תהליך טיהור בקנה מידה תעשייתי- במורד הזרם עבור חיסון נגד רינוטרכאיטיס זיהומית של בקר (IBR) - סעיף "אולטרfiltration"
דלקת רינוטרכייטיס זיהומית של בקר (Bovine Infectious Rhinotracheitis, IBR) נגרמת על ידי זיהום בנגיף רינוטרכייטיס בקר (IBRV), הידוע גם בשם נגיף הרפס בקר מסוג 1 (BHV-1). המחלה מאופיינת בעיקר בתסמינים נשימתיים והפלה. בנוסף לביטויים קליניים אלו, IBR יכול להוביל להפחתת תנובת החלב בבקר לחלב ולירידה במשקל בבקר לבשר, וכתוצאה מכך להפסדים כלכליים משמעותיים עבור חוות המשק.
המחלה היא מדכאת חיסונית במהותה. כאשר מתרחש כזיהום בודד, הפתוגניות שלו נמוכה יחסית; עם זאת, כאשר מתרחשים זיהומים מעורבים עם מחלות ויראליות או חיידקיות אחרות, החומרה והנזק גדלים באופן משמעותי. חיסון הוא השיטה היעילה ביותר למניעה ובקרה, עם שני סוגים עיקריים של חיסונים זמינים: חיסונים חיים מוחלשים וחיסונים מומתים. כיום, החיסונים הזיהומיים לנזלת בקר המשמשים בחוות הם בעיקר חיסונים מומתים.
חיסונים חיים מוחלשים מאופיינים באימונוגניות חזקה, התחלה מהירה של חסינות ומשך זמן ארוך של הגנה (בדרך כלל יותר משישה חודשים). הם משמשים בדרך כלל לחיסון חירום במהלך התפרצות מחלה. עם זאת, הם נושאים סיכונים פוטנציאליים של נשירת וירוסים, מהווים סיכונים לפרות בהריון, ולא ניתן להשתמש בהם בבקר נגוע סמוי אך א-סימפטומטי.
חיסונים מומתים מאופיינים בבטיחות גבוהה, ללא סיכון לנשירת וירוסים או חזרה לאריסיות, ונחשבים בטוחים לחלוטין. ניתן להשתמש בהם בבקר בכל השלבים, כולל פרות בהריון, עגלים ושורים גידול. עם זאת, תחילת החסינות איטית יחסית ומשך ההגנה קצר יותר, ולכן לרוב נדרשים חיסוני מאיץ. במקרים מסוימים, יעילות ההגנה עשויה להיות חלשה יותר מזו של חיסונים חיים מוחלשים.
לא משנה אם נעשה שימוש בחיסון חי מוחלש או חיסון מומת, ניתן לחלק את תהליך הטיהור במורד הזרם לארבעה שלבים עיקריים: קציר ובירור → ריכוז וטיהור ראשוני → טיהור ליטוש → אינאקטיבציה/סינון וניסוח סטרילי.
ריכוז הוא שלב מרכזי בתהליך הטיהור במורד הזרם של חיסונים, מיד לאחר הבירור. המטרה העיקרית שלו היא לצמצם במהירות את הפתרון המובהר בנפח-גדול, בריכוז-נמוך, לצורת ריכוז קטן-בנפח-גבוה תוך שמירה על פעילות ביולוגית ויראלית. זה יוצר את התנאים הדרושים לשלבי טיהור עדינים-גבוהים- אך בעלי קיבולת- נמוכה, כגון כרומטוגרפיה.
שלב זה מתבצע בדרך כלל באמצעות ultrafiltration של זרימה משנית (TFF). העיקרון הוא כדלקמן: תמיסת ההזנה הוויראלית זורמת במקביל לפני השטח של קרום סינון אולטרה עם גודל נקבוביות ספציפי. בלחץ, מולקולות קטנות כמו מים, מלחים וזיהומים מסוימים עוברות בניצב דרך הממברנה ומוסרות, בעוד שחלקיקי וירוס שלמים, שגדולים בהרבה מנקבוביות הממברנה, נשמרים, מוחזרים ברציפות ומתרכזים. בהשוואה לצנטריפוגה-ת מסורתית במהירות גבוהה, שיטה זו עדינה יותר עבור וירוסים שבירים כמו IBRV, שיש להם מעטפת שומנים. זה מפחית ביעילות נזק מבני וירוס ואובדן פעילות הנגרמים על ידי כוחות גזירה גבוהים, והוא זמין יותר להרחבה ליניארית- לייצור תעשייתי.
פעולת ריכוז מוצלחת היא הרבה יותר מסתם הפחתת נפח. נקודות מפתח לאופטימיזציה של תהליכים כוללות: שליטה מדויקת בלחץ הטרנסממברני ובקצב זרימת הזנה כדי לאזן את יעילות הסינון תוך מזעור קיטוב הריכוז והתכלות הממברנה; בחירת חומר ממברנה מתאים וגודל נקבוביות כדי להבטיח שימור גבוה של וירוסים ושטף מחלחלים; ומציאת האיזון האופטימלי בין התאוששות וירוסים, גורם ריכוז וזמן עיבוד. התרחיף הנגיף המרוכז לא רק משיג טיטר גבוה משמעותית אלא גם משיג טיהור ראשוני על ידי הסרת חלק גדול של זיהומים מסיסים במים.- זה מספק את הנפח והריכוז הדרושים לשלבי חידוד קריטיים הבאים, כגון כרומטוגרפיה וטיפול בנוקלאז, מה שהופך את הריכוז למרכז יעילות מרכזי בכל התהליך במורד הזרם.
דיאפילטרציה משנית היא שלב קריטי בטיהור חיסון במורד הזרם, ממוקם לאחר טיהור עדין ולפני ניסוח. זה מבוצע בדרך כלל בעקבות כרומטוגרפיה וטיפול בנוקלאז. מטרת הליבה שלו אינה ריכוז ראשוני, אלא החלפת מערכת והתאמה מדויקת של תנאי הניסוח הסופי. התהליך מבוצע במערכת אולטרה-פילטרציה של זרימה משנית (TFF), שבה מוסיף חיץ פורמולציה טרי ונקי ברציפות לתמיסה הנגיפית המרוכזת במחזור, תוך הסרת הממס המקורי וזיהומים של מולקולות- קטנות. פעולה זו מסירה ביעילות ובעדינות שאריות מלחים, ממיסים אורגניים, תוצרי פירוק נוקלאז וזיהומים מסיסים עקבות שנותרו מתהליך הטיהור.
המפתח הוא לשמור על נפח קבוע או להחיל התאמות ריכוז קטנות כדי להבטיח שריכוז הנגיף עומד במפרטי הפורמולה. עבור וירוסים שבירים, עטופים כמו נגיף רינוטרכייטיס זיהומיות בקר (IBRV), הסביבה ההידרודינמית העדינה של דיאפילטרציה משנית היא חיונית לשימור שלמות החלקיקים ואימונוגניות. בסופו של דבר, שלב זה מספק בסיס מוצק להשבתה שלאחר מכן (במידת הצורך), הוספת אדג'ובנט או מייצב ומילוי סופי, מה שמבטיח שהמוצר הסופי נכנס לפורמולה עם רכיבים מוגדרים, תנאים אחידים ותאימות טובה. לכן זהו אחד משלבי הליבה להבטחת בטיחות חיסונים, יציבות ועקביות-ל-אצווה.
IBRV הוא וירוס דנ"א ליניארי עטוף- עם מעטפת כדורית בקירוב. לחלקיקי IBRV בוגרים יש קוטר של כ-160-230 ננומטר. בהתאם לכך, שימוש בממברנות אולטרה סינון של 100, 300 או 500 kDa יכול לשמור על IBRV תוך הסרת חלק מהחלבונים המזהמים. שיעור התאוששות האולטרה-פילטרציה של קלטות ממברנות Jiuling Technology משתנה בהתאם לסוג חומר ההזנה, אך בדרך כלל מגיע ל-90-95%.