Τι είναι ένας αντιδραστήρας κυτταρικής καλλιέργειας; Αρχές, τύποι και εφαρμογές

Απαντώντας στην βασική ερώτηση:Τι είναι ένας αντιδραστήρας κυτταρικής καλλιέργειας και πώς διατηρεί βιώσιμα κύτταρα θηλαστικών σε υψηλή πυκνότητα για βιοφαρμακευτική παραγωγή;Ο αντιδραστήρας κυτταρικής καλλιέργειας είναι ένας βιοαντιδραστήρας ειδικά σχεδιασμένος και βελτιστοποιημένος για την καλλιέργεια κυττάρων θηλαστικών (όπως η ωοθήκη του κινεζικού χάμστερ [CHO], η NS0,ή HEK293 κύτταρα) ή κύτταρα εντόμων υπό ακριβώς ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας (36Σε αντίθεση με τους μικροβιακούς ζυθοποιούς που λειτουργούν σε υψηλές ταχύτητες αναστάτωσης και ταχύτητες μεταφοράς οξυγόνου, οι μικροβιακοί ζυθοποιείς έχουν υψηλό βαθμό οξυγόνου.Οι αντιδραστήρες κυτταρικής καλλιέργειας πρέπει να διατηρούν ήπιες συνθήκες ανάμειξης για να αποφεύγονται οι κυτταρικές βλάβες που προκαλούνται από την κοπή, παρέχοντας παράλληλα επαρκή παροχή οξυγόνου και θρεπτικών ουσιών..

1Βασικές αρχές λειτουργίας των αντιδραστήρων κυτταρικής καλλιέργειας

·**Σχεδιασμός μικροσυσκευής με χαμηλό κούρεμα**Τα κύτταρα των θηλαστικών δεν έχουν άκαμπτο κύτταρο και καταστρέφονται από τάσεις κοπής που υπερβαίνουν τα 200-300 dyne / cm2.6) λειτουργία σε χαμηλές ταχύτητες (20-150 σ.μ.), συνήθως σχεδιασμοί με αξιωτική ροή (ναυτική τροχιά, τροχιά αυτιού ελέφαντα) που παράγουν μέσες ταχύτητες κοπής 30 ̇ 100 s − 1 διατηρώντας την επαρκή μεταφορά οξυγόνου (kLa 2 ̇ 15 h − 1).

·**Απολυμένο έλεγχο οξυγόνου**Τα κύτταρα των θηλαστικών καταναλώνουν οξυγόνο με ρυθμούς 0,5 5 × 10−12 mol / κύτταρο / ώρα. Σε πυκνότητες κυττάρων 10 30 × 106 κύτταρα / ml, η ζήτηση οξυγόνου είναι 5 50 mmol / L / ώρα.Το οξυγόνο προμηθεύεται μέσω σπαρδίσματος (άμεση προσθήκη αερίου)Το DO διατηρείται σε κορεσμό αέρα 20~60% με τη χρήση κυκλώματος ελέγχου σε κατακλυσμό που ρυθμίζει την ταχύτητα ροής και τη σύνθεση των αερίων (αέρας, O2, N2, CO2).

·** Περφουσία και κατακράτηση κυττάρων**Η καλλιέργεια κυττάρων με διάχυση τροφοδοτεί συνεχώς φρέσκα μέσα και απομακρύνει τα εξαντλημένα μέσα ενώ διατηρεί τα κύτταρα μέσα στον αντιδραστήρα χρησιμοποιώντας μια συσκευή κατακράτησης κυττάρων (εναλλακτικό φίλτρο αγγειορροπητικής ροής [ATF],φίλτρο περιστροφήςΑυτό επιτυγχάνει πυκνότητες κυττάρων 50×200 × 106 κυττάρων/mL 10×50 φορές υψηλότερες από τις τροφοδοτούμενες με παρτίδα, επιτρέποντας 10 φορές υψηλότερη όγκο παραγωγικότητας σε μικρότερο αποτύπωμα αντιδραστήρα.

2Οι κύριοι τύποι αντιδραστήρων κυτταρικής καλλιέργειας

·**Βιοαντιδραστήρας κυτταρικής καλλιέργειας με τανκ**Ατσάλι (316L) ή σύστημα σακούλας μίας χρήσης (50~2.000 L) με μαγνητικό ή μηχανικό αναμεικτήρα που τοποθετείται στο κάτω μέρος.Εξοπλισμένο με έλεγχο πολλαπλών παραμέτρων (DO), pH, θερμοκρασία, αναλυτές γλυκόζης/λακτατικού) και δυνατότητα CIP/SIP (για ανοξείδωτο χάλυβα) ή σακούλες ακτινοβολίας γάμμα (μοναδικής χρήσης).

·**Βιοαντιδραστήρας κυτταρικής καλλιέργειας με μικτά κύματα**Ένα εύκαμπτο σάκο σε πλατφόρμα κουνήματος που παράγει ανάμειξη και αερισμό που προκαλείται από κύματα χωρίς τροχούς.συχνότητα 15 ̇35 rpm) δημιουργεί χαμηλή πίεση κοπής (50 ̇150 s−1), ιδανικό για ευαίσθητα στα κυττάρα και τις καλλιέργειες χαμηλής πυκνότητας.

·** Αντιδραστήρας καλλιέργειας κυττάρων με κενές ίνες**Ένα φυσίγγιο που περιέχει χιλιάδες ημιδιαπερατές κούφες ίνες (μέγεθος πόρου 0,2 μm, επιφάνεια 1·10 m2).Τα κύτταρα αναπτύσσονται στην πλευρά του κελύφους σε πυκνότητες έως 1 ∆5 × 108 κύτταρα / ml, ενώ το μέσο ρέει μέσα από το φως των ινώνΧρησιμοποιείται για μακροχρόνια (30~60 ημέρες) συνεχή παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων και ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών σε μικρό όγκο.

Τύποι αντιδραστήρων κυτταρικής καλλιέργειας Σύγκριση μήτρας

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Γιατί οι αντιδραστήρες κυτταρικής καλλιέργειας πρέπει να λειτουργούν σε χαμηλότερη πίεση κοπής από τους μικροβιακούς ζυθοποιείς;

Τα κύτταρα των θηλαστικών στερούνται ενός άκαμπτου κύτταρου πεπτιδογλυκάνων, καθιστώντας τα ευάλωτα σε ζημιές από το κούρεμα από τις άκρες του τροχού, την ρήξη φυσαλίδας αερίου και την αναταραχή του υγρού.Οι πιέσεις κοπής άνω των 200·300 dyne/cm2 προκαλούν ρήξη κυτταρικής μεμβράνης και απελευθέρωση ενδοκυτταρικών ενζύμωνΤα μικροβιακά κύτταρα (βακτήρια, ζύμες) ανέχονται 10×100 φορές μεγαλύτερη κοπή επειδή τα κύτταρα τους παρέχουν δομική ακαμψία.

Τι είναι η κυτταρική καλλιέργεια με διάχυση και πώς διαφέρει από την καλλιέργεια με τροφοδοτική παρτίδα;

Στην καλλιέργεια με τροφοδοσία με παρτίδες, τα θρεπτικά συστατικά προστίθενται περιοδικά ενώ η παρτίδα παραμένει στον αντιδραστήρα μέχρι τη συγκομιδή (συνήθως 10-14 ημέρες), φθάνοντας σε πυκνότητα κυττάρων 1030 × 106 κυττάρια/ml.Σε κουλτούρα διάχυσης, το φρέσκο μέσο τροφοδοτείται συνεχώς, ενώ το χρησιμοποιημένο μέσο απομακρύνεται συνεχώς και τα κύτταρα διατηρούνται από φίλτρο ή συσκευή καθίζησης,διατήρηση πυκνότητας κυττάρων 50×200 × 106 κυττάρων/mL για 30×60 ημέρες με 5×10 φορές υψηλότερη όγκο παραγωγικότητας.

Ποια είναι η απαίτηση kLa για την καλλιέργεια κυττάρων θηλαστικών;

Τα κύτταρα των θηλαστικών απαιτούν ταχύτητες μεταφοράς οξυγόνου (kLa) 2 ∆15 h−1, ανάλογα με την πυκνότητα των κυττάρων και τη μεταβολική δραστηριότητα.Αυτό είναι σημαντικά χαμηλότερο από την μικροβιακή ζύμωση (kLa 50 ∙ 300 h−1) επειδή τα κύτταρα των θηλαστικών έχουν χαμηλότερα ειδικά ποσοστά πρόσληψης οξυγόνου (0.5·5 × 10−12 mol/κύτταρο/ώρα έναντι 10·100 × 10−12 mol/κύτταρο/ώρα για τα βακτήρια).

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντιδραστήρες κυτταρικής καλλιέργειας για την παραγωγή ιικών εμβολίων;

Ναι. Τα κύτταρα θηλαστικών (Vero, MDCK, HEK293) που καλλιεργούνται σε βιοαντιδραστήρες αναμειγμένης δεξαμενής (50 ̇ 2.000 L) είναι η τυποποιημένη πλατφόρμα για την παραγωγή ιικών εμβολίων.πολιομυελίτιδαΜετά τη μόλυνση (3-7 ημέρες), ο ιός συλλέγεται, καθαρίζεται και αδρανοποιείται.Οι αντιδραστήρες μίας χρήσης κυριαρχούν σε αυτή την εφαρμογή λόγω των απαιτήσεων περιορισμού βιοασφάλειας.