Kiểm tra vô trùng là rất quan trọng trong sản xuất thịt nuôi cấy, nơi mà ngay cả sự nhiễm bẩn nhỏ cũng có thể dẫn đến thất bại lô hàng tốn kém. Quá trình này đảm bảo không có vi sinh vật có hại nào làm gián đoạn hoạt động của bioreactor, bảo vệ cả chất lượng sản phẩm và khả năng tài chính. Với tỷ lệ nhiễm bẩn trung bình là 11,2% - và tăng lên 19,5% đối với sản xuất quy mô lớn - các nhà sản xuất đối mặt với những thách thức đáng kể trong việc duy trì môi trường vô trùng.
Các điểm chính bao gồm:
- Các nguồn nhiễm bẩn chính: Nhân sự, nguyên liệu thô và hoạt động của bioreactor là những điểm xâm nhập phổ biến cho vi khuẩn.
- Phương pháp kiểm tra: Lọc màng cho khối lượng lớn, tiêm trực tiếp cho mẫu nhỏ hơn, và kiểm tra bioburden trong quá trình sản xuất được sử dụng rộng rãi.
- Giám sát thời gian thực: Các công cụ như cảm biến oxy hòa tan và phân tích khí thải cho phép phát hiện sớm hoạt động của vi khuẩn.
- Công Nghệ Mới Nổi: Giám sát dựa trên AI, khử trùng bằng plasma lạnh và hệ thống hình ảnh tự động cung cấp quản lý ô nhiễm nhanh hơn và chính xác hơn.
Đối với các nhà sản xuất thịt nuôi cấy, việc kết hợp các bài kiểm tra vô trùng truyền thống với các giải pháp giám sát tiên tiến là cần thiết để giảm rủi ro và cải thiện hiệu quả sản xuất.
Rocker Discover - Làm Thế Nào Để Thực Hiện Kiểm Tra Vô Trùng?
sbb-itb-ffee270
Các Nguồn Ô Nhiễm Trong Hệ Thống Bioreactor
Để ngăn ngừa thất bại lô trong hệ thống bioreactor, điều quan trọng là xác định nguồn gốc của ô nhiễm. Các chất gây ô nhiễm thường rơi vào ba loại chính: vi sinh, hạt và nội độc tố. Mỗi loại đều có những thách thức riêng cho sản xuất thịt nuôi cấy, làm cho việc phát triển các chiến lược phòng ngừa cụ thể trở nên cần thiết.
Nhân viên là nguồn chính gây ô nhiễm, thường giới thiệu các chất gây ô nhiễm thông qua việc rụng da, mặc đồ không đúng cách hoặc vệ sinh tay kém [4][7]. Ngay cả với các quy trình nghiêm ngặt, các chuyển động đơn giản có thể làm gián đoạn luồng không khí, dẫn đến sự hỗn loạn hoặc các khu vực tù đọng nơi các chất gây ô nhiễm có thể tích tụ [4][9]. U.S. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm nhấn mạnh các rủi ro liên quan, tuyên bố rằng, "bất kỳ thao tác thủ công hoặc cơ học nào đối với thuốc đã tiệt trùng, thành phần, thùng chứa hoặc nắp đậy trước hoặc trong quá trình lắp ráp vô trùng đều có nguy cơ gây ô nhiễm và do đó cần kiểm soát cẩn thận" [4].
Các yếu tố môi trường cũng đóng vai trò quan trọng.Ví dụ, việc không duy trì áp suất dương từ 10–15 Pascal có thể cho phép không khí chưa lọc xâm nhập vào các khu vực vô trùng [3][4]. Ngoài ra, các vấn đề như hiệu suất kém của bộ lọc HEPA - khi khả năng giữ lại hạt giảm xuống dưới 99,97% - hoặc bộ lọc khí nén bị tổn hại có thể nhanh chóng làm suy giảm độ vô trùng [4].
Ô nhiễm Nguyên liệu thô và Dòng tế bào
Nguyên liệu thô đi vào hệ thống bioreactor là một nguy cơ ô nhiễm lớn. Các thành phần chưa được xác minh, thành phần môi trường tăng trưởng và dòng tế bào (có sẵn thông qua các thị trường B2B chuyên biệt) có thể giới thiệu các mầm bệnh cơ hội [2]. Môi trường giàu dinh dưỡng của môi trường nuôi cấy tế bào đặc biệt dễ bị ô nhiễm, làm cho các quy trình sản xuất thịt nuôi cấy dễ bị tổn thương hơn so với các quy trình vi sinh [8].
Các thành phần nhạy cảm với nhiệt không thể chịu được quá trình tiệt trùng bằng nồi hấp đặc biệt rủi ro, vì chúng yêu cầu các phương pháp tiệt trùng thay thế như lọc [1][8]. Hơn nữa, quá trình cấy giống tự nó mang theo những rủi ro vốn có. Ngay cả khi màng được khử trùng bằng cồn hoặc các quy trình được thực hiện gần ngọn lửa mở, không có sự đảm bảo tuyệt đối chống lại sự nhiễm bẩn trong quá trình giới thiệu dòng tế bào [8]. Những rủi ro này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xác minh nguyên liệu thô kỹ lưỡng trước khi chúng được đưa vào hệ thống.
Rủi ro Vận hành Bioreactor
Các hoạt động hàng ngày trong bioreactor tạo ra nhiều cơ hội nhiễm bẩn. Lấy mẫu thủ công đặc biệt có rủi ro cao, vì mỗi điểm truy cập làm tăng khả năng đưa vào các chất gây nhiễm bẩn [1].Các vấn đề như niêm phong bị xâm phạm, vòng đệm O bị hỏng, hoặc đóng kín không được tiệt trùng càng làm tăng nguy cơ [4][8]. Ngoài ra, việc chuyển vật liệu từ các khu vực phân loại thấp hơn vào các khu vực phân loại cao hơn mà không khử trùng đúng cách là một điểm yếu quan trọng khác [7].
Duy trì kiểm soát môi trường nghiêm ngặt là điều không thể thương lượng. Chênh lệch áp suất giữa các khu vực phòng sạch nên được giám sát liên tục, và bất kỳ thay đổi bất thường nào phải được điều tra ngay lập tức [4]. Trong các khu vực quan trọng Class 100 (ISO 5), số lượng hạt có kích thước ≥0.5 μm phải duy trì dưới 3,520 hạt trên mỗi mét khối trong quá trình hoạt động [4].Hơn nữa, việc phun sương chất khử trùng hoặc cồn isopropyl 70% gần các thiết bị lấy mẫu không khí có thể làm tăng chỉ số hạt, trong khi ngưng tụ trên bộ lọc khí có thể gây tắc nghẽn hoặc khuyến khích sự phát triển của vi sinh vật [4][7].
Những rủi ro vận hành này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thực hiện các phương pháp kiểm tra độ vô trùng nghiêm ngặt để bảo vệ các quy trình của bioreactor.
Phương Pháp Kiểm Tra Độ Vô Trùng cho Bioreactors
So Sánh Các Phương Pháp Kiểm Tra Độ Vô Trùng cho Bioreactors
Việc chọn phương pháp kiểm tra độ vô trùng phù hợp cho bioreactors phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước của bioreactor, giai đoạn sản xuất và thách thức về quy mô, và thành phần của mẫu - đặc biệt khi có chất ức chế. Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp, lọc màng là phương pháp được lựa chọn [3].Trong khi đó, các kỹ thuật phân tử như PCR cung cấp khả năng phát hiện nhanh hơn cho các chất gây ô nhiễm cụ thể. Dưới đây, chúng tôi sẽ khám phá các phương pháp được điều chỉnh cho sản xuất thịt nuôi cấy, giải quyết các thách thức độc đáo của cả thử nghiệm mẫu lớn và nhỏ.
Đối với các mẫu có khối lượng lớn, phổ biến trong các lò phản ứng sinh học quy mô công nghiệp, lọc màng sử dụng màng 0.45 µm để tập trung vi sinh vật, cải thiện độ nhạy phát hiện [10]. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với các mẫu chứa kháng sinh vì việc rửa có thể loại bỏ các chất ức chế trước khi ủ. Mặt khác, tiêm trực tiếp, nơi mà vật liệu thử nghiệm được thêm trực tiếp vào môi trường nuôi cấy, hoạt động tốt hơn cho các mẫu có khối lượng nhỏ hơn nhưng gặp khó khăn trong việc xử lý các chất ức chế. Sau khi tập trung mẫu và loại bỏ các chất ức chế, việc ủ và xác nhận đảm bảo độ chính xác của kết quả.
Các xét nghiệm vô trùng truyền thống dựa vào thời gian ủ 14 ngày để xác nhận sự phát triển của vi sinh vật bằng mắt thường [3]. Các môi trường thường được sử dụng bao gồm Fluid Thioglycollate Medium (FTM) cho vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí, và Soya-bean Casein Digest (SCD) cho nấm và vi khuẩn hiếu khí. Trước khi tiến hành bất kỳ xét nghiệm vô trùng nào, điều quan trọng là phải xác nhận rằng sản phẩm không ức chế sự phát triển của vi sinh vật thông qua thử nghiệm kìm khuẩn và kìm nấm.
Đối với việc giám sát quy trình liên tục, kiểm tra tải lượng vi sinh định lượng cung cấp một giải pháp thực tế hơn so với các xét nghiệm vô trùng nhị phân, đặc biệt là trong sản xuất thịt nuôi cấy. Không giống như các xét nghiệm vô trùng chỉ cung cấp kết quả đơn giản đậu/rớt, kiểm tra tải lượng vi sinh đo lường đơn vị hình thành khuẩn lạc (CFU) để đảm bảo mức độ vi sinh vật duy trì trong giới hạn chấp nhận được.Phương pháp này phù hợp với các tiêu chuẩn thực phẩm mới nổi, cân bằng giữa các kiểm soát dược phẩm nghiêm ngặt và thực tế kinh tế của sản xuất thực phẩm quy mô lớn.
Đối với các vật tư kiểm tra vô trùng và giải pháp bioreactor, các chuyên gia thịt nuôi cấy có thể tìm đến các nhà cung cấp đáng tin cậy như
| Phương pháp | Ứng dụng tốt nhất | Lợi thế chính | Hạn chế chính |
|---|---|---|---|
| Lọc màng | Khối lượng lớn; mẫu có chất ức chế | Tập trung vi sinh vật và loại bỏ các chất gây nhiễu [3] | Yêu cầu thời gian ủ 14 ngày [3] |
| Tiêm trực tiếp | Khối lượng nhỏ không có chất ức chế | Thêm vô trùng đơn giản | Giới hạn cho khối lượng nhỏ; bị ảnh hưởng bởi chất ức chế [3] |
| Kiểm tra Bioburden | Giám sát trong quá trình với giới hạn vi sinh vật đặt ra | Cung cấp đánh giá định lượng | Không phù hợp để xác minh vô trùng cuối cùng [3] |
Giám sát thời gian thực và đảm bảo vô trùng
Dựa vào các thử nghiệm vô trùng truyền thống kéo dài 14 ngày đi kèm với rủi ro mất toàn bộ lô hàng nếu phát hiện nhiễm bẩn quá muộn.Giám sát thời gian thực cung cấp một giải pháp chủ động bằng cách theo dõi các thông số quy trình quan trọng khi chúng xảy ra. Điều này cho phép hành động ngay lập tức nếu có sự cố xảy ra. Trong sản xuất thịt nuôi cấy, nơi các lần chạy bioreactor kéo dài hàng tuần và sử dụng môi trường tăng trưởng đắt đỏ, việc phát hiện sớm sự nhiễm bẩn có thể tiết kiệm hàng nghìn bảng Anh và tránh sự chậm trễ trong sản xuất. Bằng cách kết hợp dữ liệu thời gian thực với các thử nghiệm vô trùng thông thường, các nhà sản xuất có thể thu hẹp khoảng cách giữa xác nhận bị trì hoãn và can thiệp nhanh chóng.
Giám Sát Dựa Trên Cảm Biến
Các chỉ số chính như oxy hòa tan (DO) và mức độ pH có thể báo hiệu sự nhiễm bẩn sớm. Khi vi khuẩn hoặc nấm xâm nhập vào bioreactor, chúng nhanh chóng tiêu thụ oxy - làm cho mức DO giảm - và giải phóng các axit chuyển hóa làm giảm pH đáng kể [12]. Những thay đổi này có thể được phát hiện hàng giờ trước khi sự nhiễm bẩn trở nên rõ ràng về mặt thị giác.Trong khi các thử nghiệm vô trùng truyền thống xác nhận kết quả sau quá trình, giám sát thời gian thực hoạt động như một biện pháp bảo vệ, đảm bảo quá trình diễn ra đúng hướng và giải quyết các rủi ro nhiễm bẩn sớm hơn.
Phân tích khí thải, sử dụng khối phổ kế từ trường, liên tục đo lường mức độ oxy và carbon dioxide trong khí thải của một bioreactor. Trong các nghiên cứu kiểm soát nhiễm bẩn, phương pháp này đã xác định sự phát triển vi sinh vật trong vòng 22,4 giờ thông qua sự thay đổi oxy, trong khi phát hiện dựa trên pH chậm hơn ở mức 25,8 giờ [13]. Hệ thống từ trường cung cấp các phép đo oxy chính xác với độ chính xác lên đến 0,003% (v/v) trong bảy ngày, vượt trội hơn so với các máy dò từ trường truyền thống, chỉ chính xác đến ±0,2% (v/v) [13].
Cảm biến quang phổ cung cấp giám sát không xâm lấn qua các bức tường của bioreactor sử dụng một lần, điều này rất quan trọng để duy trì vô trùng.Quang phổ UV-vis có thể phát hiện tổn thương màng bằng cách đo sự hấp thụ ánh sáng ở 350–400 nm, trong khi các vật liệu nội bào bị rò rỉ xuất hiện ở 800–900 nm [14]. Các đầu dò điện dung, là các cảm biến thương mại duy nhất được thiết kế để đo mật độ tế bào sống, thực hiện điều này bằng cách phát hiện sự thay đổi trong phân cực màng [14]. Đối với các cơ sở quản lý nhiều bioreactor, các công cụ như Rapid Multi-Stream Sampler có thể giám sát đồng thời lên đến 16 dòng khí [13].
Các hệ thống dựa trên cảm biến này, kết hợp với các kiểm soát môi trường, như phòng ngừa ô nhiễm HVAC, tạo ra một hàng rào bảo vệ mạnh mẽ chống lại ô nhiễm.
Kiểm soát Môi trường và Áp suất
Duy trì áp suất dương giữa các khu vực phòng sạch là rất quan trọng để ngăn chặn các chất gây ô nhiễm xâm nhập [3].Hệ thống áp suất dương, khi kết hợp với lọc HEPA, hoạt động như các rào cản vật lý chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật. Cảnh báo âm thanh hoặc hình ảnh trên bộ lọc HEPA có thể ngay lập tức thông báo cho nhân viên nếu áp suất giảm xuống dưới mức chấp nhận được [3].
Đếm hạt không khả thi là một lớp phòng thủ khác. Máy đếm hạt laser liên tục xác minh rằng môi trường đáp ứng các tiêu chuẩn sạch không khí ISO trong quá trình hoạt động. Bằng cách giám sát cả các hạt 0.5 µm và 5.0 µm, các thiết bị này đảm bảo chất lượng không khí duy trì trong giới hạn yêu cầu [7]. Nếu xảy ra các sai lệch không mong đợi - chẳng hạn như sự giảm đột ngột của DO hoặc dao động pH - việc cô lập ngay lập tức bioreactor bị ảnh hưởng và ngừng bổ sung thức ăn có thể ngăn chặn sự lây lan của ô nhiễm [12].
Để tìm nguồn cung cấp cảm biến chuyên dụng và thiết bị phù hợp với hoạt động sản xuất thịt nuôi cấy, các công ty như
Công Nghệ Mới Trong Kiểm Tra Vô Trùng
Các phương pháp kiểm tra vô trùng truyền thống thường không đạt yêu cầu do thời gian ủ kéo dài 14 ngày và phụ thuộc vào việc lấy mẫu thủ công, điều này có thể để lại khoảng trống trong việc phát hiện. Các công nghệ mới hơn đang can thiệp để giải quyết những thách thức này, cung cấp khả năng phát hiện ô nhiễm nhanh hơn và chính xác hơn. Điều này đặc biệt quan trọng trong sản xuất thịt nuôi cấy, nơi chi phí cao của môi trường tăng trưởng và thời gian nuôi cấy kéo dài khiến ô nhiễm giai đoạn cuối trở thành cơn ác mộng tài chính.
Hệ Thống Giám Sát Dựa Trên AI
Trí tuệ nhân tạo đang định hình lại việc phát hiện ô nhiễm bằng cách phân tích dữ liệu thời gian thực để xác định sự xâm nhập của vi sinh vật.Khi vi khuẩn xâm nhập vào một bioreactor, chúng tiêu thụ oxy và sản xuất các axit chuyển hóa, dẫn đến sự giảm đáng kể trong mức oxy hòa tan và độ pH. Các hệ thống AI có thể phát hiện những sự lệch lạc trong tiêu thụ oxy và chất dinh dưỡng, cảnh báo khả năng nhiễm bẩn sớm hơn nhiều so với kiểm tra tải lượng vi sinh và các giao thức vô trùng truyền thống có thể cung cấp kết quả [12].
Các nền tảng AI này cũng kết hợp các mô hình toán học để xác định chính xác thời điểm xảy ra nhiễm bẩn và mô phỏng cách các quần thể vi sinh vật phát triển theo thời gian. Điều này giúp các nhà vận hành truy tìm nguồn gốc nhiễm bẩn, cho dù đó là nguồn cấp liệu bị lỗi, sự cố vận hành, hay vấn đề thiết bị. Các kỹ thuật như phân tích xác suất Poisson còn nâng cao độ chính xác của kiểm tra tải lượng vi sinh, giảm khả năng âm tính giả [12].
"Các mô hình toán học hỗ trợ trong việc ước tính thời gian giới thiệu ô nhiễm và động lực phát triển vi sinh vật, cải thiện khả năng truy xuất nguồn gốc ô nhiễm." - Naveenganesh Muralidharan, Quản lý cấp cao, MSAT, AGC Biologics [12]
Khi các bất thường được phát hiện, hành động ngay lập tức - chẳng hạn như cô lập bioreactor và ngừng tất cả các bổ sung thức ăn - có thể ngăn chặn vấn đề lan rộng [12]. Một phương pháp tiếp cận có hệ thống bao gồm kiểm tra bioburden, xác định phân tử và phân tích tốc độ tăng trưởng là cần thiết để xác định nguyên nhân gốc rễ và thực hiện các biện pháp khắc phục. Các công cụ AI này thu hẹp khoảng cách giữa các phương pháp truyền thống và quản lý ô nhiễm chủ động.
Khử trùng Plasma Lạnh
Công nghệ plasma lạnh cung cấp một lựa chọn khử trùng không nhiệt, đặc biệt phù hợp cho sản xuất thịt nuôi cấy.Hoạt động ở hoặc gần nhiệt độ phòng, nó lý tưởng để tiệt trùng các thành phần nhạy cảm như các bộ phận của bioreactor, cảm biến và nhựa không thể chịu được nhiệt của phương pháp hấp tiệt trùng truyền thống [15][16][17]. Phương pháp này sử dụng các loại oxy và nitơ phản ứng, cùng với ánh sáng UV, để phá vỡ màng vi sinh vật và DNA. Nó hiệu quả chống lại nhiều loại chất gây ô nhiễm, bao gồm bào tử vi khuẩn (Bacillus, Clostridium), nấm, virus, và thậm chí cả prion [15][17].
Một trong những đặc điểm nổi bật của plasma lạnh là nó không để lại cặn độc hại. Khi nguồn điện bị tắt, các loài phản ứng nhanh chóng trở lại thành oxy, loại bỏ nhu cầu cho giai đoạn giải hấp [16][18].Nó cũng tiết kiệm năng lượng, chỉ cần một ổ cắm điện tiêu chuẩn thay vì các nguồn nhiệt dựa trên nhiên liệu hóa thạch [15][16]. Ví dụ, các nghiên cứu cho thấy rằng plasma lạnh có thể đạt được >5 log giảm trong Bacillus cereus bào tử trong vòng 25 phút ở công suất 300W [15].
Tuy nhiên, công nghệ này không phải là không có hạn chế. Hiệu quả khử trùng của nó chủ yếu là trên bề mặt, có nghĩa là nó gặp khó khăn trong việc thâm nhập vào các hình dạng phức tạp nơi vi khuẩn có thể ẩn náu trong các khe nứt hoặc rãnh [15][16]. Hàm lượng protein hoặc chất béo cao trong môi trường bioreactor cũng có thể bảo vệ vi khuẩn bằng cách thu gom các loài phản ứng, làm giảm hiệu quả khử trùng [15][18].
| Tính năng | Plasma lạnh |
|---|---|
| Ưu điểm | Không nhiệt, không độc hại, tiết kiệm năng lượng, không có dư lượng, nhanh chóng[16] |
| Hạn chế | Thâm nhập hạn chế, hiệu quả giảm trong các hình dạng phức tạp[15][16] |
Hệ thống phát hiện tự động dựa trên hình ảnh
Thêm vào hỗn hợp, các hệ thống hình ảnh tự động cung cấp một công cụ mạnh mẽ để phát hiện ô nhiễm theo thời gian thực. Các hệ thống này cung cấp cái nhìn sâu sắc về hình thái chi tiết của sự phát triển tế bào, điều này rất quan trọng để phát hiện các mô hình ô nhiễm khi chúng xảy ra[19].Không giống như kính hiển vi truyền thống ngoại tuyến - yêu cầu lấy mẫu và nhuộm màu thủ công - hình ảnh tự động tích hợp liền mạch vào các thiết lập giám sát trực tuyến hoặc tại chỗ. Điều này cho phép các nhà vận hành giám sát sinh khối và sức khỏe tế bào mà không làm ảnh hưởng đến tính vô trùng [19].
Bằng cách giảm thiểu can thiệp thủ công, các hệ thống này giảm thiểu lỗi con người và cải thiện khả năng tái lập trong các quy trình nuôi cấy [19]. Các thuật toán xử lý hình ảnh tiên tiến có thể theo dõi tiến trình lên men, tối ưu hóa sản xuất chất chuyển hóa và đảm bảo tính nhất quán - một yếu tố quan trọng khi mở rộng quy trình sinh học [19].
"Sự sẵn có của các kỹ thuật lấy mẫu tiên tiến kết hợp với các công cụ đo lường tự động...có thể giảm đáng kể thời gian cần thiết cho việc lựa chọn chủng, phát triển quy trình và kiểm soát quy trình bằng cách giảm số bước trong quy trình sản xuất/nuôi cấy, đặc biệt là các bước thủ công, và cắt giảm sự lan truyền lỗi." - A.C. Veloso và E.C. Ferreira, Đại học Minho [19]
Mặc dù có những lợi thế, việc tích hợp các hệ thống này không phải lúc nào cũng đơn giản. Nuôi cấy tế bào rất phức tạp, nguyên liệu thô khác nhau, và cảm biến phải chịu được các phương pháp tiệt trùng khắc nghiệt như hơi nước hoặc chiếu xạ gamma [19]. Đối với các công ty muốn áp dụng các công nghệ này, các nền tảng như
Kết luận
Đảm bảo vô trùng cho bioreactor trong sản xuất thịt nuôi cấy không phải là nhiệm vụ nhỏ, nhưng một chiến lược kiểm tra vô trùng tích hợp có thể làm cho nó khả thi.Chiến lược này kết hợp các phương pháp truyền thống, như lọc màng cho các mẫu có thể tích lớn và tiêm trực tiếp cho các mẫu nhỏ hơn, với các công cụ phân tử hiện đại như PCR và qPCR để sàng lọc nhanh mầm bệnh. Ngoài ra, giám sát môi trường - thông qua lấy mẫu không khí và lau bề mặt - bổ sung một biện pháp bảo vệ thêm, giải quyết rủi ro ô nhiễm trong hệ thống HVAC, phát hiện ô nhiễm tiềm ẩn trước khi nó có thể ảnh hưởng đến các bình sản xuất [11].
Lựa chọn phương pháp kiểm tra phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước mẫu, sự hiện diện của các chất có thể gây nhiễu kết quả, và liệu trọng tâm là xác nhận vô trùng hoàn toàn hay chỉ đơn giản là giám sát tải lượng vi sinh. Lấy mẫu từ nhiều điểm trong bioreactor - trên, giữa và dưới - giúp tạo ra một hồ sơ vi sinh toàn diện và giảm khả năng bỏ sót ô nhiễm cục bộ [1].Điều này đặc biệt quan trọng vì rủi ro ô nhiễm trong sản xuất thịt nuôi cấy cao hơn đáng kể so với sản xuất dược phẩm sinh học, nhấn mạnh sự cần thiết của các quy trình vô trùng nghiêm ngặt [6].
Yếu tố then chốt để duy trì tính vô trùng của môi trường trong các bioréacteur là lựa chọn đúng thiết bị. Các công cụ như hệ thống lấy mẫu vô trùng với septa đã được tiệt trùng trước và bộ lọc HEPA có khả năng bắt giữ 99,97% các hạt lớn hơn 0,3 μm là rất cần thiết [4]. Các nền tảng như
Khi ngành công nghiệp phát triển, các phương pháp vô trùng lai đang trở nên ngày càng quan trọng.Áp dụng các kiểm soát đạt tiêu chuẩn dược phẩm trong các giai đoạn đầu của chuỗi hạt giống, trong khi áp dụng các tiêu chuẩn thực phẩm cho sản xuất quy mô lớn, tạo ra sự cân bằng giữa an toàn và hiệu quả chi phí [5][6]. Những biện pháp tích hợp này sẽ là nền tảng cho sản xuất thịt nuôi cấy an toàn và hiệu quả khi lĩnh vực này tiếp tục phát triển.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên nhân chính gây ô nhiễm trong các hệ thống bioreactor sử dụng cho sản xuất thịt nuôi cấy là gì?
Ô nhiễm trong các hệ thống bioreactor xảy ra khi môi trường vô trùng bị gián đoạn hoặc khi môi trường giàu dinh dưỡng cung cấp điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn phát triển. Điều này có thể do nhiều yếu tố, chẳng hạn như vi phạm trong quá trình lấy mẫu, bảo trì hoặc thu hoạch tế bào; bộ lọc khí bị hỏng hoặc bị chặn; ô nhiễm đã có sẵn trong môi trường tăng trưởng; hoặc các khe hở tạm thời được tạo ra khi lắp đặt hoặc bảo dưỡng cảm biến.Ngoài ra, thiết bị bị mòn có thể phát tán các hạt vi nhựa, có thể trở thành nơi cư trú cho vi sinh vật.
Trong sản xuất thịt nuôi cấy, ngay cả sự nhiễm bẩn nhỏ nhất cũng có thể làm ảnh hưởng đến cả an toàn và sản lượng của một lô hàng. Để giảm thiểu những rủi ro này, điều quan trọng là đầu tư vào thiết bị chất lượng cao như bộ lọc vô trùng, bioreactor và bộ cảm biến tuân thủ các tiêu chuẩn vô trùng nghiêm ngặt. Các nền tảng như
Trí tuệ nhân tạo cải thiện kiểm tra vô trùng trong bioreactor như thế nào?
Hệ thống dựa trên AI đang chuyển đổi việc kiểm tra vô trùng trong bioreactor thịt nuôi cấy bằng cách cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực thông qua giám sát liên tục.Sử dụng các cảm biến sinh học tiên tiến, các hệ thống này theo dõi các yếu tố quan trọng như pH, oxy hòa tan, và các chất chuyển hóa thiết yếu như glucose và axit amin. Tất cả điều này diễn ra mà không cần kiểm tra thủ công, điều này giảm đáng kể nguy cơ nhiễm bẩn.
Điều làm cho các hệ thống này nổi bật là khả năng phân tích dữ liệu bằng cách sử dụng các thuật toán so sánh các chỉ số với các tiêu chuẩn vô trùng đã được thiết lập. Điều này có nghĩa là chúng có thể phát hiện ngay cả những dấu hiệu nhỏ nhất của sự phát triển vi sinh vật sớm hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Ngoài việc phát hiện, phân tích dự đoán cũng được áp dụng, xác định các rủi ro tiềm ẩn như vấn đề trong quá trình lắp đặt cảm biến hoặc xâm nhập qua các cổng. Các hệ thống này thậm chí còn đề xuất các biện pháp khắc phục để giúp nhà sản xuất tránh mất mát lô hàng đắt đỏ.
Kính hiển vi được hỗ trợ bởi AI thêm một lớp hiệu quả khác bằng cách phân biệt ngay lập tức giữa các tế bào khỏe mạnh và các chất gây ô nhiễm, tăng tốc quá trình xác minh vô trùng.Đối với các nhà sản xuất, các nền tảng như
Những thách thức nào hạn chế việc sử dụng khử trùng bằng plasma lạnh trong các lò phản ứng sinh học cho sản xuất thịt nuôi cấy?
Khử trùng bằng plasma lạnh có hiệu quả trong việc trung hòa vi sinh vật, nhưng nó đi kèm với một loạt thách thức khi áp dụng cho các lò phản ứng sinh học trong sản xuất thịt nuôi cấy. Một vấn đề lớn là độ sâu thâm nhập hạn chế của các loài phản ứng được tạo ra bởi plasma. Điều này làm cho việc khử trùng các khối lượng lớn hoặc môi trường dày đặc trở nên khó khăn. Hơn nữa, việc đạt được độ phủ plasma đồng đều trên toàn bộ lò phản ứng trở nên ngày càng khó khăn khi kích thước hệ thống tăng lên.
Việc mở rộng hệ thống plasma lạnh từ môi trường phòng thí nghiệm đến các lò phản ứng sinh học quy mô thương mại giới thiệu thêm nhiều trở ngại.Các lò phản ứng lớn hơn đòi hỏi tỷ lệ công suất trên thể tích cao hơn, điều này có thể dẫn đến thời gian tiệt trùng không thực tế. Nhiều hệ thống plasma lạnh cũng hoạt động trong điều kiện chân không hoặc dựa vào các khí phản ứng, làm tăng độ phức tạp về mặt an toàn, tuân thủ quy định và thiết kế thiết bị. Những yếu tố này làm cho phương pháp này kém lý tưởng cho các lò phản ứng sinh học quy mô lớn thường được yêu cầu trong sản xuất thịt nuôi cấy thương mại.
Một mối quan tâm khác là khả năng gây hại do các loài oxy và nitơ phản ứng (RONS), là chìa khóa để vô hiệu hóa vi sinh vật. Những loài phản ứng này có thể gây hại cho các tế bào động vật có vú nhạy cảm hoặc làm suy giảm các thành phần môi trường, đòi hỏi tối ưu hóa cẩn thận để duy trì khả năng sống của tế bào. Do đó, plasma lạnh thường được sử dụng kết hợp với các kỹ thuật tiệt trùng khác thay vì là một giải pháp độc lập.
