंग समय अनुकूलन विफलता को इंगित करता है[5] . हालांकि, यदि आकृति संबंधी परिवर्तनों के बावजूद डबलिंग समय स्थिर रहता है, तो यह सुझाव देता है कि अनुकूलन सफलतापूर्वक प्रगति कर रहा है।इन अवलोकनों से शोधकर्ताओं को डेटा-चालित अंतर्दृष्टियों के आधार पर सीरम-मुक्त मीडिया को परिष्कृत करने में मदद मिलती है।
कस्टम सीरम-मुक्त मीडिया का विकास
इन डायग्नोस्टिक मेट्रिक्स का उपयोग करके, शोधकर्ता विशिष्ट सेल लाइनों के लिए अनुकूलित सीरम-मुक्त फॉर्मूलेशन को ठीक कर सकते हैं। जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइलिंग उन चयापचय मार्गों पर प्रकाश डालती है जो अनुकूलन के दौरान संघर्ष करते हैं, जैसे कोलेस्ट्रॉल बायोसिंथेसिस, न्यूक्लियोटाइड संश्लेषण, और लिपिड चयापचय[1] . यह जानकारी सीरम-मुक्त मीडिया सप्लीमेंट्स के चयन का मार्गदर्शन करती है ताकि फॉर्मूलेशन को बढ़ाया जा सके।
एक उदाहरण मेनारिनी बायोटेक एसआरएल से आता है, जहां लियोनार्डो सिबिलियो के नेतृत्व में एक टीम ने सितंबर 2019 में सफलतापूर्वक एक CHO-DG44 सेल लाइन को अनुकूलित किया। उन्होंने एक मीडिया असेसमेंट पैनल का उपयोग करके 20 रासायनिक रूप से परिभाषित फॉर्मूलेशन की स्क्रीनिंग की और निर्धारित किया कि माध्यम #27 सबसे उपयुक्त था।यह माध्यम लगातार वृद्धि और व्यवहार्यता को 90% से अधिक बनाए रखने में सक्षम था, 10 से अधिक पासेज में[7].
इसी तरह, ट्रांसक्रिप्टोमिक और खर्च मीडिया डेटा से क्रियाशील अंतर्दृष्टि प्राप्त की जा सकती है। जुलाई 2025 में, मर्क हेल्थकेयर KGaA के शोधकर्ताओं ने HepG2 कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए तुलनात्मक प्रोटिओमिक्स का उपयोग किया, जो सीरम-फ्री स्थितियों में संक्रमण कर रही थीं। उन्होंने पाया कि एंटीऑक्सीडेटिव एंजाइम जैसे ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज का महत्वपूर्ण ओवरएक्सप्रेशन हो रहा था। इन निष्कर्षों को एंजाइम गतिविधि परीक्षणों से जोड़कर, उन्होंने खोजा कि "सेलेनियम सुप्रान्यूट्रिशन" कोशिकाओं को ऑक्सीडेटिव तनाव से बचाने के लिए आवश्यक था। उनके कस्टम मीडिया में सेलेनियम स्तर को समायोजित करके इस मुद्दे को सीधे संबोधित किया गया[6].
मेटाबोलिक प्रोफाइलिंग भी प्रदर्शन को बनाए रखते हुए लागत को अनुकूलित करने में मदद करती है।उदाहरण के लिए, C2C12 कोशिकाओं पर शोध से पता चला कि 1 किलोग्राम गीला कोशिका द्रव्यमान उत्पन्न करने के लिए लगभग 250–275 ग्राम अमीनो एसिड और 1,100–1,500 ग्राम ग्लूकोज की आवश्यकता होती है[2]. ये सटीक मापदंड शोधकर्ताओं को अनावश्यक पोषक तत्वों को हटाने की अनुमति देते हैं, जिससे कोशिका के स्वास्थ्य से समझौता किए बिना लागत कम होती है। खर्च किए गए मीडिया विश्लेषण से आगे महंगे अप्रयुक्त घटकों की पहचान होती है, जिससे मीडिया के लागत-प्रभावी पुन:संयोजन की अनुमति मिलती है।
कैसे Cellbase सीरम-फ्री अनुकूलन का समर्थन करता है

विश्लेषणात्मक उपकरणों की सोर्सिंग Cellbase
निरंतर निगरानी के लिए, रमन और NIR स्पेक्ट्रोस्कोपिक सेंसर, सॉफ्ट-सेंसर, और PAT उपकरण उपलब्ध हैं, जो संवर्धन के दौरान वास्तविक समय समायोजन को सक्षम करते हैं[8]. कोशिका स्वास्थ्य मूल्यांकन को ImageXpress Pico माइक्रोस्कोप जैसे उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग सिस्टम द्वारा समर्थित किया जाता है, जो कोशिका गणना और न्यूक्लियर स्टेन इमेज सेगमेंटेशन जैसी प्रक्रियाओं को स्वचालित करता है[2] . ये उपकरण क्वालिटी बाय डिज़ाइन (QbD) सिद्धांतों के साथ संरेखित होते हैं और वर्तमान गुड मैन्युफैक्चरिंग प्रैक्टिसेज (cGMP) का पालन करते हैं, जो पोस्ट-बैच परीक्षण से वास्तविक समय गुणवत्ता नियंत्रण की ओर ध्यान केंद्रित करते हैं[8].
विश्लेषणात्मक उपकरणों के अलावा,
सीरम-मुक्त अनुकूलन के लिए प्रौद्योगिकी तक पहुंच
उपकरणों के अलावा,
यह ध्यान विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि खेती किए गए मांस उद्योग को वित्तीय दबावों का सामना करना पड़ रहा है। जैसा कि कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, डेविस के डेविड ई. ब्लॉक बताते हैं:
"सीएम मीडिया को सभी मौजूदा वाणिज्यिक पशु कोशिका संस्कृति मीडिया की तुलना में काफी सस्ता होना चाहिए ताकि सीएम उत्पादों की कीमत पारंपरिक मांस के साथ समान हो सके"[2].
निष्कर्ष
सटीक निगरानी सफल सीरम-मुक्त अनुकूलन प्राप्त करने में एक प्रमुख भूमिका निभाती है।HPLC, मास स्पेक्ट्रोमेट्री, और फ्लो साइटोमेट्री जैसे उपकरण मेटाबोलिक परिवर्तनों को ट्रैक करने, बाधाओं की पहचान करने, और सेल की जीवन क्षमता को महत्वपूर्ण 90% सीमा से ऊपर बनाए रखने के लिए अनिवार्य हैं[3][9]. इन तकनीकों के बिना, यह निर्धारित करना मुश्किल हो जाता है कि सेल वास्तव में अनुकूलित हो रहे हैं या केवल तनाव के तहत जीवित रह रहे हैं। ये निष्कर्ष आवश्यक उपकरणों की प्राप्ति से संबंधित तार्किक और तकनीकी बाधाओं को संबोधित करने की आवश्यकता को उजागर करते हैं।
विशेषीकृत उपकरण प्राप्त करना एक महत्वपूर्ण बाधा बना रहता है। सीरम-फ्री अनुकूलन एक जटिल प्रक्रिया है, जिसे पूरा करने में अक्सर एक महीने से अधिक समय लगता है[9]. इस जटिलता के लिए उन्नत उपकरणों की पहुंच की आवश्यकता होती है, जिन्हें हमेशा आसानी से प्राप्त नहीं किया जा सकता। ऐसे उपकरणों की खरीद को सरल बनाने वाले प्लेटफॉर्म इसलिए महत्वपूर्ण हैं।जैसा कि पॉलिटेक्निक मॉन्ट्रियल के सेबस्टियन जुआन रेयेस बताते हैं:
"एक ऐतिहासिक रूप से रूढ़िवादी उद्योग को प्रोत्साहित किया जाता है कि वह नई तकनीकों को अपनाकर अपने उत्पादन प्लेटफार्मों को नवाचार और सुधार करे, जैसे ही वे उभरते हैं, प्रक्रिया निगरानी को अतिरिक्त नियामक बोझ के बिना बढ़ाने के लिए"[8] .
वास्तविक समय गुणवत्ता नियंत्रण प्रणालियों की शुरुआत ने प्रक्रियाओं को तुरंत समायोजित करना संभव बना दिया है, निर्णयों का मार्गदर्शन करने के लिए निरंतर डेटा का उपयोग करते हुए[8].
इन विश्लेषणात्मक विधियों पर आधारित,
सामान्य प्रश्न
कौन से मेट्रिक्स सबसे अच्छे तरीके से साबित करते हैं कि कोशिकाएं वास्तव में सीरम-फ्री मीडिया के लिए अनुकूलित हैं?
सीरम-फ्री मीडिया में सफलतापूर्वक बदलाव के प्रमुख संकेतकों में शामिल हैं विकास गतिशीलता, अंतःकोशिकीय मेटाबोलाइट प्रोफाइल, पोषक तत्व उपयोग दरें (जैसे ग्लूकोज, ग्लूटामाइन, ग्लाइसिन, और सिस्टीन), और कोशिका जीवन्तता. ये मेट्रिक्स यह स्पष्ट चित्र प्रदान करते हैं कि कोशिकाएं कितनी अच्छी तरह अनुकूलित हो रही हैं जबकि उनके सामान्य कार्यों को संरक्षित कर रही हैं।
सीरम-मुक्त अनुकूलन के दौरान पोषक तत्वों की बाधाओं का जल्दी पता कैसे लगाएं?
पोषक तत्वों की सीमाओं को जल्दी पहचानने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि आप चयापचय गतिविधि और पोषक तत्वों के उपयोग पर नजर रखें। स्पेंट मीडिया विश्लेषण जैसी तकनीकें ग्लूकोज, ग्लूटामाइन, ग्लाइसिन, और सिस्टीन जैसे महत्वपूर्ण पोषक तत्वों की खपत में भिन्नताओं की पहचान कर सकती हैं। इसके अतिरिक्त, चयापचय प्रोफाइलिंग ग्लाइकोलिटिक और ऑक्सीडेटिव मार्गों में परिवर्तनों का पता लगा सकती है। नियमित रूप से मेटाबोलाइट स्तरों और पोषक तत्वों के उपभोग दरों को ट्रैक करके, आप अपने मीडिया या फीडिंग विधियों में समय पर समायोजन कर सकते हैं, जिससे सीरम-मुक्त अनुकूलन के सुचारू होने की संभावना बढ़ जाती है।
मुझे फ्लो साइटोमेट्री, मेटाबोलोमिक्स, या ट्रांसक्रिप्टोमिक्स का उपयोग कब करना चाहिए?
फ्लो साइटोमेट्री, मेटाबोलोमिक्स, और ट्रांसक्रिप्टोमिक्स प्रत्येक सीरम-मुक्त मीडिया के लिए सेल लाइनों के समायोजन का अध्ययन करते समय अद्वितीय अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।फ्लो साइटोमेट्री कोशिका के लक्षणों जैसे कि जीवन क्षमता और सतह मार्करों का मूल्यांकन करने के लिए आदर्श है। मेटाबोलोमिक्स सेलुलर मेटाबोलाइट्स के विश्लेषण में गहराई से जाती है, पोषक तत्वों की खपत और मेटाबोलिक परिवर्तनों पर प्रकाश डालती है। इस बीच, ट्रांसक्रिप्टोमिक्स जीन अभिव्यक्ति पर केंद्रित है, जो आणविक प्रतिक्रियाओं और नियामक मार्गों की पहचान करने में मदद करता है। इन विधियों के बीच चयन इस बात पर निर्भर करता है कि आप कोशिका फेनोटाइप, मेटाबोलिज्म, या जीन नियमन को लक्षित कर रहे हैं।