یک رآکتور کشت سلولی چیست؟ اصول، انواع و کاربردها

جواب دادن به سوال اصلي:یک رآکتور کشت سلولی چیست و چگونه سلول های پستانداران را با تراکم بالا برای تولید بیوفارماسیوتیک حفظ می کند؟یک رآکتور کشت سلولی یک رآکتور زیستی است که به طور خاص برای کشت سلول های پستانداران (مانند تخمدان همستر چینی [CHO]، NS0،یا سلول های HEK293) یا سلول های حشرات در شرایط درجه حرارت دقیق کنترل شده (36.5~37.5°C) ، اکسیژن محلول (20~60% اشباع هوا) ، pH (6.8~7.4) ، و osmolality (280~340 mOsm/kg). بر خلاف تخمیر کننده های میکروبی که با سرعت تحریک بالا و سرعت انتقال اکسیژن کار می کنند،رآکتورهای کشت سلولی باید شرایط مخلوط نرم را حفظ کنند تا از آسیب سلول ناشی از برش جلوگیری شود و در عین حال اکسیژن و مواد مغذی کافی را تامین کنند..

1اصول اصلی عملکرد راکتورهای کشت سلولی

·** طراحی مخلوط کم برش **سلول های پستانداران دارای دیواره سلولی سفت نیستند و توسط فشارهای برش بیش از 200 ¢ 300 دین / سانتی متر آسیب می بینند. راکتورهای کشت سلولی از دوچرخه های قطر بزرگ (نسبت D / T 0.4 ¢ 0.) استفاده می کنند.6) در سرعت های پایین (۲۰/۱۵۰ دور در دقیقه)، به طور معمول طرح های جریان محوری (دروغ دریایی، دروغ گوش فیل) که نرخ میانگین برش 30 ‰ 100 s-1 را تولید می کنند در حالی که انتقال اکسیژن کافی (kLa 2 ‰ 15 h-1) را حفظ می کنند.

·** کنترل اکسیژن حل شده **سلول های پستانداران با نرخ 0.5 5 × 10-12 مول / سلول / ساعت اکسیژن مصرف می کنند. در تراکم سلول 10 30 × 106 سلول / میلی لیتر ، تقاضا برای اکسیژن 5 50 میلی مول / لیتر / ساعت است.اکسیژن از طریق اسپارینگ (اضافه مستقیم گاز) تامین می شود.، تهویه سطحی، یا پخش غشا. DO در 20 ٪ 60٪ اشباع هوا با استفاده از یک حلقه کنترل Cascaded که سرعت جریان گاز و ترکیب (هوا، O2، N2، CO2) را تنظیم می کند، حفظ می شود.

·** پرفیوژن و نگهداری سلول ها **پرورش سلول های پرفیوژن به طور مداوم رسانه های تازه را تغذیه می کند و رسانه های مصرف شده را از بین می برد در حالی که سلول ها را در داخل راکتور با استفاده از یک دستگاه نگهداری سلول (فیلتر جریان متناوب (ATF) ،فیلتر چرخشاین کار باعث می شود که تراکم سلول 50×200 × 106 سلول / میلی لیتر 10×50 برابر بیشتر از دسته های تغذیه شده باشد و باعث می شود که بهره وری حجمی 10 برابر بیشتر در یک رد پای راکتور کوچکتر باشد.

2انواع اصلی رآکتورهای کشت سلولی

·** بیوراکتور کشت سلول مخزن محرک**فولاد ضد زنگ (316L) یا سیستم کیسه های یکبار مصرف (50 ‰ 2،000 L) با یک مخلوط کننده مغناطیسی یا مکانیکی نصب شده در پایین. استاندارد صنعت برای تولید بالینی و تجاری بیوفارماسی.مجهز به کنترل چند پارامتر (DO)، pH، دمای، گلوکز / لاکتات آنالیزرها) و قابلیت CIP / SIP (برای فولاد ضد زنگ) یا کیسه های تابش گاما (یکبار مصرف).

·** بیوراکتور کشت سلول با موج مخلوط **یک کیسه انعطاف پذیر بر روی یک پلت فرم تکان دهنده که تولید مخلوط و هواسازی ناشی از موج بدون چرخدار را ایجاد می کند. حرکت ملایم (زاویه تکان دادن 610 °،فرکانس 1535 rpm) باعث ایجاد فشار برش پایین (50150 s−1) می شود.، ایده آل برای سلول های حساس به برش و فرهنگ های کم چگالی است. حجم از 10 میلی لیتر تا 600 لیتر، عمدتا برای گسترش جریان دانه و توسعه در مراحل اولیه استفاده می شود.

·** راکتور کشت سلول فیبر توخالی **یک کارتریج حاوی هزاران فیبر حفره ای نیمه نفوذ پذیر (حجم منافذ 0.2 μm، مساحت سطحی 1 ‰ 10 m2).سلول ها در سمت پوسته در تراکم تا 1 ¢ 5 × 108 سلول / میلی لیتر رشد می کنند در حالی که رسانه از طریق لومن فیبر جریان می یابدبرای تولید طولانی مدت (30~60 روز) تولید مداوم آنتی بادی های مونوکلونال و پروتئین های ترکیب شده در حجم کوچک استفاده می شود.

انواع راکتور های کشت سلولی ماتریس مقایسه

سوالات متداول (FAQ)

چرا رآکتورهای کشت سلولی باید با فشار برش پایین تر از تخمیر کننده های میکروبی کار کنند؟

سلول های پستانداران فاقد دیواره سلولی سخت پپتیدوگلیکان هستند، که باعث می شود آنها در معرض آسیب برش از نوک های چرخدار، شکستگی حباب گاز و آشفتگی مایع باشند.فشارهای برش بیش از 200-300 دین / سانتی متر مربع باعث پاره شدن غشای سلولی و آزاد شدن آنزیم درون سلولی می شودسلول های میکروبی (باکتری، مخمر) تحمل 10 × 100 × برش بالاتر را دارند زیرا دیواره های سلولی آنها سفتی ساختاری را فراهم می کنند.

کشت سلول پرفیژن چیست و چگونه از کشت دسته تغذیه شده متفاوت است؟

در کشت دسته تغذیه شده، مواد مغذی به طور دوره ای اضافه می شوند در حالی که دسته در راکتور باقی می ماند تا برداشت (معمولاً 10-14 روز) ، و به تراکم سلول 1030 × 106 سلول / میلی لیتر می رسد.در فرهنگ پرفیژن، رسانه های تازه به طور مداوم تغذیه می شوند در حالی که رسانه های مصرف شده به طور مداوم حذف می شوند و سلول ها توسط یک فیلتر یا دستگاه قرار دادن نگه داشته می شوند،حفظ تراکم سلولی 50×200 × 106 سلول/میل برای 30×60 روز با بهره وری حجمی 5×10 برابر بالاتر.

نیاز kLa برای کشت سلول پستانداران چیست؟

سلول های پستانداران به میزان انتقال اکسیژن (kLa) 2 ¢15 h-1 نیاز دارند، بسته به تراکم سلول و فعالیت متابولیک.این مقدار به طور قابل توجهی کمتر از تخمیر میکروبی است (kLa از 50~300 h−1) زیرا سلول های پستانداران نرخ جذب اکسیژن خاص کمتری دارند (0.5·5 × 10−12 مول/سلول/ساعت در مقابل 10·100 × 10−12 مول/سلول/ساعت برای باکتری ها).

آیا می توان از رآکتورهای کشت سلولی برای تولید واکسن ویروسی استفاده کرد؟

بله، سلول های پستانداران (Vero، MDCK، HEK293) که در بیوراکتورهای مخلوط شده (50 ₹ 2,000 لیتر) پرورش داده شده اند، بستر استاندارد برای تولید واکسن ویروسی هستند. سلول ها با یک ویروس (آنفولانزا،فلج اطفالبعد از عفونت (۳۷ روز) ، ویروس جمع آوری می شود، تصفیه می شود و غیرفعال می شود.راکتورهای یکبار مصرف بر این کاربرد به دلیل الزامات حفظ ایمنی زیستی تسلط دارند..