バッチと連続バイオリアクター

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

バイオリアクターは、大ボリューム、対象製品の大量生産が可能で生物の成長に使用されます。これらの原子炉は、すべての細胞の成長に必要なコンポーネントを含む、バッチ炉でも入口と出口ポートが新鮮な成長媒体の追加、セルの廃棄物の除去を可能にする継続的な原子炉であってもかまいません。

このビデオでは、バッチと連続炉、実験中の細菌を成長するバイオリアクターの使用方法を示します。最後に、このビデオは、タンパク質医薬品などもビール製品を生産するバイオ エンジニア リング フィールドでこれらの原子炉を使用する方法を考慮します。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. バイオ エンジニア リング. バッチと連続バイオリアクター. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

として知られている発酵バイオリアクターは、適当な生育環境を提供する細胞培養システムです。バイオリアクターの 2 種類は、細胞培養、バッチ、連続攪拌槽バイオリアクターで使用されます。バッチ炉は、すべての細胞培養のために必要なコンポーネントを含む密閉容器システムです。連続攪拌槽型反応器に対しオープン システム、コンポーネントが積極的に流れている、廃棄物の除去と栄養素の補給を実現します。細胞増殖と細胞密度を最大にするには、複数の原子炉パラメーターは、両方のシステムは、温度、圧力などの制御することができます、溶存酸素と pH。このビデオはバッチ、連続炉の背後にある基本的な原理を紹介し、研究室での使用を詳述した手順をデモンストレーションします。

最も単純なバイオリアクターですクローズド システム含んでいる細胞培養媒体と細胞の人口であるバッチ炉です。細胞が増える、彼らは栄養素を消費し、排出する廃棄物は、船舶内に蓄積します。連続攪拌槽の原子炉も、栄養素の継続的に流れ、細胞と細胞を無駄に流出オープン システムが使用されます。これにより、廃棄物の除去および栄養素の補給で細胞密度のコントロール。どちらのシステムを使用する前に通常汚染を軽減するために、蒸気を使用して、コンポーネントは滅菌されています。原子炉が完全に組み立てられている滅菌培地は主な血管に追加され、その後スターター培養の接種します。使用中に混合および酸素は細胞が栄養素や成長に必要な酸素の十分な量で提供されている同種のソリューションを維持するために羽根車を使って制御されます。また、発酵タンク システムは温度などの条件を測定するためのプローブが多い、溶存酸素と pH の成長のための最適な条件を確保します。バッチ成長中のセル人口は古典的な成長段階を経る。最初に、細胞は、ゆっくりと細胞成長の環境に適応したラグの段階に入る。次に、細胞はログ相を入力し、栄養素がなくなったか有毒な副産物が重要なレベルに到達するまで指数関数的速度で除算します。最終的には、成長が鈍化し、電池が、文化からの興味の製品を収穫する機会を提供する静止した段階に達する。製品はいずれかの細胞によって分泌され、培養液から直接収集または製品セルは、セル換散によって削除する必要があります。収穫後、原子炉はクリーニングおよび滅菌によって新しい細胞培養のバッチのために準備されます。連続攪拌タンク炉は当初、似たような成長パターンを展示し、定常動作時一定の細胞密度に達する。しかし、この細胞密度は、フィードと原子炉体積で割った排水率希釈率に依存。したがって、希釈率に近づく 1 つと、細胞密度が低下します。バイオリアクターの構成を検討するときそれは有用バッチ炉は簡易性のため使用多くの場合心に留めて、低コスト、細胞密度は限られています。連続炉、細胞密度を増やすことができます。ただし、高い細胞密度に最適な成長を防止する集計は発生することができます。さらに、長時間発酵の文化汚染の危険性を増やすことができます。

今バッチ、連続炉を導入、調べてみましょうプロシージャ、バッチ炉で始まります。バッチ炉使用前にきれいな反応容器携帯メディアが追加されます。いっぱい、船舶部品、脱イオン水で洗浄、組み立ています。コンポーネントには、ヘッド プレート、サンプリング、文化にガス注入を提供するガス ガスモードとメディア酸素文化の均一性を維持するため羽根車文化の収穫パイプが含まれます。アセンブリは、酸または基盤の pH を制御する追加のライン フィード、容器内溶存酸素量を測定する酸素プローブと校正 pH プローブのインストールを続行します。すべてのコンポーネントをインストールする場合、組み立てられたリアクターはオートクレーブで滅菌です。船、pH プローブと酸素プローブの両方がコンピューターに接続されているベース、発酵槽にインストールされます。さらに、ガスのほとんどは、ガス浮子式流量計、ガス流量を測定するに接続されます。この時、羽根車がオン、気流、温度、および容器の攪拌は、目的のパラメーターが達成されるまでが調整されます。接種ポートはアルコールで殺菌し、原子炉容器にスターター文化が分配されます。操作中に細胞培養の細胞密度測定に基づく成長曲線を構築する選択した時点で描画されます。細胞密度目的のレベルに達すると、文化が停止し、細胞は一連の濾過手順によって容器から収穫されます。漂白剤や他の抗微生物の内容を使用して残りの容器内容は破棄されます。

バッチ炉、連続と同様攪拌槽原子炉、呼ばれる chemostats、アセンブリ前に脱イオン水で徹底的に洗浄する個々 のコンポーネントが必要です。攪拌アセンブリとドライブ シャフト コンポーネントが嵌合、洗浄後、オートクレーブで滅菌を改善するために脱イオン水で原子炉容器が塗りつぶされます。溶存酸素、pH、温度プローブは、校正、次にその後インストールします。完全に組み立てられた容器、原子炉は、オートクレーブで滅菌です。滅菌後、ヒート ジャケットの温度を制御するために船を配置し、キャリブレーション プローブが接続されています。その後、滅菌フィルター メディアのカーボイと空気の供給は空気の流れを入れる前に接続されます。船はアンクランプ カーボイ チューブと発酵槽に基本的なプログラムを実行して、滅菌メディアで準備万端します。メディアのアクティブな原子炉に流れ、として、容器にスターター文化の 1 つのミリリットルを追加する前に接種ポートはアルコールで殺菌します。操作中に文化が採取選択した時点で細胞密度を測定します。このデータを成長曲線を構築する使用します。文化意味細胞密度が一定の定常状態に達したときに、最適な成長を達成します。

今、あなたはバッチ及び連続攪拌槽原子炉について学んだ、この技術のいくつかの実用的なアプリケーションを見てみましょう。ビール醸造は、通常バッチ炉システムで酵母を成長することにより行います。精製水、大麦麦芽、ホップと酵母から成る基本的な食材のセットは、原子炉に追加されます。大麦麦芽、酵母、砂糖豊富な食料源として発酵プロセスを刺激し、消費されると、廃棄物としてアルコールの生産の結果します。混合物はその対象アルコール度数に達するか、時間は所定量の発酵のフィルター、パッケージ、そして最終製品を配布する前に、中性化を誘導するために年齢に残って実行します。標準的な炉は特殊な目的のカスタマイズもできます。たとえば、定数混合することによって高められた細胞と栄養分布を介して組織足場の細胞生存率を高めるため特殊な原子炉を使用できます。同時に、機械的刺激は、細胞外マトリックスの生産を奨励し、細胞の成長と分化を積極的に直接足場に適用できます。結果として得られる足場は、注入の魅力的な生理学的・機械的特性を改善しています。

ゼウスのバッチ及び連続攪拌原子炉に関するビデオを見てきただけ。今バッチと連続攪拌槽バイオリアクターのしくみやバイオ エンジニア リングの分野でこれらのシステムを適用する方法を理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE

Applications