Übersicht der Bioverfahrenstechnik

Bioengineering

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Summary

Bioprocessing ist eine Methode, die lebende Organismen verwendet, um eine gewünschte Zielprodukt produzieren. Oft bioprocessing bezieht sich auf die Verwendung von Bioreaktoren, Protein-Produkte von gentechnisch veränderten Organismen zu produzieren. Dieses Feld ist verantwortlich für die großflächige Herstellung von Biotherapeutika; Medikamente, die wesentlich zur Verbesserung der Lebensqualität für viele mit komplexen Krankheiten geworden wie Krebs, Autoimmunerkrankungen und HIV/AIDS.

Dieses Video wird den Ingenieurs-Ansatz zur Gestaltung einer gezielten Protein-Produktionssystem einführen. Die prominenten Methoden im Feld, sowie einige wichtige Herausforderungen und Anwendungen der Technologie werden ebenfalls berücksichtigt.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioengineering. Übersicht der Bioverfahrenstechnik. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Bioverfahrenstechnik ist ein Feld, das viele Ingenieursdisziplinen benutzt, um ein bestimmtes Produkt von lebenden Organismen produzieren. In der Regel sind die Organismen gentechnisch veränderte Zellen, die entwickelt werden, um ein bestimmtes Produkt Protein oder chemische produzieren. Die Zellen werden dann auf der großen Skala angebaut, um das Produkt zu produzieren, die später mit nachgelagerten Prozesse, wie Chromatographie gereinigt wird. Dieses Video wird ein Beispiel Bioprozess einführen, prominente Methoden im Feld, sowie einige wichtige Herausforderungen und Anwendungen der Technologie zu überprüfen.

Werfen Sie einen Blick auf ein Beispiel Bioprozess mit Zellen, um eine Produkt-Protein zu produzieren. Zunächst wird der Organismus ausgewählt, was kann Bakterien, Pilze oder Säugetier, abhängig von seiner Fähigkeit, das gewünschte Produkt zu produzieren. Die Zellen sind gentechnisch veränderte zur Maximierung ihrer Fähigkeit, das Produkt zu produzieren und zu unnötigen Seite Prozesse minimieren. Die veränderten Zellen wachsen auf der großen Skala der upstream-Prozess genannt. Ein verbreitetes vorgelagerten Verfahren ist eine Aussetzung-Kultur, die einen Schiff Bioreaktor nutzt die Zellkultur wachsen. Die Kultur wird erweitert und Zelldichte erhöht sich durch die Umstellung auf größere Volumes. Sobald die Kultur die gewünschte Lautstärke erreicht hat, wird das Produkt Protein aus den Zellen, entweder durch Sekretion, wo die Zellen spucken, das Protein oder durch Lyse, geerntet, wo die Zelle defekt, es zu veröffentlichen ist. Das Produkt wird dann in der nachgeschalteten Prozess entfernen Verunreinigungen wie Zellenrückstand und andere Proteine gereinigt. Ein typische downstream-Prozess verwendet viele Arten von Technologie in Serie zu reinigen und das Produkt zu konzentrieren. Filtration wird oft zuerst verwendet, um Zellenrückstand und große Partikel zu entfernen. Chromatographie ist eine andere Technik zu isolieren und das Protein des Interesses zu konzentrieren. Das gereinigte Endprodukt ist dann lyophilisiert oder gefriergetrocknet, um das Protein für die Lagerung zu stabilisieren. Typischen Bioprozessen erst im Labormaßstab entwickelt und dann skaliert, Pilotmaßstab, bevor weitere Skalierung für die Fertigung. Nun, da wir eine grundlegende Bioprozess eingeführt haben, werfen wir einen Blick auf einige prominente Methoden auf dem Gebiet.

Säugetier-Zellkultur wird am häufigsten in der industriellen Produktion von rekombinanten Proteintherapeutika verwendet. Chinesische Hamster Eierstock Zellen oder CHO-Zellen sind eine der am häufigsten verwendeten Zellentypen verwendet. Im Gegensatz zu bakteriellen Zellen sind Säugetiere-Zellen in der Lage, komplexe post-translationalen Modifikationen an Proteine zu tun. Diese Änderungen sind strukturelle oder chemische Veränderungen an das Protein gemacht, nachdem es in das Ribosom übersetzt wird. Dies ist wichtig zur Herstellung von komplexer Strukturen, die für therapeutische Proteine notwendig sind. Säugetier-Zellkultur erfordert sorgfältige Überlegungen während des Wachstums, da die Zellen empfindlicher als Bakterienzellen sind. Effektive Belüftung ist erforderlich. Jedoch muss die Schere Schäden minimiert werden. Eine gut kontrollierte homogene Umgebung ist auch notwendig, mit strengen pH und Temperatur-Kontrolle und schnellen Abtransport von Giftstoffen. Industrielle Prozesse sind skaliert-Up, ein hohes Volumen an das Produkt zu produzieren. Skalierung ist nicht so einfach als einfach proportional erhöht das Volumen und damit die Größe des Gerätes. Ein Skalierungsfaktor ist verwendet, das heißt das Verhältnis des Massenstromes des Referats Full-Scale, die Pilotanlage. Skalierungsfaktoren werden verwendet, um die Größe von geometrisch ähnlichen Behälter Reaktoren bestimmen. Beispielsweise als Volumen Skalen mit dem Skalierungsfaktor S, skaliert der Durchmesser des Tanks mit S bis 1/3. Dies ist aufgrund von Beschränkungen der Masse und Wärme Übertragung mit dem größeren Tankvolumen.

Die Herstellung von biologischen Produkten nutzt Lebewesen, die anfällig für Verunreinigungen sind. Schadstoff-Organismen können Bakterien, Pilze oder Viren, und können von Personal, Material oder Ausrüstung zur Herstellung von entstehen. Mikrobieller Kontamination stellt Produkt Variabilität und Abbau des Proteins Produkt führen kann. Viele Bioprozesse werden verwendet, um Arzneimittel, zu produzieren, die stark, durch Regierungsbehörden zusammen reguliert sind, um sicherzustellen, dass sie sicher und wirksam sind. Zunächst durchläuft das Medikament selbst strengen Labortests und klinische Studien. Sobald das Medikament zugelassen ist, muss der Herstellungsprozess auch Prüfung und Genehmigung unterziehen. Verordnung, ergibt obwohl für die Gewährleistung einer sicheren Endprodukt unerlässlich zusätzliche Einschränkungen für den engineering-Prozess. Strenge Einschränkungen befinden sich auf Parameter, z. B. zulässige Reagenzien, Verunreinigungen und Konzentrationen.

Jetzt, wo Sie einige der gemeinsamen Techniken und Herausforderungen in bioprocessing gesehen haben, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen der realen Welt. Im Gegensatz zu niedermolekulare Medikamente wie Aspirin und Paracetamol viele komplexe Medikamente sind rekombinante Proteine und erfolgt über bioprocessing. Rekombinantes Protein Therapeutics haben rapide zugenommen in den letzten 25 Jahren, mit Dutzenden von zielgerichteten Therapien. AIDS, Krebs, Infektionskrankheiten, Wundheilung, Ernährungsstörungen, Schlaganfall und septischer Schock sind nur einige der Bereiche, wo Proteintherapeutika als Therapie angeboten werden. Bioprocessing wird auch verwendet, um Biokraftstoffe wie Ethanol zu machen. Ethanol wird aus Zellulose Material wie Zuckerrohr oder Mais hergestellt. Der Prozess beginnt mit der Isolierung von Zellulose von Einsatzstoffen, gefolgt von der enzymatischen Hydrolyse und Gärung mit Hefe. Diese Bioprozess wird auf der Skala der Produktion durchgeführt, um große Mengen an Ethanol für alternative Energie zu produzieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in bioprocessing beobachtet. Sie sollten nun die grundlegenden Bioprozess, einige gängige Methoden und Herausforderungen sowie Anwendungen der Technologie verstehen. Danke fürs Zuschauen.

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