Bioreactoren, ook bekend als fermentoren, zijn celcultuursystemen die geschikte groeiomgevingen bieden. Twee typen bioreactoren worden vaak gebruikt in celcultuur, batch en continu geroerde tankbioreactoren. Een batchreactor is een gesloten vatsysteem dat alle componenten bevat die nodig zijn voor celcultuur, terwijl een continu geroerde tankreactor een open systeem is waar componenten actief in en uit stromen, waardoor het mogelijk wordt om afval te verwijderen en voedingsstoffen aan te vullen. Om celgroei en celdichtheid te maximaliseren, kunnen meerdere reactorparameters worden gecontroleerd voor beide systemen, inclusief temperatuur, druk, opgelost zuurstof en pH. Deze video introduceert de fundamentele principes achter batch- en continureactoren en demonstreert een procedure die hun gebruik in het laboratorium beschrijft.
Het eenvoudigste type bioreactor is de batchreactor, een gesloten systeem dat celcultuurmedia en een celpopulatie bevat. Terwijl de cellen groeien, consumeren ze de voedingsstoffen en scheiden ze afval af, dat zich in het vat ophoopt. Ook worden continu geroerde tankreactoren gebruikt, die open systemen zijn waar voedingsstoffen continu binnenstromen en cellen en celafval eruit stromen. Dit maakt het mogelijk om de celdichtheid te controleren via het verwijderen van afval en het aanvullen van voedingsstoffen. Voor gebruik van elk van deze systemen worden de componenten gesteriliseerd, meestal met behulp van stoom, om besmetting te voorkomen. Wanneer de reactor volledig is geassembleerd, wordt steriele cultuurmedia toegevoegd aan het hoofdvat en vervolgens geïnoculeerd met een startercultuur. Tijdens gebruik worden menging en oxygenatie gecontroleerd met behulp van roerslepels om een homogene oplossing te behouden waarin cellen worden voorzien van voldoende hoeveelheden voedingsstoffen en zuurstof die nodig zijn voor groei. Bovendien zijn fermentortanksystemen vaak uitgerust met sondes om omstandigheden zoals temperatuur, opgelost zuurstof en pH te meten om optimale omstandigheden voor groei te garanderen. Tijdens batchgroei ondergaat de celpopulatie klassieke groeifasen. Eerst gaan de cellen de latentiefase in, waarin cellen langzaam groeien terwijl ze zich aanpassen aan hun omgeving. Vervolgens gaan de cellen de logfase in en delen zich exponentieel tot de voedingsstoffen zijn uitgeput of giftige bijproducten een kritisch niveau bereiken. Uiteindelijk vertraagt de groei en bereiken de cellen de stationaire fase, wat een kans biedt om het gewenste product uit de cultuur te oogsten. Het product wordt hetzij uitgescheiden door de cellen en direct uit de cultuurvloeistof verzameld, hetzij blijft het product in de cel en moet via cellyse worden verwijderd. Na het oogsten wordt de reactor voorbereid voor een nieuwe celcultuurbatch door schoonmaken en steriliseren.
Continu geroerde tankreactoren vertonen aanvankelijk vergelijkbare groeipatronen en bereiken een constante celdichtheid bij stabiele werking. Deze celdichtheid is echter afhankelijk van de verdunningssnelheid, die de toevoer- en afvoersnelheid gedeeld door het reactorvolume is. Dus naarmate de verdunningssnelheid zich tot één nadert, neemt de celdichtheid af. Bij het overwegen van bioreactorconfiguraties is het handig om in gedachten te houden dat batchreactoren vaak worden gebruikt vanwege hun eenvoud en lage kosten, hoewel de celdichtheid beperkt is. Continue reactoren kunnen de celdichtheid verhogen. Echter, bij hoge celdichtheden kan aggregatie optreden, wat optimale groei verhindert. Bovendien kunnen langere tijdsperioden van fermentatie het risico op cultuurbesmetting verhogen.
Nu we batch- en continue reactoren hebben geïntroduceerd, laten we een procedure voor beide bekijken, beginnend met de batchreactor. Voor gebruik van de batchreactor wordt celmedia toegevoegd aan een schone reactievat. Zodra het gevuld is, worden de vatcomponenten gespoeld met gedeïoniseerd water en geassembleerd. De componenten omvatten de hoofdplak, de oogstpijp voor cultuurbemonstering, een roerslepel voor het handhaven van cultuuruniformiteit en media-oxygenatie, en een gassparger om gasinfusie in de cultuur te bieden. De assemblage gaat verder met de installatie van een oxygenatiesonde om de inhoud van opgelost zuurstof in het vat te meten, toevoerleidingen voor het toevoegen van zuur of base om de pH te regelen, en een gekalibreerd pH-sonde. Wanneer alle componenten zijn geïnstalleerd, wordt de geassembleerde reactor gesteriliseerd met behulp van een autoclaaf. Het vat wordt vervolgens geïnstalleerd in de fermentorbasis, waar zowel de pH-sonde als de zuurstofsonde op de computer zijn aangesloten. Bovendien is de gassparger verbonden met een gasrotameter, die de gasstroomsnelheid meet. Op dit moment wordt de roerslepel ingeschakeld en worden de gasstroom, temperatuur en vatverroering aangepast totdat de gewenste parameters zijn bereikt. De inoculatiepoort wordt vervolgens gesteriliseerd met alcohol en de startercultuur wordt in het reactorvat gedispenseerd. Tijdens de werking worden celcultuurmonsters genomen op geselecteerde tijdstippen om een groeifase te construeren op basis van celdichtheidsmetingen. Wanneer de celdichtheid het gewenste niveau bereikt, wordt de cultuur gestopt en worden de cellen uit het vat gehaald via een reeks filtratiestappen. De resterende inhoud van het vat wordt verwijderd met behulp van bleekmiddel of andere antimicrobiële inhoud.
Net als batchreactoren vereisen continue geroerde tankreactoren, soms chemostaten genoemd, dat hun afzonderlijke componenten grondig worden gespoeld met gedeïoniseerd water voor montage. Eenmaal gereinigd, worden de roerdersamenstelling en de aandrijfascomponenten in elkaar gezet en wordt het reactorvat gevuld met gedeïoniseerd water om de sterilisatie tijdens autoclaving te verbeteren. Opgelost zuurstof-, pH- en temperatuursondes worden gekalibreerd en vervolgens geïnstalleerd. Met het volledig geassembleerde vat wordt de reactor gesteriliseerd met behulp van een autoclaaf. Na sterilisatie wordt het vat in een warmtemantel geplaatst om de temperatuur te regelen en worden de gekalibreerde sondes aangesloten. Vervolgens worden de mediavat en luchttoevoer met een steriele filter aangesloten voordat de luchtstroom wordt ingeschakeld. Het vat wordt geprimed met steriele media door de vatbuis los
Bioreactoren worden gebruikt om organismen in grote volumes te kweken, waardoor de productie van grote hoeveelheden van het doelproduct mogelijk wordt…
Hoofdstukken in deze video
0:06
Overview
1:08
Principles of Batch and Continuous Reactors
4:16
Batch Reactor Operation
6:15
Continuous Reactor Operation
7:50
Applications
9:18
Summary
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.