Question 1

ما هو الفرق الرئيسي بين المفاعلات الحيوية المتقطعة والمفاعلات الحيوية المستمرة؟

Accepted Answer

تعد المفاعلات الدفعية أنظمة مغلقة تحتوي على جميع المكونات اللازمة لمزارع الخلايا، حيث تُستهلك العناصر الغذائية وتتراكم الفضلات. أما مفاعلات الخزان ذات التحريك المستمر فهي أنظمة مفتوحة تتدفق فيها العناصر الغذائية الطازجة باستمرار، بينما تتدفق الخلايا مع الفضلات إلى الخارج، مما يتيح التحكم في الكثافة الخلوية من خلال إزالة الفضلات وتعويض العناصر الغذائية.

Question 2

كيف تنمو الخلايا أثناء تشغيل المفاعل الدفعي؟

Accepted Answer

تمر المزارع المتقطعة بأربع مراحل نمو كلاسيكية. تدخل الخلايا أولاً مرحلة الركود، حيث تتكيف ببطء مع بيئتها. ثم تدخل مرحلة النمو اللوغاريتمي، حيث تنقسم الخلايا بشكل أسي حتى تنفد العناصر الغذائية أو تتراكم النواتج الثانوية السامة. ويتباطأ النمو عندما تصل الخلايا إلى المرحلة الثابتة، مما يتيح فرصة لحصاد المنتج المطلوب من المزرعة.

Question 3

ما هي المعايير التي يتم التحكم فيها في المفاعلات الحيوية لتحسين نمو الخلايا؟

Accepted Answer

يتم التحكم في عدة معاملات للمفاعل لزيادة نمو الخلايا وكثافتها إلى أقصى حد، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط والأكسجين المذاب والرقم الهيدروجيني (pH). وتعمل الريش (Impellers) على الحفاظ على تجانس المحاليل وإمداد الخلايا بالمغذيات والأكسجين الكافي. كما تم تجهيز أنظمة المخمرات بمجسات لقياس هذه الظروف باستمرار، مما يضمن توفير بيئات نمو مثالية.

Question 4

لماذا تعد التعقيم عملية مهمة قبل استخدام المفاعل الحيوي؟

Accepted Answer

يعد التعقيم، الذي يتم عادةً باستخدام البخار في جهاز الموصدة (autoclave)، أمراً ضرورياً للحد من التلوث قبل استخدام المفاعل الحيوي. وتُعقم جميع المكونات قبل التجميع للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة التي قد تتداخل مع المزرعة الخلوية، مما يضمن توفير بيئة نظيفة لنمو الخلايا وإنتاج المنتج بشكل موثوق.

Question 5

كيف يؤثر معدل التخفيف على الكثافة الخلوية في المفاعلات الحيوية المستمرة؟

Accepted Answer

تعتمد كثافة الخلايا عند حالة الاستقرار في المفاعلات الحيوية ذات الخزان المستمر والمقلب على معدل التخفيف، والذي يُحسب بقسمة معدل التغذية والتدفق الخارج على حجم المفاعل. ومع اقتراب معدل التخفيف من الواحد، تنخفض كثافة الخلايا. وتسمح هذه العلاقة للمشغلين بالتحكم في كثافة الخلايا النهائية عن طريق ضبط معدلات التدفق.

Question 6

ما هي التطبيقات العملية لتقنية المفاعلات الحيوية في الهندسة الحيوية؟

Accepted Answer

تستخدم عملية تخمير الجعة مفاعلات الدفعة (batch reactors) حيث تقوم الخميرة بتخمير الشعير المنبت، مما ينتج الكحول كنتاج ثانوي. وتعزز المفاعلات المتخصصة هندسة الأنسجة من خلال تحسين حيوية الخلايا عبر الخلط المستمر والتحفيز الميكانيكي، مما يحفز إنتاج المصفوفة خارج الخلوية ويوجه نمو الخلايا وتمايزها لتطبيقات هندسة الأنسجة والطب التجديدي.

Question 7

ما هي مزايا ومحددات المفاعلات الوجبية مقارنة بالمفاعلات المستمرة؟

Accepted Answer

تتميز المفاعلات الدفعية (Batch reactors) بالبساطة والتكلفة المنخفضة، إلا أن كثافة الخلايا فيها تكون محدودة. وفي المقابل، تحقق المفاعلات المستمرة (Continuous reactors) كثافات خلوية أعلى، ولكنها تواجه خطر التكتل عند الكثافات العالية جداً، مما يقلل من كفاءة النمو. كما تزيد فترات التخمير المستمر الطويلة من خطر التلوث، وهو ما يتطلب مراقبة وصيانة دقيقتين لضمان جودة المنتج.

المفاعلات الحيوية الدفعية والمستمرة - اختبار تقييم