Масштабирование в орбитальных биореакторах

В настоящее время все большую популярность приобретает культивирование культур клеток с помощью одноразовых технологий. Использование одноразовых технологий позволяет снизить риск контаминации, больше не требуются процедуры мойки, стерилизации и тем самым упрощается процесс валидации, кроме того снижаются расходы на обслуживание биореакторов. Одноразовые мешки выгодны по цене и просты в установке. Одной из таких single-use платформ являются орбитальные биореакторы Kuhner. Эти системы предназначены для работы с клетками человека, животных, растений. Основным достоинством таких систем является сохранение простой и понятной гидродинамики, как на начальных этапах, так и на пилотных и промышленных стадиях производства. На начальных этапах для скрининга клонов и выбора оптимальной питательной среды в объеме нескольких миллилитров используют культуральные планшеты (12-, 24-, 48- и 96-луночные). Чтобы сократить потери в объеме, получать SB-x200воспроизводимые результаты и не терять лидирующие клоны, используют системы многослойных крышек Duetz и автоматический контроль влажности в шейкер-инкубаторах. Далее с сохранением массообменных характеристик следует переход в большие объемы – одноразовые биореакторы ТРР TubeSpin (15, 50, 600 мл). В орбитальных биореакторах механический стресс клеток значительно меньше, чем в системах с мешалкой. Во время культивирования в биореакторах с мешалкой существует 2 фактора для стресса клеток: во-первых, это наличие небольших вихревых потоков рядом с лопастями мешалки, во-вторых, маленькие пузырьки лопаются уже на поверхности жидкости, так как барботер находится на дне биореактора. В настоящий момент на рынке представлены модели орбитальных биореакторов производства Kühner AG с рабочими объемами от 15 до 50л и от 50 до 200 л, SB-50X и SB-200X соответственно. В ближайшее время выходит модель с рабочим объемом до 10 л и уже существует прототип промышленного биореактора объемом до 2500л. Емкость биореактора выполнена из нержавеющей стали. В комплект входит одноразовый мешок, в который включены порты для подпитки, инокуляции, сбора культуральной жидкости и пробоотбора. Также в мешок предустановлены оптические датчики для измерения рН и растворенного кислорода. Значения измерений находятся для рН в пределах от 5.5 до 8.5, для растворенного кислорода от 0 до 100%. Доступна опция охлаждения. В сотрудничестве с фармацевтическим предприятием (Монте, Швейцария) были проведены испытания для определения времени перемешивания и коэффициента массопереноса в орбитальном биореакторе по сравнению с другими системами. Время перемешивания зависит от скорости перемешивания: чем больше скорость перемешивания, тем быстрее достигается полное перемешивание и тем быстрее проходит процесс культивирования клеток. Компания ExcellGene культивировала клетки со скоростью 60 об/мин на диаметре вращения 50 мм. При таких условиях время перемешивания составило 30 сек. Такие же результаты были получены при работе с объемом 150 л при скорости перемешивания 65 об/мин. При культивировании 100 л коэффициент массопереноса составил 5 1/ч, с увеличением скорости коэффициент массового переноса достиг 25 1/ч. Данные значения сопоставимы со значениями, получаемыми в колбах. Результаты эксперимента показали, что орбитальные биореакторы позволяют абсолютно линейно масштабировать процесс. В ходе эксперимента культивировались клетки животных CHODG44 (питательная среда: proCHO5 с добавлением 4 mM глутамина) в четырех биореакторах различного типа:

• Биореактор TubeSpin - общий объем 50 мл, объем культуральной жидкости 10 мл на платформе шейкер-инкубатора;
• Колба Эрленмейера – общий объем 5 л, объем культуральной жидкости 1,5 л на платформе шейкер-инкубатора;
• Биореактор с мешалкой - общий объем 3 л, объем культуральной жидкости 1,5 л;
• Орбитальный биореактор – общий объем 310 л, объем культуральной жидкости 40 л(1), 200 л(2).

Новый одноразовый биореактор SB200-X был наполнен двумя различными объемами жидкости. В обоих случаях поведение клеток было одинаковым, несмотря на то, что объем заполнения колебался между 10 миллилитрами и 20 литрами, а также применялись как системы встряхивания, так и системы с мешалками. При использовании нового биореактора SB200-X во время культивирования клеток концентрация кислорода не ограничивалась.

Вывод

Описанные эксперименты и их результаты доказывают, что орбитальные биореакторы подходят для масштабирования процесса. Экономически выгодная стоимость систем, простота в использовании, линейная масштабируемость делает эти системы идеальным инструментом для производства. Официальным представителем Kühner AG в Украине и странах СНГ является компания Bütler & Partner LCC. Специалисты компании всегда рады предоставить более подробную информацию по интересующему оборудованию и ответить на Ваши вопросы.