Сбор клеток — культурный подход

Питер Роуз из Альфа Лаваль рассматривает одну из областей роста биофармацевтической фильтрации и разделения: сбор клеток млекопитающих для производства новых лекарств и лекарств. В статье рассматриваются истоки технологии, используемой в этом секторе промышленности, и рассматриваются последние разработки.

Мы – млекопитающие – состоим из клеток. Отражение, которое смотрит на вас в зеркале, может выглядеть достаточно твердым, но на самом деле вы видите примерно 10 триллионов клеток, разделенных примерно на 200 различных типов. Эти группы клеток весьма специализированы: печень состоит из клеток печени, мышцы — из специализированных мышечных клеток и так далее.

Выращивание и сбор клеток млекопитающих вне тела, в лаборатории или на фабрике для производства новых лекарств и лекарств — одно из самых интересных направлений современной индустрии медико-биологических наук. Тем не менее, какими бы надуманными это ни казалось, эти огромные достижения в медицинской науке можно проследить до курицы, которую препарировали где-то в конце XIX века; 1885 год, если быть точным. Именно тогда Вильгельму Ру удалось сохранить мозговую пластинку упомянутого эмбрионального цыпленка в теплом солевом растворе в течение нескольких дней и таким образом впервые был установлен принцип культуры тканей.

Его работа была развита на несколько этапов учеными из Медицинской школы Джона Хопкинса и Йельского университета в течение первого десятилетия 20-го века. В 1940-х и 1950-х годах вирусы, выращенные в клеточных культурах, использовались для производства вакцин. Вакцины против полиомиелита, окончательно устранившие угрозу заболевания, были выращены в культурах клеток почек обезьян.

Конечно, в наши дни производство лекарств на основе клеточной культуры является одной из наиболее быстро развивающихся областей биотехнологии. Его быстрый успех во многом обусловлен параллельным развитием технологий для трех ключевых этапов роста клеточных культур: ферментации, сбора и очистки.

Сбор урожая осуществляется путем отделения культуры клеток от питательной среды, и для выполнения этой деликатной операции используется несколько методов; центрифугирование, микрофильтрация, глубинная фильтрация и фильтрация через мембраны с абсолютным размером пор. Из различных методов центрифугирование чаще всего масштабируется от лабораторного до заводского уровня производства.

Центрифугирование использует разницу плотностей твердых частиц и окружающей жидкости и ускоряет осаждение, которое обычно происходит во время седиментации. В большинстве промышленных применений для удаления клеток и клеточного мусора из питательного бульона используются дисковые центрифуги. Дисковые центрифуги обеспечивают непрерывную работу, что делает их производительность соответствующей желанию ограничить время операций по сбору урожая.

Естественно, все не так просто, как кажется. Клетки млекопитающих являются очень хрупкими организмами, поэтому, хотя дисковая центрифуга и делает работу по разделению относительно простой, задача состоит в том, чтобы сделать это с минимальным повреждением продукта. Ускорение подачи богатого белком кормового материала занимает доли секунды. Но хотя скорость имеет решающее значение, она не должна осуществляться за счет разрушения очень чувствительной к сдвигу мембраны клеточной стенки, которая может привести к высвобождению нежелательных внутриклеточных белков в бульон – процесс, известный как лизис.

Предотвратив дополнительный лизис во время ускорения, можно увеличить производительность сепаратора, сохраняя при этом требуемый результат разделения. Последующая очистка целевых белков также упрощается и может проводиться с использованием более компактного оборудования, что обеспечивает значительную экономию в процессе. Таким образом, задача состоит в том, чтобы достичь максимальной эффективности разделения при минимальном разрушении продукта.

Подобно тому, как клеточная культура возникла из относительно скромного происхождения, так же, как и оборудование, используемое для ее сбора. Фактически, уже на самых ранних этапах развития науки о клеточных культурах, когда Альфа Лаваль работала с лидерами отрасли над разработкой крупномасштабной ферментации клеточных культур, вскоре стало очевидно, что характеристики клеточных культур требуют чрезвычайно щадящих конструкций сепараторов. Они обратились к полому шпинделю, который возник благодаря концепциям, первоначально разработанным для молочной промышленности, где мягкое прикосновение использовалось для предотвращения разделения частиц жира в молоке во время ускорения. Спустя десятилетия та же технология стала краеугольным камнем современной обработки клеточных культур.