L
udzie – podobnie jak wszystkie organizmy – zbudowane są z komórek. I mimo, że organizm nasz wygląda na wystarczająco trwały, to tworzy go w przybliżeniu 10 trylionów komórek podzielonych na 200 różnych typów. Komórki te są całkowicie wyspecjalizowane: wątroba składa się z komórek wątroby, mięśnie z wyspecjalizowanych komórek mięśniowych, itd.. I to właśnie hodowla i selekcjonowanie komórek macierzystych poza organizmem, w warunkach laboratoryjnych lub w zakładach produkcyjnych w celu dalszego ich wykorzystania przy produkcji leków jest jednym z najbardziej fascynujących procesów w nowoczesnej biotechnologii. Pierwsze próby wyhodowania komórek zostały przeprowadzone na kurczakach w późnych latach XIX wieku, a dokładnie w 1885 roku. Wtedy to właśnie Wilhelmowi Roux udało się pobrać z embrionu kurczaka płat szpiku i przechowywać go w ciepłym roztworze soli przez kilka dni. Wydarzenie to uznaje się za podwaliny rozwoju kultur tkankowych. Dalszy rozwój tego procesu nastąpił w pierwszej dekadzie XX wieku i był wynikiem prac naukowców z John Hopkins Medical School i uniwersytetu w Yale. W latach 1940-1950 rozpoczęto stosować wyhodowane na kulturach komórkowych wirusy do produkcji szczepionek. Szczepionkę polio, która ostatecznie eliminuje groźbę choroby wyhodowano z kultur komórkowych pobranych z nerek małpy. Obecnie produkcja lekarstw przy wykorzystaniu kultur komórkowych stała się jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin w biotechnologii. Jest to wynik równoległego rozwoju technologii na trzech kluczowych etapach ich hodowli: fermentacji, namnażania i oczyszczania. Namnażanie odbywa się poprzez oddzielanie kultur komórkowych z ośrodka wzrostu przy wykorzystaniu różnych technik zapewniających delikatny przebieg tego procesu. Są to: oddzielanie odśrodkowe, mikrofiltracja, głęboka filtracja i filtracja poprzez porowate membrany. Z tych wszystkich technik oddzielanie odśrodkowe jest najczęściej używane, ze względu na możliwości stosowania zarówno w laboratoriach jak i zakładach produkcyjnych różnej wielkości.
Oddzielanie odśrodkowe wykorzystuje różnice w gęstościach cząstek stałych jak i otaczającej jej cieczy i przyspiesza procesy osadzania, które w warunkach naturalnych występują podczas sedymentacji. W większości zastosowań przemysłowych do usuwania komórek i szczątków komórkowych z pożywki wykorzystywane są szybkoobrotowe wirówki talerzowe. Zapewniają one pracę w systemie ciągłym, gwarantując stałą wydajność, spójną z wymaganym czasem trwania procesów namnażania. Niestety nie jest to takie proste jak nam się wydaje. Komórki macierzyste są organizmami bardzo wrażliwymi na wszelkie działania. I mimo, że sam proces oddzielania jest stosunkowo prosty, to w przypadku tych organizmów wyzwaniem jest takie przeprowadzenie procesu oddzielania, aby liczba uszkodzonych/ rozerwanych komórek była jak najmniejsza. Rozpędzenie materiału bogatego w proteiny zajmuje tylko ułamek sekundy. I mimo, że prędkość jest tutaj istotą procesu, to nie może ona prowadzić do zniszczenia bardzo wrażliwej membrany ściany komórkowej i uwolnienia niepożądanych, wewnątrzkomórkowych białek do pożywki - procesu znanego jako liza (rozpad). Okazuje się, że jeśli zabezpieczymy komórki przed dodatkowym rozpadem podczas przyspieszania cieczy, to możemy podwyższyć wydajność oddzielania, przy jednoczesnym osiągnięciu założonych rezultatów separacji. Również dalsze oczyszczane pożądanych białek opuszczających wirówkę jest uproszczone i może być przeprowadzone przy wykorzystaniu bardziej kompaktowych urządzeń, co przynosi znaczne oszczędności. Celem procesu jest uzyskanie maksymalnej efektywności separacji przy jak najmniejszych zmianach w produkcie. Wraz z rozwojem kultur komórkowych ze stosunkowo prostych postaci, następował też rozwój urządzeń przeznaczonych do ich namnażania. Od wczesnych początków rozwoju nauki o kulturach komórkowych, gdy Alfa Laval wspólnie z liderami przemysłu biotechnologicznego opracowywała metody procesu fermentacji komórek na dużą skalę, stało się jasne, że właściwości kultur komórkowych wymagają stosowania wirówek o konstrukcji zapewniającej niezwykle delikatny
wydanie *.pdf do pobrania na: www.farmacom.com.pl
2_2009.indd 23
produkcja
Peter Rose z firmy Alfa Laval prezentuje jeden z rozwijających się stale obszarów – filtracji i separacji w przemyśle biotechnologicznym: namnażanie komórek macierzystych i wykorzystywanie ich w produkcji nowych leków i substancji aktywnych. Artykuł bada pochodzenie używanej w tym sektorze technologii oraz rozważa najnowsze osiągnięcia.
Świat Pr zemys ł u Far mac eut ycznego • 2 /20 0 9
23 2009-07-16 13:08:42