Nếu bạn thực hiện truyền dịch cho thịt nuôi cấy, lựa chọn thiết lập thường phụ thuộc vào một câu hỏi: bạn muốn gánh nặng chính nằm ở đâu - trong các đường dẫn dòng dùng một lần hay trong việc làm sạch và tái xác nhận?
Tôi thấy sự phân chia như sau:
- Dùng một lần thường phù hợp với R&D, công việc thí điểm và các đợt chạy ngắn
- Thủy tinh hoặc thép không gỉ tái sử dụng thường phù hợp với các chiến dịch ổn định và sử dụng nhà máy chung
- Trong cả hai trường hợp, giữ tế bào vẫn là điểm áp lực chính, đặc biệt với ATF hoặc TFF
- Lựa chọn không chỉ là về bình chứa; nó cũng thay đổi bố trí ống, kiểm soát bám bẩn, các bước tiệt trùng, và thời gian quay vòng
- Nếu việc giữ lại được tích hợp vào định dạng văn hóa, chẳng hạn như hệ thống giường đóng gói, quyết định chuyển nhiều hơn về phía xử lý, làm sạch và thời gian thiết lập lại giữa các lô
Một chi tiết nổi bật.Ever After Foods cho biết hệ thống giường đóng gói có thể ăn được của họ có thể đạt được sản lượng tương đương với một thiết lập bể khuấy 20,000 L với ít hơn 2,000 L [1]. Đó là sự khác biệt về thể tích bình chứa 10x, nhưng chỉ đối với phương pháp giữ lại đó. Vì vậy, tôi sẽ không coi định dạng bình chứa và chiến lược giữ lại là các quyết định riêng biệt.
Bioreactor truyền dịch
sbb-itb-ffee270
So sánh nhanh
| Yếu tố | Dùng một lần | Tái sử dụng |
|---|---|---|
| Kiểm soát vô trùng | Đường dẫn đóng kín đã tiệt trùng trước | Tiệt trùng bằng nhiệt hoặc CIP/SIP |
| Bước thiết lập lại chính | Thay thế đường dẫn dùng một lần | Làm sạch, tiệt trùng, tái xác nhận |
| Bố trí giữ lại | Thường là ATF/TFF bên ngoài trên ống dùng một lần | Thường là ATF/TFF bên ngoài trên phần cứng cố định |
| Phản ứng với tắc nghẽn | Thay thế màng/đường dẫn | Làm sạch và xác minh |
| Phù hợp nhất | Phát triển quy trình, thí điểm, bộ đa dụng | Chiến dịch ổn định, chia sẻ công suất |
| Nhược điểm chính | Chi phí tiêu hao và cung cấp phụ tùng | Gánh nặng làm sạch và thời gian quay vòng chậm hơn |
Vì vậy, nếu bạn đang chọn một thiết lập truyền dịch, tôi sẽ bắt đầu với giai đoạn phát triển, sau đó chế độ nuôi cấy, sau đó phương pháp giữ lại. Điều đó thường giúp bạn nhanh chóng tìm được danh sách ngắn đúng, mà không quá tập trung vào loại tàu một mình.
Thiết lập truyền dịch sử dụng một lần: điểm mạnh, giới hạn và các nút thắt cổ chai điển hình
Giữ tế bào, bố trí ống và cấu hình bơm
Trong các hệ thống sử dụng một lần, thách thức chính chuyển từ việc giữ cho tàu vô trùng sang đường dẫn chất lỏng dùng một lần, đặc biệt là vòng giữ lại.
Các thiết lập này đến đã được tiệt trùng và lắp ráp sẵn, vì vậy có ít bước thiết lập thủ công và ít bước xử lý mở hơn. Trong quy trình làm thịt nuôi cấy, chúng thường được kết hợp với các mô-đun giữ lại ATF hoặc TFF bên ngoài được liên kết thông qua các bộ ống đã được tiệt trùng và xác nhận trước.
Như Yuki Hanyu, CEO của IntegriCulture, đã lưu ý:
"Quá trình này liên quan đến các kết nối ống phức tạp, điều này làm tăng nguy cơ nhiễm khuẩn." [3]
Điểm đó đã được nhấn mạnh.Các đường dẫn dùng một lần được cấu hình sẵn có thể giảm rủi ro đó, nhưng các điểm kết nối vẫn cần được xử lý cẩn thận.
Rủi ro ô nhiễm và quản lý vô trùng trong các đường dẫn dùng một lần kín
Hệ thống dùng một lần giảm rủi ro ô nhiễm và tăng tốc độ thay đổi vì đường dẫn chất lỏng có thể vứt bỏ. Điều đó làm cho chúng phù hợp với giai đoạn phát triển ban đầu, chạy thử nghiệm và các chiến dịch ngắn.
Nút thắt chính vẫn là phần cứng giữ lại. Nhiều hệ thống dựa vào các mô-đun ATF hoặc TFF bên ngoài, ngay cả trong một đường dẫn dùng một lần kín. Một số thiết kế dùng một lần hiện nay tích hợp giữ lại, hoặc sử dụng định dạng giường đóng gói để giảm sự phụ thuộc vào các mô-đun bên ngoài [1]. Trong thực tế, sự đánh đổi giữa dùng một lần và tái sử dụng thường quyết định nơi nào dùng một lần phù hợp nhất.
Khi nào dùng một lần là sự lựa chọn phù hợp
Dùng một lần có xu hướng hoạt động tốt nhất khi việc triển khai nhanh chóng và vận hành đơn giản quan trọng hơn cơ sở hạ tầng được xây dựng cho các chiến dịch dài hạn.
Điều đó làm cho nó phù hợp với:
- phát triển quy trình giai đoạn đầu
- chạy thử nghiệm
- môi trường đa sản phẩm
Trong những bối cảnh đó, các bộ lắp ráp đã được xác nhận trước giúp giảm sự cố và giúp các nhóm dành nhiều thời gian hơn cho việc học quy trình.
Thiết lập tái sử dụng perfusion: điểm mạnh, giới hạn và các nút thắt cổ chai điển hình
Phần cứng giữ tế bào, ống góp và lựa chọn bơm
Hệ thống tái sử dụng perfusion thường được xây dựng xung quanh cơ sở hạ tầng bể khuấy cố định. Trong nhiều thiết lập, việc giữ tế bào nằm ngoài bioreactor và được xử lý bởi các thiết bị ATF hoặc TFF. Điều đó hoạt động, nhưng nó thêm ống, đầu nối và điểm kiểm soát bổ sung. Nó cũng làm cho việc mở rộng quy mô khó quản lý hơn. Một số bố trí bể khuấy cũng cần khối lượng làm việc lớn hơn nhiều so với các hệ thống nhỏ gọn để đạt được cùng một đầu ra [1].
Bởi vì các hệ thống này phụ thuộc vào các ống dẫn cố định và vòng tuần hoàn, các quyết định phần cứng nhỏ, chẳng hạn như chọn cảm biến cho các lò phản ứng sinh học, có thể có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hàng ngày. Lựa chọn bơm và định tuyến đường ống trực tiếp định hình sự ổn định áp suất, phơi nhiễm cắt và tải bảo trì. Những sự đánh đổi đó trở nên quan trọng hơn nhiều khi việc làm sạch và tái xác nhận là một phần của chu kỳ sản xuất.
Kiểm soát bám bẩn, chu kỳ làm sạch và đảm bảo vô trùng
Với phần cứng cố định, nút thắt cổ chai thường di chuyển khỏi các vật liệu dùng một lần và chuyển sang việc làm sạch đã được xác nhận. Các bình chịu nhiệt có thể được tiệt trùng bằng nồi hấp giữa các chiến dịch, nhưng thời gian quay vòng vẫn được điều chỉnh bởi việc xác nhận làm sạch.
Đối với sản xuất thịt nuôi cấy, cơ sở hạ tầng tái sử dụng cũng cần đáp ứng các yêu cầu cấp thực phẩm như HACCP, GMP và ISO 22000 [4] . Nếu thiết bị được mua, chuyển giao hoặc tái sử dụng, nó phải trải qua quá trình tái xác nhận đầy đủ để xác nhận rằng nó vẫn phù hợp cho các lần sản xuất lặp lại [4].
Khi tái sử dụng là sự phù hợp đúng đắn
Lợi ích chính là sử dụng lặp lại trong các chiến dịch và khách hàng. Cơ sở hạ tầng tái sử dụng có ý nghĩa khi quy trình được xây dựng cho đầu ra ổn định và sử dụng chung, thay vì các lần chạy đơn lẻ. Điều này thường phù hợp cho các CDMO làm việc với nhiều khách hàng thịt nuôi cấy, nơi cơ sở hạ tầng được chia sẻ và tái xác nhận có thể hỗ trợ các chiến dịch sản xuất lặp lại [4].
Hệ thống sử dụng một lần so với tái sử dụng: so sánh trực tiếp qua các yếu tố quan trọng của quy trình
Hệ thống sử dụng một lần so với tái sử dụng: Sự khác biệt chính trong nháy mắt
Bảng so sánh: phù hợp thiết lập theo thiết bị giữ lại, tắc nghẽn, vô trùng và quy mô
Sự khác biệt giữa các thiết lập sử dụng một lần và tái sử dụng dễ thấy nhất khi bạn so sánh chúng với các nút thắt chính đã được thảo luận: giữ lại, tắc nghẽn, vô trùng và thời gian quay vòng. Bảng dưới đây tổng hợp những hạn chế đó vào các quyết định có xu hướng định hình thiết kế quy trình nhiều nhất.
| Yếu tố | Hệ thống truyền dịch dùng một lần | Hệ thống truyền dịch tái sử dụng |
|---|---|---|
| Phạm vi quy mô bioreactor | Từ quy mô thí điểm đến sản xuất | Từ thí điểm đến các chiến dịch quy mô lớn hơn |
| Thiết bị giữ phù hợp | Đường dẫn ATF/TFF dùng một lần; định dạng giường đóng gói có thể ăn được [1] | Phần cứng ATF/TFF bằng thép không gỉ bên ngoài; hoặc hệ thống giường đóng gói [1] |
| Độ phức tạp của ống dẫn | Cao - các bộ ống lắp ráp sẵn với nhiều điểm kết nối [3] | Biến đổi - ống cố định có thể giảm điểm kết nối, nhưng việc làm sạch phức tạp hơn |
| Khả năng bị bám bẩn | Màng lọc dùng một lần được thay thế thay vì làm sạch | Quản lý thông qua các chu kỳ làm sạch đã được xác nhận |
| Phương pháp tiệt trùng | Đường dẫn dùng một lần, chiếu xạ gamma kín | Tiệt trùng bằng nồi hấp hoặc CIP/SIP |
| Gánh nặng làm sạch | Tối thiểu - vứt bỏ sau khi sử dụng | Cao - làm sạch và tái xác nhận giữa các chiến dịch |
| Thời gian quay vòng | Nhanh chóng - không cần làm sạch | Chậm hơn - làm sạch và tiệt trùng thêm thời gian |
| Nút thắt cổ chai điển hình | Chi phí tiêu hao và ma sát chuỗi cung ứng cho các thành phần chuyên dụng | Yêu cầu cơ sở hạ tầng cố định và xác nhận làm sạch |
Ít điểm kết nối hơn giúp giảm nguy cơ ô nhiễm và làm cho việc xác nhận trở nên đơn giản hơn.
Khi lựa chọn ít rõ ràng hơn vẫn là lựa chọn tốt hơn
Lựa chọn tốt hơn có thể thay đổi nhanh chóng khi tốc độ thay đổi quy trình hoặc cơ sở hạ tầng đã lắp đặt quan trọng hơn những gì phổ biến nhất trên giấy tờ.
Cơ sở hạ tầng tái sử dụng hoạt động tốt cho các chiến dịch lặp lại khi quy trình ổn định và dung lượng chia sẻ quan trọng. Sử dụng một lần có xu hướng thắng khi quy trình vẫn đang di chuyển. Nếu việc lựa chọn màng lọc, cấu hình thiết bị giữ lại hoặc thành phần môi trường vẫn đang trong quá trình phát triển, việc khóa mình vào các ống góp cố định và phần mềm điều khiển quy trình sinh học cho các quy trình làm sạch đã được xác nhận có thể đóng băng quyết định quá sớm. Sử dụng một lần giữ cho chu kỳ lặp lại ngắn vì thời gian quay vòng nhanh hơn.
Quyết định cũng có thể thay đổi dựa trên chiến lược giữ lại.Hệ thống giường đóng gói ăn được (EPB) của Ever After Foods, được phát triển hợp tác với Bühler Group và công bố vào tháng 2 năm 2025, loại bỏ hoàn toàn các thiết bị ATF và TFF, sản xuất cùng một sản lượng dưới 2.000 L mà một hệ thống bể khuấy thông thường cần 20.000 L để đạt được [1]. Như CEO Eyal Rosenthal đã nói:
"Nơi mà những người khác cần một bioreactor khổng lồ 20.000 lít, hệ thống của chúng tôi sản xuất cùng một thể tích với ít hơn 2.000 lít, làm cho nó hiệu quả và khả thi hơn." [1]
Nếu việc giữ lại được tích hợp vào định dạng văn hóa, lựa chọn sử dụng một lần so với tái sử dụng trở nên nhiều hơn về xử lý tàu, làm sạch và quay vòng. Lựa chọn thiết lập và chiến lược giữ lại có liên kết với nhau. Tối ưu hóa một trong khi bỏ qua cái khác thường chỉ di chuyển nút thắt cổ chai đến nơi khác.
Sử dụng những sự đánh đổi này để rút ngắn danh sách các thiết lập phù hợp nhất với quy trình của bạn trong phần tiếp theo.
Chọn thiết lập perfusion phù hợp cho hoạt động sản xuất thịt nuôi cấy
Cách rút ngắn danh sách thiết lập phù hợp cho quy trình của bạn
Sử dụng các nút thắt cổ chai ở trên để giảm lựa chọn xuống còn ba bộ lọc: giai đoạn phát triển, chế độ nuôi cấy và chiến lược giữ lại. Đối với công việc R&D và thí điểm ban đầu, các hệ thống sử dụng một lần thường làm cho việc lặp lại nhanh hơn và đơn giản hơn về mặt vô trùng. Trên thực tế, điều đó làm cho hệ thống sử dụng một lần phù hợp khi tốc độ quan trọng hơn cơ sở hạ tầng nhà máy cố định.
Sau đó kiểm tra các ràng buộc quy trình theo thứ tự:
- Giai đoạn phát triển - bộ đồ dùng một lần phù hợp với phát triển quy trình đang hoạt động; bộ đồ tái sử dụng phù hợp với các chiến dịch ổn định, đã được xác nhận
- Chế độ nuôi cấy - nuôi cấy lơ lửng hoặc bám dính định hình định dạng bình chứa và nhu cầu phần cứng giữ lại [1] [2]
- Chiến lược giữ lại - nếu ATF hoặc TFF vẫn đang được sử dụng, hãy tính đến nhu cầu ống và làm sạch bổ sung; nếu việc giữ lại được tích hợp vào định dạng nuôi cấy, lựa chọn sẽ chuyển sang xử lý và quay vòng bình chứa [1]
Đối với các hệ thống tái sử dụng, hãy đảm bảo cơ sở có thể hỗ trợ các chu kỳ làm sạch và tiệt trùng [4].
Điểm chính cần lưu ý
Lựa chọn tốt nhất là lựa chọn loại bỏ được nút thắt chính.Nếu việc giữ lại vẫn chưa được giải quyết, thay đổi định dạng tàu hoặc chiến lược làm sạch chỉ di chuyển vấn đề đến nơi khác. Bắt đầu với giai đoạn, sau đó là chế độ nuôi cấy, rồi đến việc giữ lại, và xem mỗi cái như một bộ lọc hơn là một sở thích.
Câu hỏi thường gặp
Làm thế nào để tôi chọn giữa sử dụng một lần và tái sử dụng trong quá trình lọc?
Điều này chủ yếu phụ thuộc vào quy mô sản xuất và tần suất lô hàng.
Sử dụng một lần thường có ý nghĩa hơn khi số lượng lô hàng thấp hoặc quy trình cần linh hoạt hơn. Chúng có thể giảm chi phí vốn ban đầu và giảm lao động.
Đối với sản xuất khối lượng lớn, trạng thái ổn định, hệ thống tái sử dụng bằng thép không gỉ thường mang lại hiệu quả kinh tế tốt hơn về lâu dài.
Tại sao việc giữ lại tế bào là nút thắt chính trong quá trình perfusion?
Việc giữ lại tế bào là một trong những nút thắt chính trong quá trình perfusion. Trong sản xuất thịt nuôi cấy, quy trình phải hỗ trợ mật độ tế bào cao trong khi liên tục loại bỏ chất thải như amoniac và lactate mà không làm mất tế bào.
Điều đó nghe có vẻ đơn giản trên lý thuyết. Trong thực tế, nó đặt rất nhiều áp lực lên bước giữ lại. Thiết bị phải giữ tế bào trong bioreactor, cho phép môi trường đã sử dụng đi qua, và thực hiện tất cả mà không làm giảm khả năng sống sót khi quy mô tăng lên.
Đây là nơi mà nhiều hệ thống bắt đầu gặp khó khăn. Nhiều thiết kế giữ lại được phát triển từ ngành dược phẩm, nơi mà mục tiêu quy trình và hành vi của tế bào có thể rất khác biệt. Kết quả là, những thiết lập đó thường không được điều chỉnh cho thịt nuôi cấy, điều này có thể dẫn đến hiệu suất quy trình thấp hơn hoặc cần các sắp xếp giữ lại phức tạp hơn.
Khi nào hệ thống giường đóng gói thay đổi quyết định thiết lập?
Một hệ thống giường đóng gói thay đổi quyết định thiết lập khi mục tiêu chính là hiệu suất quy trình cao hơn nhiều và chi phí vốn thấp hơn so với một bioreactor bể khuấy.
Môi trường tăng trưởng 3D của nó có thể hỗ trợ sản lượng protein và lipid cao hơn trên mỗi đơn vị thể tích. Nó cũng có thể loại bỏ nhu cầu về phần cứng giữ tế bào riêng biệt như lọc dòng chảy tiếp tuyến.
