生物工程概述

Bioengineering

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Summary

生物是一种利用生物体来生产理想的目标产品的方法。 通常, 生物是指使用生物反应器从基因工程生物体中生产蛋白质产品。 该领域负责 biotherapeutics 的大规模生产;药物已经成为提高许多人的生活质量的关键, 如癌症、自身免疫性疾病和艾滋病毒/艾滋病等复杂疾病。

本视频将介绍一种设计有针对性的蛋白质生产系统的工程方法。 同时也考虑了该领域的突出方法, 以及一些关键的挑战, 以及该技术的应用。

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JoVE Science Education Database. 生物工程. 生物工程概述. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

生物工程是一个领域, 使用许多工程学科, 以生产一个特定的产品从活生物体。通常, 生物体是基因改造的细胞, 被设计成生产特定的产品蛋白质或化学物质。然后, 细胞在大规模的生长, 以生产的产品, 这是后来纯化使用的下游过程, 如色谱。本视频将介绍一个生物的例子, 回顾该领域的突出方法, 以及该技术的一些关键挑战和应用。

让我们来看看一个例子生物使用细胞产生一个产品的蛋白质。首先, 有机体被选择, 可能是细菌, 真菌, 或哺乳动物, 根据它的能力生产期望产品。对细胞进行基因改造, 以最大限度地提高其生产产品的能力, 并尽量减少不必要的副作用。改良后的细胞在大范围内生长, 称为上游过程。一种常用的上游技术是悬浮培养, 它利用容器生物反应器来培养细胞的生长。文化被扩展, 并且细胞密度通过转换向更大和更大的容量增加。一旦文化达到了预期的体积, 产品蛋白就会从细胞中获取, 无论是通过分泌, 细胞吐出蛋白质, 或通过裂解, 细胞被打破释放。然后在下游过程中提纯该产品, 以去除诸如细胞碎片和其他蛋白质等污染物。一个典型的下游过程使用多种类型的技术来净化和浓缩产品。过滤通常首先用于去除细胞碎片和大颗粒物。色谱法是用来分离和浓缩感兴趣的蛋白质的另一种技术。纯化的最终产品, 然后冻干, 或冻干, 以稳定的蛋白质储存。典型的发酵是首先在实验室规模上设计的, 然后扩展到试点规模, 然后再进一步扩展生产。现在, 我们介绍了一个基本的生物, 让我们来看看在该领域的一些突出的方法。

哺乳动物细胞培养是最常用的工业生产重组蛋白治疗。中国仓鼠卵巢细胞, 或 CHO 细胞, 是最常用的细胞类型之一。与细菌细胞不同, 哺乳动物细胞能够对蛋白质进行复杂的后转化修饰。这些修饰是在核糖体中翻译后对蛋白质进行结构或化学的改变。这是必不可少的生产复杂的结构, 是必要的治疗蛋白。哺乳动物细胞培养需要在生长过程中仔细考虑, 因为细胞比细菌细胞更敏感。有效的曝气是必需的。但是, 剪切损伤必须最小化。良好的控制均匀的环境也是必要的, 具有严格的 pH 和温度控制和快速去除有毒产品。工业过程被扩展到生产高容量产品。规模增长并不像简单地按比例增加体积和设备的大小那么简单。采用比例因子, 即全尺度单元的质量流量与试验单元的比值。利用比例因子确定几何相似的坦克反应器的大小。例如, 当体积尺度, 与比例因子 s, 坦克直径鳞片与 S 到1/3。这是因为质量和传热的限制与较大的坦克体积。

生物产品的制造利用了易受污染的活生物体。污染生物体可以是细菌、真菌或病毒, 并且可以产生于制造过程中使用的人员、材料或设备。微生物污染引入产品的变异性, 可能导致产品蛋白质的降解。许多发酵被用来生产药品, 这些产品受到政府机构的严格监管, 以确保它们的安全和有效。药物本身首先通过严格的实验室测试和临床试验。一旦药品被批准, 制造过程也必须经过审批。监管虽然对确保最终产品的安全至关重要, 但却对工程过程造成了额外的限制。严格限制参数, 如允许的试剂, 污染物, 和浓度。

现在您已经看到了生物中的一些常见的技术和挑战, 让我们来看看一些真实的世界应用程序。不同于像阿司匹林和醋氨酚这样的小分子药物, 许多复杂的药物是重组蛋白, 是通过生物。重组蛋白治疗在过去25年中迅速增加, 有数十种靶向治疗。艾滋病, 癌症, 传染病, 伤口愈合, 营养失调, 中风和脓毒性休克只是一些领域的蛋白质疗法提供治疗。生物也被用来制造生物燃料, 比如乙醇。乙醇是由纤维素材料制成的, 如甘蔗或玉米。这一过程开始于从原料中分离纤维素, 其次是酶水解和酵母发酵。这种生物是在生产规模上进行的, 以生产大量的乙醇替代能源。

你刚刚看了朱庇特的介绍生物。现在您应该了解基本的生物、一些常见的方法和挑战, 以及该技术的应用。谢谢收看

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