Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Биореакторы для культур клеток




Клетки животных во многом отличаются от микробных и растительных клеток, имеющих клеточные стенки: они медленнее растут, у них большая чувствительность к ранению и пузырькам воздуха. Эти свойства клеток определяют выбор системы перемешивания и аэрации, которые не должны создавать стрессовых условий для культуры.

Перемешивание должно быть гомогенным, чтобы избежать градиентов температуры и рН, повышенных концентраций субстрата и продуктов. При этом необходимо учитывать высокий уровень травматизма клеток. Обычно перемешивание осуществляется большими лопастными мешалками при низких скоростях. Также используют пневматическое (воздушное) перемешивание в эрлифтных реакторах или гидравлическое перемешивание с помощью внешних насосов в реакторах с взвешенной твердой фазой (fluidized bed reactors).

Для предотвращения повреждения клеток пузырьками воздуха уменьшают объем подаваемой газовой смеси, используют поверхностную продувку или аэрацию через мембраны. При сокращении объема подаваемого газа необходимо увеличить в нем концентрацию кислорода. Оптимальное снабжение кислородом, азотом, и углекислым газом создается с помощью систем перемешивания газов.

Выращивание животных клеток можно осуществлять в периодической (batch), периодической с подпиткой (fed- batch) или непрерывной (continuous) культуре.

Из-за низкой продуктивности, связанной с медленным ростом, для клеток животных предпочтителен непрерывный процесс культивирования с удержанием клеток (перфузионная система). Это приводит к большей плотности культуры клеток и большему контакту с ними среды, что увеличивает продуктивность. Для удержания биомассы и предотвращения ее выноса с культуральной жидкостью используют различные системы фильтрации, например, роторные или вращающиеся фильтры.

Клеточный ферментер (компания Bioengineering)

Клеточный ферментер представляет собой резервуар с мешалкой. Он доступен в пилотном и производственном масштабе (общим объемом до 2000 л). Снабжен лопастными мещалками.

Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой, а также непрерывным. Реактор используется для культивирования взвеси клеток или клеток, иммобилизованных на микроносителях. Для задержания биомассы при непрерывном культивировании можно использовать роторные или спиральные фильтры.

Встроенное устройство пробоотбора обеспечивает стерильный отбор контагиозных клеток (например, для производства вирусов).

Эрлифтный ферментер

В этих ферментерах перемешивание осуществляется потоком воздуха, а не лопастью мешалки, обеспечивая эффективный массоперенос и низкие силы рассечения. Для контроля за циркуляцией жидкости устанавливают вытяжную трубу, направляющую поток пузырьков по центру. Распределение газа может осуществляться с помощью перфорированных, пористых или гидрофобных трубок. Если клетки могут повредиться пузырьками газа, установивают систему безпузырьковой аэрации через силиконовые трубочки.

Биореакторы доступны как лабораторные, так и промышленные. Последние имеют широкую верхнюю часть, действующую как сепаратор газов.

Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой или непрерывным. Эрлифтные ферментеры подходят для культивирования суспензий клеток, включая клетки насекомых.

Многие клетки млекопитающих растут только будучи прикрепленными к поверхности. Такие опорнозависимые клетки иммобилизуют на микроносителях. Если носитель пористый, клетки могут расти внутри него, при этом они защищены от раневого стресса, что позволяет использовать более высокие скорости перемешивания и продувки в процессе культивирования.

Биореакторы, которые поддерживают носители с иммобилизованными клетками в состоянии суспензии, называются реакторами с взвешенной твердой фазой (fluidized bed reators).

Обычно в этих реакторах присутствует три фазы – твердая, жидкая и газообразная. Для непрерывного культивирования с удержанием биомассы используется специально разработанная система сепарации. Она состоит из различных камер и обеспечивает полное задержание частиц при перфузионных процессах. Перемешивание достигается с помощью продувки. Это обеспечивает низкий раневой стресс и равномерный массоперенос.

Биореакторы с взвешенной твердой фазой рекомендуются для клеток на микроносителях, для клеток, чувствительных к раневому стрессу, для заключенных в капсулу клеток и для продуцирования целевых метаболитов в долговременной культуре клеток.

Для опорнозависимых клеток можно также использовать биореактор с фиксированной твердой фазой (fixed bed reactor), в котором клетки и их носители захватываются в закрепленную подложку. Эта система не нуждается в сепарационных приемах для удаления жидкой фазы. Раневой стресс и повреждение клеток пузырьками газа минимальны.

В процессе культивирования через фиксированную подложку циркулирует насыщенная кислородом среда. Поэтому длина подложки является критическим параметром, поскольку обеспечение культуры кислородом и питательными веществами может быть недостаточным. В больших реакторах эту проблему можно решить с помощью радиально распространяющегося потока. Среда, обогащенная продуктами метаболизма, удаляется непрерывно или периодически.

В таких реакторах выращивают нуждающиеся в имобилизации и чувствительные к ранению клетки. Система подходит и для долговременного выращивания культур клеток с продуктами метаболизма.

Мембранный ферментер

Мембранный ферментер состоит из внутренней и внешней камер, которые разделены диализной мембраной. Мембрана обеспечивает безпузырьковую продувку и задержание биомассы при непрерывном культивировании. С помощью мембранной технологии токсические (низкомолекулярные) метаболиты удаляются, а (высокомолекулярные) соединения удерживаются во внутренней камере. Перемешивание в каждой из камер осуществляется мешалкой. Среда и воздух поставляются во внешнюю камеру.

Биореактор сконструирован для непрерывного культивирования, но может быть также использован в стационарных и стационарных с подпиткой процессах. также могут выращиваться в этом биореакторе В таких реакторах также возможно выращивание взвешенных клеток, а также клеткок на микроносителях.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...