O que é um reator de cultura celular?

Respondendo à questão central:O que é um reator de cultura celular, e como ele sustenta células de mamíferos viáveis em alta densidade para produção biofarmacêutica?Um reator de cultura celular é um biorreator especificamente concebido e otimizado para o cultivo de células de mamíferos (como o Chinese Hamster Ovary [CHO], NS0,ou células HEK293) ou células de insectos em condições de temperatura controladas com precisão (36.5?? 37.5 °C), oxigênio dissolvido (20?? 60% saturação de ar), pH (6.8?? 7.4), e osmolalidade (280?? 340 mOsm/kg).Os reatores de cultura de células devem manter condições de mistura suaves para evitar danos celulares induzidos por cisalhamento, ao mesmo tempo em que fornecem oxigénio e nutrientes adequados..

1Princípios de funcionamento dos reatores de cultura celular

·**Design de mistura de baixa de cisalhamento**As células de mamíferos não possuem uma parede celular rígida e são danificadas por tensões de cisalhamento superiores a 200-300 dines/cm2.6) em baixa velocidade (20-150 rpm), tipicamente projetos de fluxo axial (impelente marinho, impelente de orelha de elefante) que geram taxas médias de cisalhamento de 30100 s−1 mantendo a transferência de oxigênio adequada (kLa de 215 h−1).

·** Controle de oxigénio dissolvido **As células de mamíferos consomem oxigênio a taxas de 0,5 ‰ 5 × 10−12 mol / célula / hora. Em densidades celulares de 10 ‰ 30 × 106 células / ml, a demanda de oxigênio é de 5 ‰ 50 mmol / L / hora.O oxigénio é fornecido através de sparging (adição direta de gás)O DO é mantido a uma saturação de ar de 20 a 60% através de um circuito de controlo em cascata que ajusta o caudal e a composição dos gases (ar, O2, N2, CO2).

·** Perfusão e retenção de células **A cultura de células de perfusão alimenta continuamente meios frescos e remove meios gastos, mantendo as células dentro do reator utilizando um dispositivo de retenção de células (filtro de fluxo tangencial alternado [ATF],filtro de rotaçãoIsto permite uma densidade de células de 50×200 × 106 células/mL 10×50 vezes superior à dos lotes alimentados, permitindo uma produtividade volumétrica 10× superior num reator menor.

2Principais tipos de reatores de cultura celular

·** Biorreator de cultura de células com tanque de agitação**Sistema de sacos de aço inoxidável (316L) ou de uso único (50-2.000L) com um agitador magnético ou mecânico montado no fundo.Equipado com controlo multiparâmetro (DO), pH, temperatura, analisadores de glicose/lactato) e capacidade CIP/SIP (para aço inoxidável) ou sacos irradiados por radiação gama (para utilização única).

·** Biorreator de cultura celular de ondas mistas **Um saco flexível numa plataforma de balanço que gera mistura e aeração induzidas por ondas sem impulsionadores.Frequência de 15 ∼35 rpm) cria baixa tensão de cisalhamento (50 ∼150 s−1), ideal para células sensíveis ao cisalhamento e culturas de baixa densidade.

·Reator de cultura de células de fibras ocasUm cartucho contendo milhares de fibras ocas semipermeáveis (dimensão dos poros 0,2 μm, área de superfície 1 ‰ 10 m2).As células crescem no lado da casca a densidades de até 1 ¢ 5 × 108 células / ml enquanto o meio flui através do lúmen de fibra, fornecendo nutrientes e eliminando resíduos. Utilizado para a produção contínua a longo prazo (30~60 dias) de anticorpos monoclonais e proteínas recombinantes em pequeno volume.

Tipos de reatores de cultura celular Matriz de comparação

Perguntas Frequentes (FAQ)

Por que os reatores de cultura celular devem operar com menor tensão de cisalhamento do que os fermentadores microbianos?

As células de mamíferos não possuem uma parede celular rígida de peptidoglicano, tornando-as suscetíveis a danos causados por cisalhamento de pontas de rolamento, ruptura de bolhas de gás e turbulência de fluido.As tensões de cisalhamento superiores a 200-300 dyne/cm2 causam ruptura da membrana celular e liberação de enzimas intracelularesAs células microbianas (bactérias, leveduras) toleram um corte 10×100 vezes maior porque as suas paredes celulares fornecem rigidez estrutural.

O que é a cultura de células de perfusão e como é que ela difere da cultura de células de lote alimentado?

No cultivo de lote alimentado, os nutrientes são adicionados periodicamente enquanto o lote permanece no reator até a colheita (normalmente 10 ‰ 14 dias), atingindo densidades celulares de 10 ‰ 30 × 106 células/ml.Em cultura de perfusão, os meios frescos são continuamente alimentados enquanto os meios usados são continuamente removidos e as células são retidas por um filtro ou dispositivo de sedimentação,manutenção de densidades celulares de 50×200 × 106 células/mL durante 30×60 dias com uma produtividade volumétrica 5×10 vezes superior.

Qual é o requisito de kLa para a cultura de células de mamíferos?

As células de mamíferos requerem taxas de transferência de oxigênio (kLa) de 2 ¢ 15 h − 1, dependendo da densidade celular e da atividade metabólica.Isto é significativamente menor do que a fermentação microbiana (kLa de 50~300 h−1) porque as células dos mamíferos têm taxas de absorção de oxigénio específico mais baixas (0.5·5 × 10−12 mol/célula/hora versus 10·100 × 10−12 mol/célula/hora para bactérias).

Os reatores de cultura celular podem ser usados para a produção de vacinas virais?

Sim, as células de mamíferos (Vero, MDCK, HEK293) cultivadas em biorreatores de tanque de agitação (50 ‰ 2.000 L) são a plataforma padrão para a produção de vacinas virais.poliomieliteApós a infecção (37 dias), o vírus é colhido, purificado e inativado.Os reatores de utilização única dominam esta aplicação devido aos requisitos de confinamento de biossegurança.