Care sunt avantajele unui sistem cu curgere în contracurent?

Eficiență superioară de separare în sistemele cu curgere în contracurent

Cum partiționarea dinamică lichid–lichid permite obținerea unor numere mai mari de plăci teoretice

Sistemele cu contracurent funcționează mai bine la separarea substanțelor, deoarece folosesc o partiționare continuă lichid-lichid, care creează mai multe trepte de echilibru, asemănătoare cu platourile teoretice. Ceea ce face aceste sisteme speciale comparativ cu metodele tradiționale bazate pe fază solidă este absența suporturilor staționare. Aceasta înseamnă că nu întâmpinăm probleme legate de aderarea ireversibilă a substanțelor la suprafețe sau de pierderea eșantioanelor în timpul procesului. În schimb, întreaga separare are loc în mod natural, bazându-se exclusiv pe modul în care diferitele compuși se distribuie între fazele lichide. Rezultatul? Putem distinge molecule foarte asemănătoare, cum ar fi taxanii sau diversele forme de flavonoizi, care altfel ar fi dificil de diferențiat. Cromatografia cu contracurent (CCC) atinge de obicei aproximativ 3000 de platouri teoretice, mult mai mult decât cromatografia lichidă de înaltă performanță (HPLC) standard, care, în majoritatea cazurilor, nu depășește 500 de platouri teoretice. De ce este atât de important acest lucru? Pentru că, atunci când fazele sunt reîmprospătate în mod continuu și dispersia benzilor de substanțe este redusă, obținem vârfuri mult mai ascuțite și fracții mai pure. Iar pentru cercetătorii care încearcă să izoleze ingrediente active din amestecuri complexe, această precizie nu poate fi întrecută.

Dovadă de caz: Purificarea paclitaxelului cu CCC de înaltă viteză depășește HPLC în ceea ce privește rezoluția și recuperarea

Metoda de cromatografie contracurentă de înaltă viteză (HSCCC) prezintă avantaje evidente în purificarea paclitaxelului, un compus anticancer instabil care necesită o izolare atentă. Cercetările indică faptul că aproximativ 98% din paclitaxelul intact poate fi recuperat prin tehnici HSCCC, depășind metodele standard de HPLC, care obțin doar aproximativ 82–85%, deoarece compușii tind să se adere și să se degradeze pe coloanele de silice. În ceea ce privește separarea paclitaxelului de substanțe similare, cum ar fi baccatinul III și 10-deacetilbaccatinul III, HSCCC realizează o rezoluție cu aproximativ 1,5 ori mai bună. Acest lucru se datorează în principal faptului că HSCCC funcționează în fază soluție, nu în baza interacțiunilor de suprafață. Un alt avantaj major este reducerea consumului de solvent cu aproximativ 60% comparativ cu procesele tradiționale de HPLC, ceea ce face întreaga operațiune mult mai eficientă din punct de vedere al costurilor. Pentru laboratoarele care lucrează cu produse naturale delicate, unde menținerea integrității structurale este prioritară, aceste rezultate evidențiază în mod clar de ce HSCCC se impune ca metodă preferată.

Păstrarea integrității biomoleculare fără suporturi solide

De ce separarea contracurentă fără suport previne denaturarea și pierderea prin adsorbție

Cromatografia în contracurent păstrează biomoleculele intacte, deoarece elimină în mod complet aceste interfețe de fază solidă. Aceste interfețe sunt, de obicei, cauza unor probleme precum denaturarea, agregarea și reținerea (pierderea) moleculelor. Metodele tradiționale se bazează pe materiale precum silica sau rășini polimerice care prezintă astfel de zone hidrofobe, care stresază, de fapt, conformația moleculelor. În schimb, prin partiționarea lichid–lichid, proteinele, anticorpii și peptidele rămân în soluție pe întreaga durată a procesului. Conform unui studiu publicat anul trecut în revista Nature, această abordare previne fenomenul de desfășurare ireversibilă care apare la aproximativ 38% dintre proteinele terapeutice atunci când se folosesc metode cu fază solidă. Randamentele de recuperare cresc cu 25%–40%, iar, în mod important, enzimele își păstrează activitatea funcțională, iar anticorpii mențin capacitatea de legare a antigenelor. Valoarea acestei tehnici rezidă în absența presiunii ridicate, în lipsa materialelor poroase care s-ar putea înfunda și, cu siguranță, în lipsa forțelor de forfecare care pot distruge structurile delicate. Acest aspect este esențial pentru substanțele biologice sensibile, cum ar fi anticorpii monoclonali și diversele hormoni peptidici, care nu tolerează deloc manipularea agresivă.

Stabilitatea este esențială în cazul biomoleculelor sensibile la căldură. Chiar și un contact scurt cu temperaturi de aproximativ 45 de grade Celsius poate provoca probleme grave, cum ar fi agregarea ireversibilă în procesele bazate pe coloane, conform unui studiu publicat anul trecut în Journal of Bioprocessing. De aceea, tehnologia CCC se distinge, deoarece funcționează în condiții normale de presiune și temperatură ambiantă. Datorită acestor avantaje, numeroase laboratoare au început să treacă la metodele contracurent pentru aplicații precum purificarea antigenilor vaccinali și diverse domenii ale medicinei regenerative. Ceea ce contează cu adevărat aici nu este doar cantitatea de material recuperat, ci faptul că moleculele rămân funcționale după procesare — acest lucru determină dacă întreaga operațiune a avut succes sau nu.

Reducerea costurilor operaționale și a consumului de solvenți

consum cu 70 % mai mic de solvenți organici față de HPLC preparativ – Impact asupra factorului E și asupra producției verzi

Cromatografia în contracurent reduce cu aproximativ 70 % cantitatea de solvenți organici necesară în comparație cu metodele tradiționale de HPLC preparativ. Acest lucru înseamnă economii reale nu doar la achiziționarea solvenților, ci și la întreaga muncă suplimentară implicată în manipularea acestora, precum și în gestionarea deșeurilor periculoase. Scăderea consumului de solvenți reduce ceea ce chimistii numesc „factorul ecologic” sau „E Factor” la aproximativ 24 pentru procesele de CCC, ceea ce este mult mai bine decât intervalul obișnuit de 25–100 observat la tehnici standard de HPLC preparativ. Utilizarea unui volum redus de solvenți aduce și alte avantaje: viteza analizelor crește, echipamentele și sistemele sunt supuse unei solicitări mai mici, iar obstacolele moleste de purificare care încetinesc procesul sunt, în general, eliminate. Luați ca exemplu extracția industrială de plante medicinale: ceea ce ar necesita în mod normal 10 litri de solvenți în cadrul HPLC preparativ poate fi realizat cu doar 3 litri folosind CCC, conform unor teste recente publicate în Journal of Chromatography Comparative Analysis. Toate aceste îmbunătățiri înseamnă că CCC funcționează eficient și la scară mare, fără costuri excesive, rămânând totuși prietenoasă cu mediul. Și să fim sinceri: acest tip de abordare se potrivește perfect cerințelor reglementarilor actuale privind practicile de producție verde din industria farmaceutică și nutraceutică.

Biopurificare scalabilă cu o reoptimizare minimă a metodei

Sistemele cu curent contrar facilitează foarte mult scalarea de la mici teste de laborator (de exemplu, probe de 1 mL sau 10 mL) până la mari operațiuni industriale (uneori chiar de până la 1.000 de litri), cu aproape nicio nevoie de ajustări suplimentare. Magia se datorează faptului că aceste sisteme se bazează pe termodinamica fundamentală a repartiției, nu pe factori precum forma coloanei, gradul de împachetare a materialului sau vitezele de curgere care influențează transferul de masă. În practică, acest lucru înseamnă că cercetătorii pot folosi aceleași solvenți și aceleași raporturi de debit, indiferent dacă lucrează cu echipamente mici sau foarte mari. Multe laboratoare aplică direct metodele lor de la o instalație de 1 litru la una de 1.000 de litri, fără a modifica nimic legat de raporturile fazelor, vitezele de rotație sau profilele de gradient, despre care toată lumea este atât de preocupată. Acest tip de consistență permite companiilor să economisească aproximativ jumătate din timpul obișnuit necesar validării proceselor și evită runde costisitoare de redesvoltare. Pentru cei care produc medicamente biologice complexe, vaccinuri sau chiar medicamente de origine vegetală, această capacitate de scalare rapidă înseamnă livrarea produselor către pacienți într-un timp mai scurt, reducând simultan riscurile asociate cu introducerea lor pe piață. De aceea, cromatografia cu curent contrar a devenit un instrument esențial pentru oricine este serios implicat în tehnici moderne de biopurificare.