Aby wygenerować dużą liczbę zdolnych do życia i funkcjonalnych komórek ludzkich do przeszczepu, konieczna jest regulacja warunków hodowli. Wyczerpanie składników odżywczych wraz z nagromadzeniem odpadów metabolicznych jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do starzenia się i zmian metabolicznych, które obniżają jakość produktu komórkowego 1-3. Procedura ta demonstruje metodę hodowli komórek ssaków w sferoidach przy użyciu bioreaktora z mieszadłem w połączeniu z systemem podawania perfuzyjnego o regulowanej szybkości w celu regulacji glukozy w zakresie fizjologicznym4 przez cały czas trwania hodowli. Na potrzeby tych badań zakres fizjologiczny określono jako od 100 do 200 mg/dl. Te same metody można zastosować do regulacji innych składników odżywczych i produktów przemiany materii, takich jak mleczan.
Statyczne kultury w małych objętościach (1 - 30 ml) są zazwyczaj używane w warunkach laboratoryjnych do utrzymania i różnicowania linii komórkowych do celów eksperymentalnych. Pasażowanie komórek odbywa się z całkowitą wymianą pożywki w razie potrzeby w regularnych odstępach czasu. Większość "konwencjonalnych" pożywek hodowlanych ma wysokie stężenie glukozy (450 mg/dl dla DMEM stosowanego w tych badaniach), aby umożliwić rzadsze zmiany pożywki bez ryzyka ograniczeń składników odżywczych. Jednak ta metoda karmienia partiami nadal wymaga częstych manipulacji, wprowadza zmienność w środowisku komórek i zwiększa ryzyko zanieczyszczenia5–9. Bioreaktory zawiesinowe z mieszaniem (SSB) zapewniają lepsze mieszanie i mniejszą obsługę3,10–20, ale podobnie jak kultury statyczne, wymagają ręcznej zmiany podłoża, co przyczynia się do potencjalnie szkodliwych wahań poziomu składników odżywczych i produktów odpadowych. Karmienie perfuzyjne kultur SSB zmniejsza te problemy poprzez ciągłą infuzję i usuwanie pożywki, ale duże zmiany w poziomach składników odżywczych spowodowane wzrostem komórek pozostają problemem. Zastosowanie skorygowanej dawki karmienia na podstawie obliczeń zużycia składników odżywczych w oparciu o szacowane zapotrzebowanie komórek może zapewnić stabilne środowisko komórkowe wymagane do optymalizacji żywotności i funkcji komórek21–24.
Istnieje obszerna literatura opisująca metody skalowalnych hodowli SSB komórek ssaków specjalnie do hodowli i ekspansji komórek pluripotencjalnych25–32, inne koncentrują się na komórkach wysp trzustkowych (beta)17,33,34 lub produkcji produktów biologicznych24,35–38. Wiele z tych badanych typów komórek może być hodowanych w hodowlach sferoidalnych, a określone procedury dla używanego typu komórek powinny być zoptymalizowane przed wdrożeniem systemu ciągłego karmienia. W tej demonstracji zastosowano metodę karmienia perfuzyjnego w celu rozprężenia linii komórek beta hodowanych jako sferoidy w bioreaktorze z mieszadłem39-43. Opisana w niniejszym dokumencie metoda zapewnia prostą implementację regulacji dawki karmienia w oparciu o pomiary glikemii off-line w celu uzyskania docelowych warunków hodowli. Wykazano, że dostosowanie szybkości karmienia tą metodą w celu utrzymania fizjologicznego poziomu glukozy zwiększa wydajność komórek. Komórki ssaków są zależne od kluczowego składnika odżywczego, glukozy, do produkcji energii, więc wykorzystanie tej linii komórkowej stanowi model dla wielu hodowanych komórek ssaków44. Ponadto linia ta ilustruje dalszą złożoność komórek beta, które są wrażliwe na przewlekły wysoki poziom glukozy45. W tym badaniu komórkom β-TC6 pozwolono tworzyć sferoidy w hodowli, aby zbliżyć się do średniej wielkości wysepek Langerhansa in vivo. System bioreaktora perfuzyjnego17–19,21,46 z szybkością podawania dostosowaną do zużycia glukozy, skutkował utrzymaniem warunków fizjologicznych i wyższą wydajnością komórek bez zmian w żywotności.