ما هو مفاعل ثقافة الخلايا؟ المبادئ والأنواع والتطبيقات

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هو مفاعل ثقافة الخلايا، وكيف يحافظ على خلايا الثدييات القابلة للحياة في كثافة عالية لإنتاج الأدوية الحيوية؟مفاعل زراعة الخلايا هو مفاعل حيوي مصمم خصيصًا ومحسّن لزراعة خلايا الثدييات (مثل المبيض الصيني للحمص [CHO] ، NS0 ،أو خلايا HEK293) أو خلايا الحشرات في ظل ظروف درجة حرارة تحكم فيها بدقة (36.5~37.5 درجة مئوية) ، الأكسجين المذاب (20~60٪ تشبع الهواء) ، الحموضة (6.8~7.4) ، والتشعبية (280~340 mOsm / kg). على عكس المذيبات الميكروبية التي تعمل بسرعة عالية في التحريك ومعدلات نقل الأكسجين ، فإن المذيبات التي تعمل على تحويل الأكسجين إلى الأكسجين ، والتي تعمل على تحويل الأكسجين إلى الأكسجين ، والتي تعمل على تحويل الأكسجين إلى الأكسجين ، والتي تعمل على تحويل الأكسجين إلى الأكسجين ، والتي تعمل على تحويل الأكسجين إلى الأكسجين.يجب أن تحافظ مفاعلات ثقافة الخلايا على ظروف خلط لطيفة لتجنب تلف الخلايا الناجم عن القطع مع توفير إمدادات كافية من الأكسجين والمواد الغذائية.

1مبادئ تشغيل أساسية لمفاعلات ثقافة الخلايا

·** تصميم خليط قشر منخفض **خلايا الثدييات تفتقر إلى جدار خليوي جامد وتتلف من خلال ضغوط القطع التي تتجاوز 200-300 دين / سم2. تستخدم مفاعلات ثقافة الخلايا محركات ذات قطر كبير (نسبة D / T من 0.4 ٪).6) تعمل عند سرعات منخفضة (20~150 دورة في الدقيقة)، عادةً تصاميم التدفق المحوري (دراجة بحرية ، دراجة أذن الفيل) التي تولد متوسط معدلات القطع من 30 ٪ 100 s-1 مع الحفاظ على نقل الأكسجين الكافي (kLa من 2 ٪ 15 h-1).

·** مراقبة الأكسجين المحللة **تستهلك الخلايا الثديية الأكسجين بمعدلات 0.5 5 × 10-12 مول / خلية / ساعة. عند كثافة الخلايا من 10 30 × 106 خلية / مل ، فإن الطلب على الأكسجين هو 5 50 ممول / لتر / ساعة.يتم توفير الأوكسجين عن طريق التشويش (الإضافة الغازية المباشرة)، التهوية السطحية، أو انتشار الغشاء. يتم الحفاظ على DO عند 20 ٪ 60٪ من تشبع الهواء باستخدام حلقة التحكم المتداخلة التي تقوم بتعديل معدل تدفق الغاز وتكوينه (الهواء، O2، N2، CO2).

·** التسريب والاحتفاظ بالخلايا **تزود زراعة الخلايا عن طريق التسريب باستمرار وسائل إعلام جديدة وتزيل الوسائط المستهلكة أثناء الاحتفاظ بالخلايا داخل المفاعل باستخدام جهاز احتفاظ بالخلايا (مرشح التدفق المماس المتبادل [ATF] ،مرشح الدورانهذا يحقق كثافة الخلايا من 50 × 200 × 106 الخلايا / مل 10 × 50 × أعلى من المجموعة المقدمة مما يتيح إنتاجية حجمية أعلى 10 × في البصمة المفاعلة الأصغر.

2أنواع رئيسية من مفاعلات ثقافة الخلايا

·** المفاعل الحيوي لثقافات الخلايا في خزان محرك **الفولاذ المقاوم للصدأ (316 لتر) أو نظام أكياس للاستخدام المفرد (50-2،000 لتر) مع محرك مغناطيسي أو ميكانيكي مثبت في الأسفل. المعيار الصناعي لإنتاج الأدوية الحيوية السريرية والتجارية.مجهزة بجهاز تحكم متعدد المعايير (DO)، pH، درجة الحرارة، محللات الجلوكوز/اللكتات) وقدرة CIP/SIP (للفولاذ المقاوم للصدأ) أو أكياس مشعة غاما (لاستخدام مرة واحدة).

·**مفاعل ثقافة الخلايا المختلط بالموجات**كيس مرن على منصة هزازة ينتج خلطاً و تهويةً بسبب الموجات بدون دوافع. الحركة اللطيفة (زاوية هزاز 6 ̊10°،التردد 1535 دورة في الدقيقة) يخلق ضغط قشر منخفض (50150 s−1)، مثالية للخلايا الحساسة للقطع والثقافات منخفضة الكثافة. أحجام من 10 مل إلى 600 لتر ، تستخدم أساسا لتوسيع سلسلة البذور والتنمية في المرحلة الأولى.

·** مفاعل ثقافة الخلايا الألياف الجوفية **غطاء يحتوي على الآلاف من الألياف المجوفة شبه الشفافة (حجم المسام 0.2 ميكرومتر ، مساحة السطح 1 ‰ 10 م 2).تنمو الخلايا على جانب القشرة عند كثافة تصل إلى 1 ′′ 5 × 108 خلايا / مل بينما تتدفق الوسائط من خلال ضوء الأليافيستخدم لإنتاج مستمر طويل الأمد (30 ٪ 60 يومًا) من الأجسام المضادة الأحادية النسخة والبروتينات المتجانسة بكميات صغيرة.

أنواع مفاعلات زراعة الخلايا مصفوفة مقارنة

الأسئلة الشائعة (FAQ)

لماذا يجب أن تعمل مفاعلات ثقافة الخلايا في ضغط قشر أقل من المذيبات الميكروبيّة؟

خلايا الثدييات تفتقر إلى جدار خليوي صلب من الببتيدوجليكان، مما يجعلها عرضة لأضرار القطع من أطراف الدفع، وانفجار فقاعة الغاز، وتضربات السائل.تؤدي ضغوط القطع التي تزيد عن 200-300 دين / سم2 إلى تمزق غشاء الخلية وإفراز إنزيمات داخل الخليةتتحمل الخلايا الميكروبية (البكتيريا، الخميرة) 10 × 100 × القطع الأعلى لأن جدران الخلايا توفر صلابة هيكلية.

ما هي ثقافة الخلايا التسريبية و كيف تختلف عن المجموعة الغذائية؟

في زراعة القطع الغذائية ، يتم إضافة المواد الغذائية بشكل دوري بينما تظل القطع في المفاعل حتى الحصاد (عادة 10 ٪ 14 يومًا) ، للوصول إلى كثافة الخلايا من 10 ٪ 30 × 106 خلية / مل.في ثقافة التسريب، يتم إمداد الوسائط الطازجة باستمرار بينما يتم إزالة الوسائط المستهلكة باستمرار وتحتفظ بالخلايا بواسطة مرشح أو جهاز استقرار.الحفاظ على كثافة الخلايا من 50 ∼200 × 106 خلايا / مل لمدة 30 ∼60 يومًا مع إنتاجية حجميّة أعلى 5 ∼ 10 مرات.

ما هي متطلبات kLa لثقافة خلايا الثدييات؟

تتطلب خلايا الثدييات معدلات نقل الأكسجين (kLa) من 2 ¢ 15 h-1 ، اعتمادًا على كثافة الخلية والنشاط الأيض.هذا أقل بكثير من التخمير الميكروبي (kLa من 50 ٪ 300 h-1) لأن خلايا الثدييات لديها معدلات استيعاب أوكسجين محددة أقل (0.5 ‬5 × 10 ‬12 مول/خلية/ساعة مقابل 10 ‬100 × 10 ‬12 مول/خلية/ساعة للبكتيريا).

هل يمكن استخدام مفاعلات ثقافة الخلايا لإنتاج اللقاحات الفيروسية؟

نعم، خلايا الثدييات (فيرو، MDCK، HEK293) المزروعة في المفاعلات الحيوية الخزان المتحركة (50 ‬2,000 لتر) هي المنصة القياسية لإنتاج اللقاحات الفيروسية. الخلايا مصابة بفيروس (الإنفلونزا،شلل الأطفالبعد العدوى (37 يومًا) ، يتم حصاد الفيروس وتنقيته وإيقاف نشاطه.المفاعلات ذات الاستخدام الواحد تهيمن على هذا التطبيق بسبب متطلبات احتواء السلامة الحيوية.