Biotechnologia
Od 50 do 5000 litrów. W Olsztynie powstała przemysłowa kaskada bioreaktorów
Zdjęcie wygenerowane przy użyciu Magnific Al
Kaskada bioreaktorów 50, 500 i 5000 l powstaje w zakładzie Boccard Polska w Olsztynie. Firma zaprezentowała instalację 14 października podczas wydarzenia poświęconego bioprocesom i skalowaniu produkcji. System realizowany dla klienta z regionu bałtyckiego ma wspierać rozwój procesów biologicznych aż do skali przemysłowej. Projekt dobrze pokazuje, dlaczego scale-up nie oznacza prostego powiększenia zbiornika. Wraz ze wzrostem skali zmieniają się warunki mieszania, natlenienia, wymiany ciepła i kontroli całego procesu.
W biotechnologii stwierdzenie „zwiększamy skalę dziesięciokrotnie” brzmi znacznie prościej, niż wygląda później na instalacji. Biologia nie reaguje na nominalną pojemność zbiornika. Reaguje na warunki środowiska, które tworzymy wewnątrz urządzenia.
Dlatego proces działający przy 50 litrach nie musi zachowywać się identycznie przy 500 litrach. Jeszcze większe różnice mogą pojawić się przy 5000 litrach. Wraz ze wzrostem objętości zmienia się geometria układu, dynamika cieczy oraz sposób dostarczania gazów i energii.
Kaskada pokazana przez Boccard pozwala zobaczyć te przejścia na jednej instalacji. Firma połączyła trzy kolejne skale w system, który ma służyć rozwojowi procesu. Dzięki temu każdy etap może dostarczać informacji potrzebnych przed przejściem do kolejnego.
Kaskada bioreaktorów daje etap pośredni przed skalą produkcyjną
Przejście bezpośrednio z małego układu laboratoryjnego do urządzenia przemysłowego zawsze wiąże się z dużą liczbą niewiadomych. Dlatego etap pośredni ma ogromną wartość procesową. Pozwala ocenić, które parametry pozostają stabilne, a które zaczynają zachowywać się inaczej.
W układzie 50 → 500 → 5000 l mamy dwa kolejne zwiększenia skali. Każde z nich daje możliwość ponownego spojrzenia na proces. Zespół może obserwować zachowanie hodowli, szybkość mieszania oraz odpowiedź układów regulacji.
Taki model ułatwia również identyfikację parametrów krytycznych. Nie wszystkie ustawienia trzeba zachowywać w identycznej wartości liczbowej. Często ważniejsze jest utrzymanie podobnego efektu procesowego mimo zmiany geometrii urządzenia.
To właśnie dlatego scale-up wymaga doświadczenia inżynieryjnego. Trzeba wiedzieć, które wielkości można przeliczać, a które trzeba ponownie zoptymalizować.
Przy większej skali mieszanie staje się innym problemem
Pierwszą dużą zmianą jest sposób mieszania. W małym zbiorniku droga, którą musi pokonać ciecz, pozostaje stosunkowo krótka. Po zwiększeniu urządzenia sytuacja wygląda inaczej.
W większym bioreaktorze mogą pojawić się lokalne różnice stężeń. Substrat dodany w jednym miejscu potrzebuje czasu, aby rozprowadzić się w całej objętości. To samo dotyczy regulatorów pH, składników odżywczych czy innych dodatków procesowych.
Nie wystarczy więc zwiększyć prędkości mieszadła wprost proporcjonalnie do pojemności. Taka decyzja mogłaby nadmiernie zwiększyć obciążenie mechaniczne procesu. Zespół musi znaleźć kompromis pomiędzy dobrym mieszaniem a warunkami akceptowalnymi dla biologii.
Geometria zbiornika i konstrukcja mieszadeł zaczynają mieć wtedy bardzo praktyczne znaczenie. Ważne są również punkty dozowania oraz rozmieszczenie czujników. Proces musi być kontrolowany w sposób reprezentatywny dla całej objętości.
Natlenienie może ograniczyć możliwość dalszego scale-upu
W wielu procesach biologicznych tlen staje się jednym z podstawowych ograniczeń skali. Komórki lub mikroorganizmy potrzebują go w określonej ilości. Samo wtłoczenie większej ilości powietrza nie zawsze rozwiązuje problem.
Liczy się rzeczywisty transfer tlenu z fazy gazowej do cieczy. Wpływają na niego między innymi mieszanie, wielkość pęcherzyków oraz właściwości medium. Znaczenie ma również geometria całego układu.
Przy zmianie skali te zależności również się zmieniają. Proces może więc wymagać nowej strategii napowietrzania lub dozowania tlenu. Czasami trzeba zmienić także sposób sterowania mieszaniem.
Zbyt intensywna praca układu może jednak prowadzić do kolejnego problemu. Wrażliwe komórki mogą źle tolerować wysokie siły ścinające. Dlatego poprawa natlenienia nie może odbywać się bez kontroli innych efektów procesu.
Większy bioreaktor inaczej oddaje i przyjmuje ciepło
Kolejnym wyzwaniem jest temperatura. Wraz ze wzrostem zbiornika zmienia się stosunek jego powierzchni do objętości. W efekcie układ inaczej reaguje na ogrzewanie i chłodzenie.
Znaczenie ma również ciepło generowane przez sam proces biologiczny. Przy większej skali może ono stać się bardziej istotne dla bilansu energetycznego. System musi więc skutecznie usuwać nadmiar energii.
Nie wystarczy przy tym utrzymywać zadanej temperatury w jednym punkcie pomiarowym. Trzeba zadbać o możliwie jednorodne warunki w całym zbiorniku. Właśnie tutaj ponownie spotykają się konstrukcja, mieszanie i automatyka.
Dobrze działający bioreaktor tworzy więc kontrolowane środowisko, a nie tylko odpowiednią objętość roboczą. Zwiększenie skali wymaga odtworzenia tego środowiska w nowych warunkach.
Automatyka staje się częścią samego procesu biologicznego
Boccard podczas wydarzenia poświęcił osobny blok automatyce w nowoczesnej bioprodukcji. To dobrze pokazuje znaczenie systemów sterowania w takim projekcie. Bioreaktor nie działa jako odizolowany zbiornik.
System przez cały czas zbiera informacje o parametrach procesu. Może monitorować między innymi temperaturę, pH, ciśnienie oraz tlen rozpuszczony. Na podstawie pomiarów odpowiednio steruje urządzeniami wykonawczymi.
W procesie biologicznym poszczególne parametry są ze sobą silnie powiązane. Korekta jednego ustawienia może wpłynąć na kilka kolejnych. Dlatego automatyka musi obsługiwać proces jako całość.
Znaczenie danych rośnie również podczas scale-upu. Zespół może porównywać profile procesu pomiędzy kolejnymi skalami. W ten sposób łatwiej ocenia, które elementy naprawdę udało się przenieść.
Podobne znaczenie ma dziś rozwój narzędzi pozwalających obserwować bioproces bez ciągłego pobierania próbek. monitorowanie bioprocesu metodą Raman w czasie rzeczywistym pokazuje, jak mocno analityka procesowa zaczyna łączyć się z automatyką.
Polska jest miejscem wykonania rzeczywistej instalacji
W tym przypadku Olsztyn nie jest jedynie miejscem konferencji czy prezentacji technologii. Boccard Polska posiada w kraju zaplecze inżynieryjne i dwa warsztaty produkcyjne. Firma wykonuje tu również modułowe instalacje procesowe.
Boccard oferuje dla farmacji i biotechnologii między innymi reaktory, bioreaktory oraz skidy procesowe. Zakres obejmuje także projektowanie, prefabrykację, kwalifikację i uruchomienie urządzeń. Firma integruje również automatykę i instalacje procesowe.
To istotne z punktu widzenia krajowego zaplecza dostawców dla life science. Zaawansowana inwestycja biotechnologiczna wymaga nie tylko technologii biologicznej. Potrzebuje również konstrukcji mechanicznej, sterowania, integracji mediów i dokumentacji.
Polskie warsztaty mogą więc uczestniczyć w projektach przeznaczonych dla zagranicznych klientów. Kaskada bioreaktorów z Olsztyna jest właśnie takim przykładem. Boccard realizuje ją dla klienta z regionu bałtyckiego.
Prefabrykacja przesuwa część ryzyka poza zakład klienta
Duża część instalacji procesowych może powstawać jako prefabrykowane moduły. Producent wykonuje wtedy znaczną część prac w swoim warsztacie. Dopiero później przewozi system do zakładu docelowego.
Takie podejście daje możliwość wcześniejszego wykonania testów. Boccard stosuje między innymi testy FAT dla prefabrykowanych skidów. Pozwala to wychwycić część problemów jeszcze przed dostawą.
Nie oznacza to, że klient może pominąć późniejsze uruchomienie i kwalifikację. System nadal musi zostać prawidłowo podłączony do docelowych mediów. Trzeba też sprawdzić jego pracę w rzeczywistym środowisku.
Prefabrykacja może jednak ograniczyć zakres robót wykonywanych bezpośrednio na czynnej inwestycji. Ułatwia też kontrolę jakości wykonania. Dla dużych projektów farmaceutycznych ma to istotne znaczenie harmonogramowe.
Kaskada bioreaktorów pokazuje, gdzie naprawdę zaczyna się scale-up
Najbardziej efektownym elementem instalacji jest bioreaktor 5000 l. Technologicznie równie ważne są jednak dwa mniejsze urządzenia. To one pozwalają przejść przez kolejne etapy rozwoju procesu.
Kaskada bioreaktorów pokazuje więc scale-up jako drogę, a nie pojedynczy skok. Zespół uczy się procesu podczas każdego przejścia. Każda skala daje nowe dane i może ujawnić kolejne ograniczenia.
Podobny problem widać przy innych zaawansowanych technologiach biologicznych. Przejście CAR-T ze skali laboratoryjnej do zamkniętego systemu GMP również wymusza zmianę sposobu myślenia o procesie. Samo powiększenie lub zamknięcie układu zmienia warunki prowadzenia produkcji.
Instalacja w Olsztynie dobrze obrazuje ten mechanizm. Proces przemysłowy nie jest dużą kopią doświadczenia laboratoryjnego. Jest osobnym systemem, który trzeba świadomie zaprojektować.
Opracowanie własne na podstawie:
Boccard, „Bioreactors Open Days 2026”, Olsztyn, 14 października 2026 r. Otwórz oficjalny materiał Boccard o instalacji 50–500–5000 l;
Boccard, „Farmacja i Biotechnologia”. Otwórz informacje o rozwiązaniach Boccard dla farmacji i biotechnologii;
Boccard, „Prefabrykacja skidów”. Otwórz informacje o prefabrykacji instalacji procesowych.
