خبریں - بائیو فارماسیوٹیکل ابال کے عمل میں تحلیل شدہ آکسیجن کی سطح کی نگرانی

تحلیل آکسیجن کیا ہے؟

تحلیل شدہ آکسیجن (DO) سے مراد مالیکیولر آکسیجن (O_₂) جو پانی میں تحلیل ہو جاتی ہے۔ یہ پانی کے مالیکیولز میں موجود آکسیجن ایٹموں سے مختلف ہے (H_₂O)، جیسا کہ یہ آزاد آکسیجن مالیکیولز کی شکل میں پانی میں موجود ہے، یا تو فضا سے نکلتا ہے یا آبی پودوں کے ذریعے فتوسنتھیس کے ذریعے پیدا ہوتا ہے۔ DO کا ارتکاز مختلف عوامل سے متاثر ہوتا ہے، بشمول درجہ حرارت، نمکیات، پانی کا بہاؤ، اور حیاتیاتی سرگرمیاں۔ اس طرح، یہ آبی ماحول کی صحت اور آلودگی کی کیفیت کا اندازہ لگانے کے لیے ایک اہم اشارے کے طور پر کام کرتا ہے۔

تحلیل شدہ آکسیجن مائکروبیل میٹابولزم کو فروغ دینے، سیلولر تنفس، ترقی، اور میٹابولک مصنوعات کی حیاتیاتی ترکیب کو متاثر کرنے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ تاہم، تحلیل آکسیجن کی اعلی سطح ہمیشہ فائدہ مند نہیں ہے. اضافی آکسیجن جمع شدہ مصنوعات کے مزید میٹابولزم کا باعث بن سکتی ہے اور ممکنہ طور پر زہریلے رد عمل کا سبب بن سکتی ہے۔ مختلف بیکٹیریل انواع کے درمیان بہترین DO کی سطح مختلف ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، پینسلن کے بائیو سنتھیسز کے دوران، ڈی او کو عام طور پر تقریباً 30% ہوا کی سنترپتی پر برقرار رکھا جاتا ہے۔ اگر DO صفر پر گر جاتا ہے اور پانچ منٹ تک اس سطح پر رہتا ہے، تو مصنوعات کی تشکیل میں نمایاں طور پر خرابی ہو سکتی ہے۔ اگر یہ حالت 20 منٹ تک برقرار رہے تو ناقابل واپسی نقصان ہو سکتا ہے۔

فی الحال، سب سے زیادہ استعمال ہونے والے DO سینسر تحلیل شدہ آکسیجن کے مطلق ارتکاز کی بجائے صرف رشتہ دار ہوا کی سنترپتی کی پیمائش کر سکتے ہیں۔ کلچر میڈیم کو جراثیم سے پاک کرنے کے بعد، ہوا بازی اور ہلچل اس وقت تک کی جاتی ہے جب تک کہ سینسر ریڈنگ مستحکم نہ ہو جائے، اس مقام پر قدر 100% ہوا کی سنترپتی پر سیٹ ہو جاتی ہے۔ ابال کے عمل کے دوران بعد کی پیمائشیں اس حوالہ پر مبنی ہیں۔ معیاری سینسرز کا استعمال کرتے ہوئے مطلق DO اقدار کا تعین نہیں کیا جا سکتا اور اس کے لیے مزید جدید تکنیکوں کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کہ پولرگرافی۔ تاہم، ہوا کی سنترپتی کی پیمائش عام طور پر ابال کے عمل کی نگرانی اور کنٹرول کے لیے کافی ہوتی ہے۔

ایک خمیر کے اندر، DO کی سطح مختلف علاقوں میں مختلف ہو سکتی ہے۔ یہاں تک کہ جب ایک مقام پر مستحکم پڑھنا حاصل کیا جاتا ہے، تب بھی بعض ثقافتی ذرائع ابلاغ میں اتار چڑھاو آ سکتا ہے۔ بڑے خمیر کرنے والے DO کی سطحوں میں زیادہ مقامی تغیرات کو ظاہر کرتے ہیں، جو مائکروبیل کی نشوونما اور پیداواری صلاحیت کو نمایاں طور پر متاثر کر سکتے ہیں۔ تجرباتی شواہد سے پتہ چلتا ہے کہ، اگرچہ اوسط DO کی سطح 30% ہو سکتی ہے، لیکن اتار چڑھاؤ کے حالات میں ابال کی کارکردگی مستحکم حالات کے مقابلے میں خاصی کم ہے۔ لہٰذا، خمیر کرنے والوں کے پیمانے پر - ہندسی اور طاقت کی مماثلت کے غور سے باہر - مقامی DO تغیرات کو کم سے کم کرنا ایک اہم تحقیقی مقصد ہے۔

بایوفارماسیوٹیکل فرمینٹیشن میں تحلیل شدہ آکسیجن کی نگرانی کیوں ضروری ہے؟

1. مائکروجنزموں یا خلیات کے لیے بہترین نشوونما کے ماحول کو برقرار رکھنے کے لیے
صنعتی ابال میں عام طور پر ایروبک مائکروجنزم شامل ہوتے ہیں، جیسے ایسچریچیا کولی اور خمیر، یا ممالیہ کے خلیے، جیسے چینی ہیمسٹر اووری (CHO) خلیات۔ یہ خلیے ابال کے نظام کے اندر "کارکن" کے طور پر کام کرتے ہیں، جن کو سانس لینے اور میٹابولک سرگرمی کے لیے آکسیجن کی ضرورت ہوتی ہے۔ آکسیجن ایروبک سانس لینے میں ٹرمینل الیکٹران قبول کنندہ کے طور پر کام کرتا ہے، جو ATP کی شکل میں توانائی کی پیداوار کو قابل بناتا ہے۔ ناکافی آکسیجن سپلائی سیلولر گھٹن، ترقی کی گرفتاری، یا یہاں تک کہ سیل کی موت کا باعث بن سکتی ہے، بالآخر ابال کی ناکامی کے نتیجے میں. ڈی او کی سطحوں کی نگرانی اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ خلیے کی مستقل نشوونما اور عملداری کے لیے آکسیجن کی مقدار بہترین حد کے اندر رہے۔

2. ہدفی مصنوعات کی موثر ترکیب کو یقینی بنانا
بائیو فارماسیوٹیکل ابال کا مقصد صرف خلیوں کے پھیلاؤ کو فروغ دینا نہیں ہے بلکہ مطلوبہ ہدف کی مصنوعات، جیسے انسولین، مونوکلونل اینٹی باڈیز، ویکسینز اور انزائمز کی موثر ترکیب کو آسان بنانا ہے۔ یہ بائیو سنتھیٹک راستے اکثر کافی توانائی کے ان پٹ کی ضرورت کرتے ہیں، بنیادی طور پر ایروبک سانس سے اخذ کیا جاتا ہے۔ مزید برآں، مصنوعات کی ترکیب میں شامل بہت سے انزیمیٹک نظام براہ راست آکسیجن پر منحصر ہوتے ہیں۔ آکسیجن کی کمی ان راستوں کی کارکردگی میں خلل ڈال سکتی ہے یا کم کر سکتی ہے۔

مزید یہ کہ، DO کی سطح ایک ریگولیٹری سگنل کے طور پر کام کرتی ہے۔ ضرورت سے زیادہ اور کم دونوں DO ارتکاز یہ کر سکتے ہیں:
- سیلولر میٹابولک راستے کو تبدیل کریں، مثال کے طور پر، ایروبک سانس سے کم موثر اینیروبک ابال کی طرف منتقل ہونا۔
- سیلولر تناؤ کے ردعمل کو متحرک کریں، جس سے ناپسندیدہ ضمنی مصنوعات کی پیداوار ہوتی ہے۔
- خارجی پروٹین کے اظہار کی سطح کو متاثر کریں۔

ابال کے مختلف مراحل پر ڈی او کی سطح کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے سے، سیلولر میٹابولزم کو زیادہ سے زیادہ ہدف کی مصنوعات کی ترکیب کی طرف رہنمائی کرنا ممکن ہے، اس طرح اعلی کثافت اور اعلی پیداوار کا ابال حاصل ہوتا ہے۔

بائیو فارماسیوٹیکل کے لیے پانی کے بہاؤ چارٹ کا تعارف

3. آکسیجن کی کمی یا زیادتی کو روکنے کے لیے
آکسیجن کی کمی (ہائپوکسیا) کے سنگین نتائج ہو سکتے ہیں:
- سیل کی نشوونما اور مصنوعات کی ترکیب ختم ہوجاتی ہے۔
- میٹابولزم انیروبک راستوں کی طرف منتقل ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں نامیاتی تیزاب جیسے لیکٹک ایسڈ اور ایسٹک ایسڈ جمع ہوتے ہیں، جو کلچر میڈیم کے پی ایچ کو کم کرتے ہیں اور خلیات کو زہر دے سکتے ہیں۔
- طویل ہائپوکسیا ناقابل واپسی نقصان کا سبب بن سکتا ہے، آکسیجن کی فراہمی بحال ہونے کے بعد بھی بحالی نامکمل رہتی ہے۔

اضافی آکسیجن (سپر سیچوریشن) بھی خطرات کا باعث بنتی ہے:
- یہ آکسیڈیٹیو تناؤ اور ری ایکٹیو آکسیجن پرجاتیوں (ROS) کی تشکیل کا باعث بن سکتا ہے، جو سیل کی جھلیوں اور بائیو مالیکیولز کو نقصان پہنچاتا ہے۔
- ضرورت سے زیادہ ہوا اور تحریک توانائی کی کھپت اور آپریشنل اخراجات میں اضافہ کرتی ہے، جس سے وسائل کا غیر ضروری ضیاع ہوتا ہے۔

4. ریئل ٹائم مانیٹرنگ اور فیڈ بیک کنٹرول کے لیے ایک اہم پیرامیٹر کے طور پر

DO ایک حقیقی وقت، مسلسل، اور جامع پیرامیٹر ہے جو ابال کے نظام کے اندرونی حالات کو ظاہر کرتا ہے۔ DO کی سطح میں تبدیلیاں حساس طور پر مختلف جسمانی اور آپریشنل حالتوں کی نشاندہی کر سکتی ہیں:
- تیزی سے خلیوں کی نشوونما آکسیجن کی کھپت کو بڑھاتی ہے، جس کی وجہ سے DO کی سطح میں کمی واقع ہوتی ہے۔
- سبسٹریٹ کی کمی یا روکنا میٹابولزم کو سست کر دیتا ہے، آکسیجن کی کھپت کو کم کرتا ہے اور ڈی او کی سطح کو بڑھاتا ہے۔
- غیر ملکی مائکروجنزموں کی طرف سے آلودگی آکسیجن کی کھپت کے پیٹرن کو تبدیل کرتی ہے، غیر معمولی DO کے اتار چڑھاو کا باعث بنتی ہے اور ابتدائی وارننگ سگنل کے طور پر کام کرتی ہے۔
- سازوسامان کی خرابیاں، جیسے اسٹرر کی ناکامی، وینٹیلیشن پائپ میں رکاوٹ، یا فلٹر کی خرابی، DO کے غیر معمولی رویے کا نتیجہ بھی بن سکتی ہے۔

ریئل ٹائم ڈی او مانیٹرنگ کو ایک خودکار فیڈ بیک کنٹرول سسٹم میں ضم کر کے، درج ذیل پیرامیٹرز کی ڈائنامک ایڈجسٹمنٹ کے ذریعے ڈی او لیولز کا درست ضابطہ حاصل کیا جا سکتا ہے۔
- ہلچل کی رفتار: رفتار کو بڑھانے سے بلبلوں کو توڑ کر گیس مائع کے رابطے میں اضافہ ہوتا ہے، اس طرح آکسیجن کی منتقلی کی کارکردگی میں بہتری آتی ہے۔ یہ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا اور موثر طریقہ ہے۔
- ہوا بازی کی شرح: انلیٹ گیس کے بہاؤ کی شرح یا ساخت کو ایڈجسٹ کرنا (مثلاً ہوا یا خالص آکسیجن کے تناسب میں اضافہ)۔
- ٹینک کا دباؤ: دباؤ کو بلند کرنے سے آکسیجن کا جزوی دباؤ بڑھتا ہے، اس طرح حل پذیری میں اضافہ ہوتا ہے۔
- درجہ حرارت: درجہ حرارت کو کم کرنے سے کلچر میڈیم میں آکسیجن کی حل پذیری بڑھ جاتی ہے۔

حیاتیاتی ابال کی آن لائن نگرانی کے لیے BOQU کی مصنوعات کی سفارشات: