Unikalna technologia Bactofuge® do fermentacji o wysokiej gęstości

W miarę jak te duże przedsiębiorstwa w coraz większym stopniu przechodzą na proces fermentacji o wysokiej gęstości w ramach produkcji cennych preparatów terapeutycznych, stają przed wyzwaniem związanym z dalszym etapem przetwarzania, polegającym na skutecznym oddzielaniu i klarowaniu bulionu o wysokiej zawartości substancji stałych.

Ponieważ tradycyjne wirówki tarczowe i filtry nie radziły sobie z tymi zmienionymi warunkami, pozostawiając w odpadach produkt o wartości milionów dolarów, wieloletni klient zwrócił się do firmy Alfa Laval z prośbą o opracowanie przełomowego rozwiązania: unikalnej technologii Bactofuge®.

Przez dwa lata zespół firmy Alfa Laval współpracował z klientem, a w 2022 roku firma z branży biofarmaceutycznej zastąpiła swój dotychczasowy, już przynoszący zyski klarownik Alfa Laval nowym separatorem tej samej marki. Wyniki są rzeczywiście imponujące – przejście z konwencjonalnego klarownika na separator Alfa Laval z technologią Bactofuge® przyniosło około 6-procentowy wzrost wydajności produktu, zwiększając wartość każdej partii o około 7 milionów dolarów. Zwrot z inwestycji w nowy sprzęt osiągnięto w czasie krótszym niż jedna partia.

Patrik Kagevi, globalny kierownik ds. sprzedaży w dziale technologii nauk przyrodniczych, biofarmaceutyki i fermentacji przemysłowej w firmie Alfa Laval, był członkiem zespołu, który współpracował z klientem przy realizacji tego zadania. Zaznacza on, że klient jest bardzo zadowolony z wyników i zainwestował już łącznie w pięć wirówek wyposażonych w technologię Bactofuge®, aby osiągnąć podobną poprawę wydajności w wielu zakładach.

„W przypadku tak zaawansowanego i kosztownego produktu ostatnią rzeczą, jakiej by się Pan chciał, jest utrata znacznych ilości produktu w procesie klarowania i separacji, a właśnie tak się działo” – mówi. „Filtry ulegały zatkaniu, co negatywnie wpływało na wydajność separacji, jednak dostrzegliśmy, że jest to idealne zadanie dla separatora MBPX 714 Bactofuge.

„W wirówce Alfa Laval znajdują się kluczowe cechy, które sprawiają, że jest ona idealna. Po pierwsze, konstrukcja hermetyczna oznacza, że cały zespół obrotowy jest całkowicie wypełniony cieczą, co przynosi ogromne korzyści”. Najważniejszą zaletą jest to, że zapewnia ona niskie siły ścinające na wlocie wirówki, umożliwiając znacznie delikatniejsze obchodzenie się z wrażliwymi komórkami w porównaniu z traktowaniem, jakiego doświadczały w osadniku.

„Materiał wsadowy nie obraca się w momencie wprowadzenia i musi zostać przyspieszony do kilku tysięcy obrotów na minutę w ułamku sekundy” – wyjaśnia Patrik. „W przypadku tak delikatnych i kruchych elementów, jak komórki, które bardzo łatwo ulegają uszkodzeniu, przyspieszenie musi przebiegać bardzo płynnie, przy możliwie najniższych siłach ścinających. Umożliwia to właśnie ten bęben całkowicie wypełniony cieczą”.

Korzyści wynikające z uniknięcia pękania komórek są dwojakie: proces ten nie powoduje powstawania dużej ilości drobnych fragmentów komórek, które są trudne lub wręcz niemożliwe do oddzielenia, dzięki czemu uzyskuje się klarowniejszy płyn zawierający docelowe cząsteczki; ponadto nie dochodzi do uwalniania białek międzykomórkowych zmieszanych z białkiem docelowym, co ułatwia dalsze etapy oczyszczania.

Cechą przełomową w separacji komórek o dużej gęstości jest urządzenie Bactofuge®. Jego znaczenie w tego typu zastosowaniach jest tak duże, że znalazło odzwierciedlenie nawet w nazwie wirówki. Konstrukcja jej wylotu umożliwia ciągłe odprowadzanie, zapewniając wyższą przepustowość i wydajność, jednocześnie zmniejszając zapotrzebowanie na filtrację w dalszych etapach procesu oraz skracając czas przetwarzania.

„Ponieważ jest to proces ciągły, uzyskuje się stały przepływ, co oznacza brak wahań w wynikach – w przeciwieństwie do modelu przerywanego, w którym występują impulsy nieoddzielonych cząstek stałych w skądinąd klarownym płynie” – mówi Kagevi.

Gdy oddziela się komórki w ten ciągły sposób, możliwe jest zoptymalizowanie stopnia ich zagęszczenia. „W idealnym przypadku pożądane byłoby 100-procentowe stężenie, jednak trzeba dopuścić, by wraz z komórkami wypływała pewna ilość cieczy, aby zapewnić jej przepływ” – wyjaśnia Kagevi. „Wystarczy nieznacznie dostosować wylot, aby znaleźć optymalny punkt, w którym ciecz przepływa, zachowując jednocześnie jak najwyższe stężenie komórek, co jest trudne do osiągnięcia przy użyciu innych technologii”.

Klient osiąga wyniki przekraczające 90% stężenia, co jest wartością bardzo wysoką, zwłaszcza w porównaniu z poprzednim wynikiem wynoszącym około 75%, jaki uzyskiwano przy użyciu konwencjonalnego osadnika.

Konstrukcja urządzenia Alfa Laval Bactofuge umożliwia również bardziej precyzyjne monitorowanie i regulowanie przepływów oddzielonej biomasy w jednym wylocie oraz oczyszczonego płynu w drugim wylocie, a dzięki zastosowaniu przepływomierzy i zaworów regulacyjnych klient może zapewnić utrzymanie stałych warunków.

„To właśnie jest powodem do dumy w firmie Alfa Laval” – mówi Patrik Kagevi. „Mamy do czynienia z klientem znajdującym się w czołówce rozwoju technologicznego, a my stworzyliśmy rozwiązanie, które dotrzymuje kroku jego postępom.

„Dla nich jest to obecnie oczywisty wybór. Wdrażają urządzenie Bactofuge we wszystkich procesach fermentacji o wysokiej gęstości, uzyskując znaczną przewagę pod względem kosztów produkcji oraz poprawiając dostępność tych leków”.