Efeitos dos parâmetros de cultura na cultura de células animais

1. A influência da velocidade de rotação na cultura do biorreator

Atualmente, mais e mais produtos são produzidos em larga escala usando biorreatores no campo biológico. Células diferentes precisam de velocidades de rotação diferentes para serem cultivadas em biorreatores. Como um parâmetro operacional comumente usado, a velocidade de agitação pode não apenas afetar a mistura da fase líquida e a taxa de transferência de energia do material, mas também causar cisalhamento do fluido e colisão do microtransportador.

Lu Minghua et al. usaram o biorreator BC-7L para cultivar células BHK-21 suspensas e concluíram que abaixo de 40r/min, mais células foram observadas sendo depositadas no fundo do reator. Quando a velocidade de rotação foi aumentada para 70r/min, não houve células depositadas no fundo do reator, mas mais células foram observadas sendo agregadas. Portanto, a velocidade de rotação foi aumentada ainda mais para 100r/min, e o problema de aglomeração de células foi resolvido, e as células cresceram bem. 100r/min é a velocidade de agitação ideal.

A velocidade é diferente devido a diferentes tipos de células, métodos de cultura, etc. A velocidade operacional do reator é controlada por suas necessidades. Velocidades diferentes produzem resultados diferentes para resultados de cultura de células.

2. Efeito da temperatura na cultura do biorreator

A temperatura da cultura de células é geralmente de 35-37℃, a temperatura ótima é de 37℃, e é controlada dentro de ±0,25℃. Durante o processo de cultura de células de mamíferos, se a temperatura da cultura for reduzida, o crescimento e o metabolismo da célula diminuirão, mas a viabilidade celular pode ser melhor mantida.

Yi Xiaoping et al. estudaram o efeito da temperatura no crescimento de células BHK recombinantes. Os resultados mostraram que, em comparação com 37℃, aumentar ou diminuir a temperatura reduziria a taxa de crescimento e a densidade das células, e diminuir a temperatura prolongaria o período de histerese do crescimento celular. No entanto, a tolerância das células cultivadas à baixa temperatura é mais forte do que à alta temperatura. Durante o ajuste dos parâmetros do reator, é necessário evitar que a temperatura suba muito, especialmente porque os sistemas de cultura de células animais geralmente usam agitação de baixa velocidade, mistura ruim e baixa eficiência de transmissão. Em particular, sempre há um gradiente de temperatura da parede externa do tanque para o interior do sistema de cultura, portanto, requisitos rigorosos são colocados no monitoramento e controle da temperatura.

3. Efeito do valor do pH na cultura do biorreator

O controle do valor do pH é muito importante para a cultura de células animais. O pH pode afetar a adesão, o crescimento, a sobrevivência e outras funções das células animais. A faixa de pH das células animais é geralmente entre 6,8 e 7,4. Valores de pH abaixo de 6,8 ou acima de 7,4 terão um efeito adverso nas células.

Yuan Jianqin et al. definiram 6 valores de pH diferentes (6,4, 6,8, 7,2, 7,4, 7,6, 7,8) para observar o crescimento de fibroblastos de embriões de galinha. Os resultados mostraram que os fibroblastos de embriões de galinha cresceram melhor e de forma mais estável na faixa de 7,4 a 7,6.

Lu Minghua et al. usou o biorreator BC-7L para cultivar células BHK-21 suspensas e verificou que as mudanças de pH dentro de uma certa faixa pequena não terão um grande impacto no crescimento celular, mas se a mudança for grande, fará com que as células cresçam lentamente e em más condições. Os resultados experimentais mostram que quando o pH é 7,4, o crescimento celular é melhor.

4. Efeito do OD na cultura do biorreator

O oxigênio dissolvido no biorreator é obtido passando uma mistura de oxigênio e ar para o meio de cultura através de um distribuidor de bolhas. A forma estrutural do distribuidor de bolhas determina em grande parte o estado do oxigênio dissolvido no biorreator.

O subsistema de controle de oxigênio dissolvido é dividido em dois sistemas principais: ventilação superficial e profunda. O sistema de ventilação profunda usa um gerador de microbolhas para fornecer oxigênio dissolvido. As bolhas são pequenas e uniformes, e o efeito de transferência de oxigênio dissolvido é bom. Além disso, a transferência de massa e o efeito de transferência de calor são bastante aumentados pela otimização do projeto com a lâmina de agitação. A ventilação de superfície pode injetar rapidamente ar fresco no reator e na camada superficial, aumentando o coeficiente de transferência de oxigênio líquido da superfície.

Como manter uma certa concentração de oxigênio dissolvido (OD) sem danificar as células é um fator-chave na cultura em larga escala de células animais. As células não conseguem sobreviver em condições hipóxicas. Oxigênio dissolvido muito baixo afetará o metabolismo celular e, portanto, o crescimento celular; oxigênio dissolvido muito alto não só terá um efeito tóxico nas células, inibirá o crescimento celular, mas também aumentará os custos de produção.

A demanda de oxigênio das células é diferente em diferentes estágios de crescimento. A capacidade de consumo de oxigênio das células no período de crescimento logarítmico é particularmente forte. Geralmente, a concentração de oxigênio dissolvido em processos de cultura em larga escala é controlada em 20% a 60% da saturação do ar. Uma certa concentração de oxigênio dissolvido pode ser mantida ajustando a proporção de ar, oxigênio e nitrogênio no suprimento de gás ou aumentando a velocidade de agitação.