ما هي مزايا نظام التدفق المعاكس؟

كفاءة فائقة في الفصل ضمن أنظمة التدفق المعاكس

كيف يُمكّن الفصل الديناميكي السائل-السائل من تحقيق عدد أعلى من اللوحات النظرية

تعمل أنظمة التدفق المعاكس بشكل أفضل في فصل المواد لأنها تستخدم عملية تقسيم مستمرة بين سائل وسائل آخر، مما يُنشئ مراحل توازن متعددة تعمل كأطباق نظرية. وما يميز هذه الأنظمة مقارنةً بالطرق التقليدية القائمة على الطور الصلب هو غياب الدعامات الثابتة تمامًا. وهذا يعني أننا لا نواجه مشاكل مثل الالتصاق غير القابل للانعكاس للمواد على الأسطح أو فقدان العينات أثناء العملية. بل يعتمد الفصل كليًّا على التوزيع الطبيعي لكل مركب بين السوائل. والنتيجة؟ يمكننا التمييز بين جزيئات متشابهة جدًّا مثل التاكسانات أو أشكال الفلافونويد المختلفة التي يصعب عادةً التمييز بينها. وتصل كروماتوغرافيا التدفق المعاكس (CCC) عادةً إلى نحو ٣٠٠٠ طبق نظري، أي ما يفوق بكثير ما تحققه الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC) القياسية في معظم الأحيان، والتي لا تتجاوز عادةً ٥٠٠ طبق كحدٍّ أقصى. ولماذا يكتسب هذا الأمر أهميةً بالغة؟ لأن تجديد الطور باستمرار وانخفاض انتشار نطاقات المادة يؤديان إلى قمم أكثر حِدَّة وكفاءة أعلى في الحصول على الكسور النقية. أما بالنسبة للباحثين الذين يحاولون استخلاص المكونات الفعالة من خلطات معقدة، فإن هذه الدقة الاستثنائية لا يمكن لأي تقنية أخرى منافستها.

الدليل في القضية: تنقية الباكليتاكسيل باستخدام جهاز الطرد المركزي المستمر عالي السرعة يتفوق على كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء من حيث الدقة والاسترجاع

تُظهر طريقة الكروماتوغرافيا التقابلية عالية السرعة (HSCCC) فوائد واضحة عند تنقية مادة الباكليتاكسيل، وهي مركّب مضاد للسرطان غير مستقرٍ ويحتاج إلى عزل دقيق. وتشير الأبحاث إلى أنه يمكن استرجاع نحو ٩٨٪ من مادة الباكليتاكسيل سليمةً باستخدام تقنيات الـ HSCCC، وهي نسبة تفوق ما تحققه الطرق القياسية للكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، والتي لا تتجاوز فيها النسبة المُسترجعة ٨٢–٨٥٪، وذلك لأن المركبات تميل إلى الالتصاق بال(columns) السيليكا والتحلُّل عليها. أما عند فصل الباكليتاكسيل عن مواد مشابهة له مثل الباكاتين الثالث (baccatin III) و10-ديأسيتيلباكاتين الثالث (10-deacetylbaccatin III)، فإن الـ HSCCC تحقق قدرة فصل تفوق بنحو ١٫٥ مرةً ما تحققه الطرق الأخرى. ويعود هذا الفارق أساسًا إلى أن الـ HSCCC تعمل في الطور المذاب بدلًا من الاعتماد على التفاعلات السطحية. ومن المزايا الكبرى الأخرى انخفاض استهلاك المذيبات بنسبة تقارب ٦٠٪ مقارنةً بالعمليات التقليدية للكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، ما يجعل العملية برمتها أكثر كفاءة من حيث التكلفة. وللمختبرات التي تعمل مع المنتجات الطبيعية الحساسة، حيث يكتسب الحفاظ على البنية الجزيئية سلامةً أولويةً قصوى، فإن هذه النتائج تبرز بوضوح سبب تميُّز طريقة الـ HSCCC باعتبارها الخيار المفضَّل.

الحفاظ على سلامة الجزيئات الحيوية دون استخدام دعامات صلبة

لماذا يمنع الفصل المضاد للتيار الخالي من الدعم التغير في التركيب (الانحلال) والخسارة الامتزازية

تحافظ كروماتوغرافيا التيار المعاكس على سلامة الجزيئات الحيوية لأنها تتخلص تمامًا من واجهات الطور الصلب تلك. وهذه الواجهات هي ما يسبب عادةً مشاكل مثل التغير في التركيب الثلاثي (الانحلال)، والتجمع، وكذلك احتجاز الجزيئات وفقدانها. أما الطرق التقليدية فتعتمد على مواد مثل السيليكا أو راتنجات البوليمر التي تحتوي على مناطق كارهة للماء تُحدث إجهادًا فعليًّا على أشكال الجزيئات. أما باستخدام الفصل بين الطورين السائلين، فإن البروتينات والأجسام المضادة والببتيدات تبقى جميعها في المحاليل طوال العملية بكاملها. ووفقًا لبحث نُشر في مجلة «نيتشر» العام الماضي، فإن هذه الطريقة تمنع ظاهرة التمدد غير القابل للعكس التي تحدث في نحو ٣٨٪ من البروتينات العلاجية عند استخدام الطرق القائمة على الطور الصلب. كما ترتفع نسب الاسترجاع بنسبة تتراوح بين ٢٥٪ و٤٠٪، وبشكلٍ بالغ الأهمية تظل الإنزيمات نشطة وظيفيًّا، وتُحافظ الأجسام المضادة على قدرتها على الارتباط بالمستضدات. وما يجعل هذه التقنية ذات قيمة كبيرة هو غياب الضغط العالي الذي يمر عبرها، وعدم وجود مواد مسامية قد تنسد، وبلا شك غياب قوى القص التي تمزق الجزيئات. وهذا أمرٌ في غاية الأهمية بالنسبة للمركبات البيولوجية الحساسة مثل الأجسام المضادة وحيدة النسيلة والهرمونات الببتيدية المختلفة التي لا تتحمل التعامل الخشن إطلاقًا.

تكتسب الاستقرار أهمية بالغة عند التعامل مع الجزيئات الحيوية الحساسة للحرارة. فحتى التلامس القصير مع درجات حرارة تبلغ نحو ٤٥ درجة مئوية قد يتسبب في مشكلات جسيمة مثل التجمع غير القابل للانعكاس في العمليات القائمة على الأعمدة، وفقًا لبحث نُشِر في مجلة «بيوبروسيسينغ» (Bioprocessing) العام الماضي. ولذلك تبرز تقنية «سي سي سي» (CCC) نظرًا لعملها في ظروف الضغط ودرجة الحرارة العاديتين في الغرفة. وبفضل هذه المزايا، بدأت العديد من المختبرات بالتحول إلى الطرق المقابلة التدفقية في تطبيقات مثل تنقية مستضدات اللقاحات ومختلف التطبيقات في مجال الطب التجديدي. وما يهم حقًّا هنا ليس فقط كمية المادة المستعادة، بل ما إذا كانت تلك الجزيئات تحتفظ بوظيفتها بعد المعالجة — وهي النقطة التي تحدد ما إذا كانت العملية برمتها ناجحة أم لا.

تخفيض التكاليف التشغيلية واستهلاك المذيبات

انخفاض استهلاك المذيبات العضوية بنسبة ٧٠٪ مقارنةً بتقنية الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء التحضيرية (Prep-HPLC) — وأثر ذلك على عامل البيئة (E-Factor) والتصنيع الأخضر

تقلل كروماتوغرافيا التدفق المعاكس من كمية المذيبات العضوية المطلوبة بنسبة تصل إلى ٧٠٪ مقارنةً بالطرق التقليدية لكروماتوغرافيا السائل عالية الأداء التحضيرية (prep HPLC). وهذا يعني وفورات حقيقية في التكاليف، ليس فقط في شراء المذيبات، بل أيضًا في جميع الجهود الإضافية المرتبطة بالتعامل معها ومعالجة النفايات الخطرة الناتجة عنها. ويؤدي الانخفاض في استهلاك المذيبات إلى خفض ما يُسمّيه الكيميائيون «عامل البيئة» أو «E Factor» إلى نحو ٢٤ في عمليات كروماتوغرافيا التدفق المعاكس (CCC)، وهي قيمة أفضل بكثير من النطاق المعتاد البالغ من ٢٥ إلى ١٠٠ الذي تحققه تقنيات كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء التحضيرية القياسية. ولتخفيض استهلاك المذيبات فوائد إضافية أخرى: فهو يُسرّع من وقت التشغيل، ويقلل من الضغط الواقع على أنظمة المعدات، ويساعد عمومًا في تجاوز العقبات المزعجة التي تواجه عمليات التنقية وتبطئ سيرها. فعلى سبيل المثال، في استخلاص المستخلصات النباتية على المستوى الصناعي، يمكن إنجاز ما يستلزم عادةً ١٠ لترات من المذيب باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالية الأداء التحضيرية، بِـ ٣ لترات فقط عند استخدام كروماتوغرافيا التدفق المعاكس، وفقًا لبعض الاختبارات الحديثة المنشورة في مجلة «كروماتوغرافيا» (Journal of Chromatography Comparative Analysis). وكل هذه التحسينات تعني أن كروماتوغرافيا التدفق المعاكس تُطبَّق بكفاءة على المقاييس الأكبر دون أن تُثقل كاهل الميزانية، مع الحفاظ في الوقت نفسه على صداقتها للبيئة. وبلا شك، فإن هذا النهج يتماشى تمامًا مع المتطلبات التي يبحث عنها المنظمون اليوم في ممارسات التصنيع الأخضر ضمن قطاعي الأدوية والمكملات الغذائية.

تنقية حيوية قابلة للتوسّع مع أقل قدر ممكن من إعادة تحسين الطريقة

تتيح أنظمة التدفق المعاكس التوسع بسلاسة من الاختبارات المخبرية الصغيرة (مثل العينات التي حجمها ١ مل أو ١٠ مل) وحتى التشغيل الصناعي الكبير (والذي قد يصل أحيانًا إلى ١٠٠٠ لتر)، وبصورةٍ مباشرةٍ جدًّا، مع الحاجة الضئيلة جدًّا إلى إعادة ضبط المُعطيات. ويتحقَّق هذا «السحر» لأن النظام يستند إلى مبادئ الديناميكا الحرارية الأساسية للانفصال بدلًا من عوامل مثل شكل العمود، أو درجة اكتناز الحشوة، أو تأثير معدلات التدفق على انتقال الكتلة. وما يعنيه ذلك عمليًّا هو أن الباحثين يستطيعون استخدام نفس المذيبات ونسب التدفق سواء كانوا يعملون على معدات صغيرة جدًّا أو كبيرة جدًّا. فبالفعل، ينقل العديد من المختبرات طرائقها مباشرةً من نظام سعة ١ لتر إلى نظام سعة ١٠٠٠ لتر دون إدخال أي تغيير على نسب الطور أو سرعات الدوران أو حتى ملفات التدرج (Gradients) التي يوليها الجميع اهتمامًا بالغًا. وهذه الدرجة من الاتساق توفر للشركات ما يقارب نصف الوقت الذي تقضيه عادةً في التحقق من صحة العمليات، وتتجنَّب جولات التطوير المُكلِّفة. أما بالنسبة لأولئك الذين يُنتجون أدوية بيولوجية معقَّدة أو لقاحات أو حتى أدوية مستخلصة من النباتات، فإن هذه القدرة على التوسُّع السريع تعني وصول المنتجات إلى المرضى بشكل أسرع، مع خفض المخاطر المرتبطة بإدخالها السوق. ولهذا السبب أصبحت كروماتوغرافيا التدفق المعاكس أداةً بالغة الأهمية لأي شخص جادٍّ في تبني أحدث تقنيات تنقية المواد البيولوجية.