1. La influencia de la velocidad de rotación en el cultivo en biorreactores
En la actualidad, cada vez se producen más productos a gran escala utilizando biorreactores en el campo biológico. Diferentes células necesitan diferentes velocidades de rotación para ser cultivadas en biorreactores. Como parámetro operativo de uso común, la velocidad de agitación no solo puede afectar la mezcla de la fase líquida y la tasa de transferencia de energía del material, sino que también puede causar cizallamiento del fluido y colisión de microportadores.
Lu Minghua et al. utilizaron el biorreactor BC-7L para cultivar células BHK-21 suspendidas y concluyeron que a 40 r/min, se observó que se depositaban más células en el fondo del reactor. Cuando la velocidad de rotación se aumentó a 70 r/min, no hubo células depositadas en el fondo del reactor, pero se observó que se agregaban más células. Por lo tanto, la velocidad de rotación se aumentó aún más a 100 r/min, y se resolvió el problema de aglomeración celular, y las células crecieron bien. 100 r/min es la velocidad de agitación óptima.
La velocidad es diferente debido a los diferentes tipos de células, métodos de cultivo, etc. La velocidad de funcionamiento del reactor se controla según sus necesidades. Diferentes velocidades producen diferentes resultados para los resultados del cultivo celular.
2. Efecto de la temperatura en el cultivo del biorreactor
La temperatura del cultivo celular suele ser de 35 a 37 ℃, la temperatura óptima es 37 ℃ y se controla dentro de ± 0,25 ℃. Durante el proceso de cultivo de células de mamíferos, si se reduce la temperatura de cultivo, el crecimiento y el metabolismo celular se ralentizarán, pero la viabilidad celular se puede mantener mejor.
Yi Xiaoping et al. estudiaron el efecto de la temperatura en el crecimiento de células BHK recombinantes. Los resultados mostraron que, en comparación con 37 ℃, aumentar o disminuir la temperatura reduciría la tasa y la densidad de crecimiento celular, y disminuir la temperatura prolongaría el período de histéresis del crecimiento celular. Sin embargo, la tolerancia de las células cultivadas a las bajas temperaturas es más fuerte que a las altas temperaturas. Durante el ajuste de los parámetros del reactor, es necesario evitar que la temperatura suba demasiado, especialmente porque los sistemas de cultivo de células animales a menudo utilizan agitación a baja velocidad, mezcla deficiente y baja eficiencia de transmisión. En particular, siempre hay un gradiente de temperatura desde la pared exterior del tanque hasta el interior del sistema de cultivo, por lo que se imponen requisitos estrictos en el control y monitoreo de la temperatura.
3. Efecto del valor de pH en el cultivo del biorreactor
El control del valor de pH es muy importante para el cultivo de células animales. El pH puede afectar la adhesión, el crecimiento, la supervivencia y otras funciones de las células animales. El rango de pH de las células animales generalmente está entre 6.8 y 7.4. Los valores de pH inferiores a 6.8 o superiores a 7.4 tendrán un efecto adverso en las células.
Yuan Jianqin et al. establecieron 6 valores de pH diferentes (6.4, 6.8, 7.2, 7.4, 7.6, 7.8) para observar el crecimiento de fibroblastos de embriones de pollo. Los resultados mostraron que los fibroblastos de embriones de pollo crecieron mejor y de manera más estable en el rango de 7.4 a 7.6.
Lu Minghua et al. Se utilizó el biorreactor BC-7L para cultivar células BHK-21 suspendidas y se verificó que los cambios de pH dentro de un cierto rango pequeño no tendrán un gran impacto en el crecimiento celular, pero si el cambio es grande, hará que las células crezcan lentamente y en malas condiciones. Los resultados experimentales muestran que cuando el pH es 7,4, el crecimiento celular es mejor.
4. Efecto del OD en el cultivo del biorreactor
El oxígeno disuelto en el biorreactor se logra haciendo pasar una mezcla de oxígeno y aire al medio de cultivo a través de un distribuidor de burbujas. La forma estructural del distribuidor de burbujas determina en gran medida el estado del oxígeno disuelto en el biorreactor.
El subsistema de control de oxígeno disuelto se divide en dos sistemas principales: ventilación superficial y profunda. El sistema de ventilación profunda utiliza un generador de microburbujas para proporcionar oxígeno disuelto. Las burbujas son pequeñas y uniformes, y el efecto de transferencia de oxígeno disuelto es bueno. Además, el efecto de transferencia de masa y transferencia de calor aumentan en gran medida al optimizar el diseño con la pala agitadora. La ventilación superficial puede inyectar rápidamente aire fresco en el reactor y la capa superficial, lo que aumenta el coeficiente de transferencia de oxígeno líquido superficial.
Cómo mantener una cierta concentración de oxígeno disuelto (OD) sin dañar las células es un factor clave en el cultivo a gran escala de células animales. Las células no pueden sobrevivir en condiciones hipóxicas. Un oxígeno disuelto demasiado bajo afectará el metabolismo celular y, por lo tanto, el crecimiento celular; un oxígeno disuelto demasiado alto no solo tendrá un efecto tóxico en las células, inhibirá el crecimiento celular, sino que también aumentará los costos de producción.
La demanda de oxígeno de las células es diferente en las diferentes etapas de crecimiento. La capacidad de consumo de oxígeno de las células en el período de crecimiento logarítmico es particularmente fuerte. Generalmente, la concentración de oxígeno disuelto en los procesos de cultivo a gran escala se controla entre el 20% y el 60% de la saturación de aire. Se puede mantener una cierta concentración de oxígeno disuelto ajustando la proporción de aire, oxígeno y nitrógeno en el suministro de gas o aumentando la velocidad de agitación.