काउंटर-करंट प्रणाली के क्या लाभ हैं?

काउंटर-करंट प्रणालियों में उत्कृष्ट पृथक्करण दक्षता

गतिशील द्रव–द्रव विभाजन कैसे उच्च सैद्धांतिक प्लेट गिनती को सक्षम बनाता है

विपरीत धारा प्रणालियाँ पदार्थों को अलग करने में अधिक प्रभावी होती हैं, क्योंकि वे निरंतर द्रव-से-द्रव विभाजन का उपयोग करती हैं, जिससे कई साम्य चरण बनते हैं जो सैद्धांतिक प्लेट्स की तरह कार्य करते हैं। इन प्रणालियों को पारंपरिक ठोस चरण विधियों से अलग करने वाली बात यह है कि इनमें कोई स्थिर सहायक (स्टेशनरी सपोर्ट) शामिल नहीं होता है। इसका अर्थ है कि हमें सतहों पर पदार्थों के अपरिवर्तनीय रूप से चिपक जाने या प्रक्रिया के दौरान नमूनों के नष्ट होने जैसी समस्याओं का सामना नहीं करना पड़ता है। इसके बजाय, सभी कुछ यौगिकों के द्रवों के बीच अपने वितरण के आधार पर पूर्णतः प्राकृतिक रूप से अलग हो जाता है। परिणाम? हम ऐसे अत्यंत समान अणुओं—जैसे टैक्सेन्स या विभिन्न फ्लेवोनॉइड रूपों—को आसानी से एक-दूसरे से अलग कर सकते हैं, जिन्हें अन्यथा अलग करना कठिन होता। काउंटर करंट क्रोमैटोग्राफी (सीसीसी) आमतौर पर लगभग 3000 सैद्धांतिक प्लेट्स तक पहुँच जाती है, जो मानक एचपीएलसी (HPLC) द्वारा अधिकांश समय प्राप्त की जाने वाली संख्या—जो आमतौर पर अधिकतम 500 प्लेट्स तक ही सीमित रहती है—से काफी अधिक है। यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है? क्योंकि जब चरणों को लगातार ताज़ा किया जाता है और पदार्थों के बैंड्स का प्रसार कम होता है, तो हमें काफी तीव्र शिखर (शार्प पीक्स) और अधिक शुद्ध अंश (फ्रैक्शन्स) प्राप्त होते हैं। और जटिल मिश्रणों से सक्रिय घटकों को अलग करने की कोशिश कर रहे शोधकर्ताओं के लिए, इस प्रकार की परिशुद्धता का कोई विकल्प नहीं है।

मामले का सबूत: उच्च-गति वाली सीसीसी के साथ पैक्लिटैक्सेल शुद्धिकरण, रिज़ॉल्यूशन और पुनर्प्राप्ति में एचपीएलसी को पीछे छोड़ देता है

उच्च-गति प्रतिधारा क्रोमैटोग्राफी (HSCCC) विधि पैक्लिटैक्सेल के शुद्धीकरण में स्पष्ट लाभ प्रदर्शित करती है, जो एक अस्थिर एंटीकैंसर यौगिक है जिसके सावधानीपूर्ण अलगाव की आवश्यकता होती है। शोध से पता चलता है कि HSCCC तकनीकों के माध्यम से लगभग 98% अपरिवर्तित पैक्लिटैक्सेल को पुनः प्राप्त किया जा सकता है, जो मानक HPLC विधियों की तुलना में बेहतर है, क्योंकि ये विधियाँ केवल लगभग 82 से 85% पुनः प्राप्ति दर प्राप्त कर पाती हैं—यह इसलिए है क्योंकि यौगिक सिलिका कॉलमों पर चिपक जाते हैं और उनका विघटन हो जाता है। पैक्लिटैक्सेल को बैकैटिन III और 10-डीएसिटिलबैकैटिन III जैसे समान पदार्थों से अलग करने के मामले में, HSCCC लगभग 1.5 गुना बेहतर विभेदन क्षमता प्रदान करती है। यह मुख्य रूप से इसलिए होता है क्योंकि HSCCC विलयन-चरण में कार्य करती है, न कि सतही अंतःक्रियाओं पर निर्भर करती है। इसका एक और बड़ा लाभ यह है कि पारंपरिक HPLC प्रक्रियाओं की तुलना में विलायक का उपयोग लगभग 60% कम कर दिया जाता है, जिससे पूरी प्रक्रिया काफी अधिक लागत-प्रभावी हो जाती है। नाजुक प्राकृतिक उत्पादों के साथ काम करने वाली प्रयोगशालाओं के लिए, जहाँ यौगिक की संरचना को अपरिवर्तित रखना सर्वाधिक महत्वपूर्ण होता है, ये परिणाम वास्तव में यह रेखांकित करते हैं कि HSCCC को वरीयता के आधार पर क्यों चुना जाना चाहिए।

ठोस सहायकों के बिना जैव-आणविक अखंडता का संरक्षण

समर्थन-मुक्त विपरीत-प्रवाह विभाजन क्यों डिनेचुरेशन और अधिशोषक हानि को रोकता है

विपरीत धारा क्रोमैटोग्राफी जैव-अणुओं को अक्षुण्ण रखती है, क्योंकि यह ठोस चरण के इंटरफेस को पूरी तरह से समाप्त कर देती है। ये इंटरफेस आमतौर पर विकृति, संग्रहण (एग्रीगेशन) और अणुओं के फँसने तथा नष्ट होने जैसी समस्याएँ उत्पन्न करते हैं। पारंपरिक विधियाँ सिलिका या पॉलीमर रेजिन जैसी वस्तुओं पर निर्भर करती हैं, जिनमें ये जलविरोधी स्थल होते हैं, जो वास्तव में अणुओं के आकार को तनावग्रस्त कर देते हैं। लेकिन द्रव-द्रव विभाजन के साथ, प्रोटीन, एंटीबॉडीज़ और पेप्टाइड्स पूरी प्रक्रिया के दौरान विलयन में ही बने रहते हैं। पिछले वर्ष नेचर में प्रकाशित शोध के अनुसार, यह दृष्टिकोण ठोस चरण विधियों के उपयोग के दौरान चिकित्सकीय प्रोटीनों के लगभग 38% में होने वाले अप्रत्यावर्तनीय विसंरचना (अनफोल्डिंग) के मुद्दे को रोकता है। पुनर्प्राप्ति के आँकड़े 25% से 40% तक बढ़ जाते हैं, और ज़्यादा महत्वपूर्ण बात यह है कि एंजाइम अपना कार्य सही ढंग से करते रहते हैं तथा एंटीबॉडीज़ अपने एंटीजनों से बंधने की क्षमता बनाए रखती हैं। इस तकनीक की मूल्यवानता इसमें निहित है कि इसमें कोई उच्च दाब नहीं चलता, कोई छिद्रिल वस्तुएँ नहीं होतीं जो अवरुद्ध हो सकें, और न ही कोई अपरूपण बल (शियर फोर्सेज़) होते हैं जो कुछ भी फाड़ दें। यह एकल-क्लोनल एंटीबॉडीज़ और विभिन्न पेप्टाइड हार्मोन जैसे संवेदनशील जैविक उत्पादों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, जो कठोर संचालन को बिल्कुल भी सहन नहीं कर पाते।

ऊष्मा-संवेदनशील जैव-अणुओं के साथ काम करते समय स्थायित्व का बहुत अधिक महत्व होता है। पिछले वर्ष जर्नल ऑफ बायोप्रोसेसिंग में प्रकाशित शोध के अनुसार, कॉलम-आधारित प्रक्रियाओं में लगभग 45 डिग्री सेल्सियस के तापमान के केवल संक्षिप्त संपर्क से भी अपरिवर्तनीय संग्रहण जैसी गंभीर समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं। इसीलिए सीसीसी (CCC) प्रौद्योगिकी विशिष्ट है, क्योंकि यह सामान्य कमरे के दबाव और तापमान पर काम करती है। इन लाभों के कारण, कई प्रयोगशालाओं ने टीका एंटीजनों के शुद्धिकरण और विभिन्न पुनर्जनन चिकित्सा अनुप्रयोगों जैसी प्रक्रियाओं के लिए विपरीत-धारा विधियों की ओर स्थानांतरित होना शुरू कर दिया है। यहाँ वास्तव में महत्वपूर्ण नहीं है कि कितनी मात्रा में पदार्थ पुनः प्राप्त किया गया है, बल्कि यह महत्वपूर्ण है कि क्या इन अणुओं ने प्रसंस्करण के बाद अपनी कार्यात्मकता बनाए रखी है—जो यह निर्धारित करता है कि पूरी प्रक्रिया सफल थी या नहीं।

कम कार्यात्मक लागत और विलायक उपयोग

तैयारी-HPLC की तुलना में कार्बनिक विलायक का उपयोग 70% कम – E-फैक्टर और हरित विनिर्माण पर प्रभाव

विपरीत धारा क्रोमैटोग्राफी (काउंटर करंट क्रोमैटोग्राफी) पारंपरिक प्रीप एचपीएलसी (prep HPLC) विधियों की तुलना में आवश्यक कार्बनिक विलायकों की मात्रा को लगभग 70% तक कम कर देती है। इसका अर्थ है कि विलायकों के क्रय पर न केवल वास्तविक धन की बचत होती है, बल्कि उनके संचालन से संबंधित समस्त अतिरिक्त कार्यों और खतरनाक अपशिष्ट के प्रबंधन पर भी बचत होती है। विलायक के उपयोग में कमी के कारण रसायनज्ञों द्वारा पर्यावरणीय कारक या ई-फैक्टर (E Factor) का मान सीसीसी (CCC) प्रक्रियाओं के लिए लगभग 24 तक गिर जाता है। यह मान सामान्य प्रीप एचपीएलसी तकनीकों में देखे जाने वाले सामान्य सीमा 25 से 100 की तुलना में काफी बेहतर है। कम विलायक के उपयोग के अन्य लाभ भी हैं—यह चलाने के समय को कम करता है, उपकरण प्रणालियों पर कम दबाव डालता है और सामान्यतः शुद्धिकरण में आने वाली वे अप्रिय बाधाओं को सुचारू रूप से दूर करता है जो प्रक्रिया को धीमा कर देती हैं। उदाहरण के लिए, औद्योगिक स्तर के वनस्पतिक निकालने (बॉटैनिकल एक्सट्रैक्शन) को लें। कुछ हालिया परीक्षणों के अनुसार, जो सामान्यतः प्रीप एचपीएलसी के साथ 10 लीटर विलायक की आवश्यकता होती है, वही कार्य सीसीसी के साथ केवल 3 लीटर विलायक के साथ पूरा किया जा सकता है, जैसा कि क्रोमैटोग्राफी जर्नल के तुलनात्मक विश्लेषण अंक में वर्णित है। ये सभी सुधार इस बात को सुनिश्चित करते हैं कि सीसीसी बड़े पैमाने पर कार्य करने में सक्षम है, बिना अत्यधिक लागत के, और फिर भी पर्यावरण के लिए हितकारी बनी रहती है। और आइए स्वीकार करें कि ऐसी दृष्टिकोण वर्तमान में फार्मा और न्यूट्रास्यूटिकल उद्योगों में हरित विनिर्माण प्रथाओं के क्षेत्र में नियामक निकायों द्वारा अपेक्षित दृष्टिकोण के साथ पूर्णतः सुसंगत है।

न्यूनतम विधि पुनः-अनुकूलन के साथ स्केलेबल जैव शुद्धिकरण

काउंटर करंट प्रणालियाँ छोटे प्रयोगशाला परीक्षणों (जैसे 1 मिलीलीटर या 10 मिलीलीटर के नमूनों) से शुरू करके बड़े औद्योगिक उत्पादन (कभी-कभी 1,000 लीटर तक) तक स्केल अप करने को काफी सरल बना देती हैं, जिसमें लगभग कोई भी पुनः समायोजन करने की आवश्यकता नहीं होती। यह 'जादू' इसलिए संभव होता है क्योंकि यह मूल विभाजन ऊष्मागतिकी पर आधारित है, न कि कॉलम के आकार, भराव की घनत्वता या द्रव्यमान स्थानांतरण को प्रभावित करने वाली प्रवाह दर जैसे कारकों पर। व्यावहारिक रूप से इसका अर्थ है कि शोधकर्ता चाहे वे छोटे या विशाल उपकरणों के साथ काम कर रहे हों, समान विलायकों और प्रवाह अनुपातों का उपयोग कर सकते हैं। कई प्रयोगशालाएँ वास्तव में अपनी विधियों को 1 लीटर की स्थापना से सीधे 1000 लीटर की स्थापना पर स्थानांतरित कर देती हैं, बिना किसी प्रावस्था अनुपात, घूर्णन गति या उन ग्रेडिएंट प्रोफाइल्स में कोई परिवर्तन किए, जिनके बारे में सभी लोग इतने उत्साहित होते हैं। ऐसी सुसंगतता कंपनियों को प्रक्रिया मान्यीकरण में सामान्यतः लगने वाले समय का लगभग आधा हिस्सा बचाती है और महंगे पुनर्विकास चक्रों से बचाती है। जो लोग जटिल जैविक औषधियाँ, टीके या यहाँ तक कि पौधे-आधारित औषधियाँ बना रहे हैं, उनके लिए इस त्वरित स्केलिंग की क्षमता का अर्थ है कि उत्पादों को रोगियों तक तेज़ी से पहुँचाया जा सकता है और उन्हें बाज़ार में लाने के जोखिम को कम किया जा सकता है। यही कारण है कि काउंटर करंट क्रोमैटोग्राफी आधुनिक जैव-शुद्धिकरण तकनीकों के लिए गंभीरता से काम करने वाले सभी व्यक्तियों के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गई है।