Lot et bioréacteurs continues

Bioengineering

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Summary

Bioréacteurs sont utilisés pour pousser les organismes en grande quantité, ce qui permet la production de grandes quantités du produit cible. Ces réacteurs peuvent être des réacteurs biologiques séquentiels, qui contiennent tous les éléments nécessaires à la croissance cellulaire, ou réacteurs continus, qui ont des orifices d’entrée et de sortie, permettant l’ajout de milieux de culture fraîche et l’enlèvement des déchets de la cellule.

Cette vidéo présente lot et réacteurs continus et illustre l’utilisation de bioréacteurs à cultiver des bactéries en laboratoire. Enfin, cette vidéo considère comment ces réacteurs sont utilisés dans le domaine de la bio-ingénierie pour fabriquer des produits tels que les protéines thérapeutiques ou même la bière.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bio-ingénierie. Lot et bioréacteurs continues. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Bioréacteurs, également connu sous le nom de fermenteurs, sont des systèmes de cultures cellulaires qui offrent un environnement approprié de la croissance. Deux types de bioréacteurs sont couramment utilisés en culture cellulaire, lot et bioréacteurs continu réservoir agité. Un réacteur discontinu est une installation à vase fermé contenant tous les éléments nécessaires pour la culture cellulaire. Considérant qu’un continu agité réacteur réservoir un système ouvert où les composants sont activement circule dedans et dehors, qui permet l’élimination des déchets et la reconstitution des éléments nutritifs. Afin de maximiser la croissance cellulaire et la densité cellulaire, plusieurs paramètres du réacteur peut être contrôlé pour les deux systèmes, y compris la température, pression, dissous l’oxygène et le pH. Cette vidéo, présentent les principes fondamentaux derrière lot et réacteurs continus et démontrer une procédure décrivant leur utilisation en laboratoire.

Le type le plus simple de bioréacteur est le réacteur discontinu, c'est-à-dire un milieu de culture cellulaire contenant système fermé et une population de cellules. Comme les cellules se développent, ils consomment les éléments nutritifs et excrètent les déchets qui s’accumule dans le bateau. Réacteurs de réservoir agité continu sont également utilisés, qui sont des systèmes ouverts où les éléments nutritifs passent en permanence dans, et les cellules et les cellules des déchets s’écoulent. Cela permet au contrôle de la densité cellulaire via l’élimination des déchets et la reconstitution des éléments nutritifs. Avant l’utilisation de deux systèmes, les composants sont stérilisés, généralement à l’aide de vapeur, afin d’atténuer la contamination. Quand le réacteur est assemblé, milieux de culture stérile est ajoutée dans la cuve principale et ensuite inoculé avec une culture starter. Pendant l’utilisation, de mélange et l’oxygénation sont commandés par l’utilisation des roues à aubes pour maintenir une solution homogène où les cellules sont fournis avec une quantité suffisante de nutriments et l’oxygène nécessaire à la croissance. En outre, les systèmes de réservoir cuve de fermentation sont souvent équipés de sondes pour mesurer les conditions telles que la température, dissous l’oxygène et le pH afin d’assurer des conditions optimales pour la croissance. Durant la croissance de lot, la population cellulaire subit des phases de croissance classique. Tout d’abord, les cellules dans la phase de latence, où les cellules se développent lentement car ils s’adaptent à leur environnement. Ensuite, les cellules entrer dans la phase logarithmique et divisent à un rythme exponentiel jusqu'à ce que les éléments nutritifs sont épuisés ou de sous-produits toxiques atteignent un niveau critique. Finalement, la croissance ralentit et les cellules atteignent la phase stationnaire qui offre la possibilité de récolter le fruit de l’intérêt de la culture. Le produit est soit sécrété par les cellules et prélevé directement dans le bouillon de culture, soit le produit reste dans la cellule et doit être retiré par le biais de lyse cellulaire. Après la récolte, le réacteur est préparé pour un nouveau lot de culture de cellules de nettoyage et de stérilisation. Continu réservoir agité réacteurs montrent des patrons de croissance semblable au départ et atteint une densité constante au fonctionnement stabilisé. Cependant, cette densité cellulaire dépend du taux de dilution, qui est l’alimentation et les effluent taux divisé par le volume du réacteur. Ainsi, le taux de dilution on l’approche, la densité des cellules diminue. Si l'on considère les configurations de bioréacteur, il est utile de garder à l’esprit que les réacteurs biologiques séquentiels sont souvent utilisés en raison de leur simplicité et faible coût, même si la densité cellulaire est limitée. Les réacteurs continus sont capables d’augmenter la densité des cellules. Toutefois, à la densité des cellules haute agrégation peut survenir, empêchant la croissance optimale. En outre, des périodes plus longues de fermentation peuvent augmenter le risque de contamination de la culture.

Maintenant que nous avons introduit par lots et réacteurs continus, examinons une procédure pour les deux, commençant par le réacteur discontinu. Avant l’utilisation de lots de réacteur, milieux cellulaires sont ajouté à une cuve propre. Une fois remplis, les composants du vaisseau sont rincés à l’eau désionisée et assemblés. Les composants incluent la plaque de tête, le tuyau de récolte pour l’échantillonnage, doté d’une hélice pour maintenir l’uniformité de la culture et oxygénation des médias et camion-citerne de gaz d’infusion de gaz pour la culture de la culture. L’Assemblée se poursuit avec l’installation d’une sonde d’oxygénation pour mesurer la teneur en oxygène dissous dans l’enceinte, que se nourrissent des lignes pour l’ajout d’acide ou base pour contrôler le pH et d’une sonde de pH calibré. Lorsque tous les composants sont installés, le réacteur assemblé est stérilisé dans un autoclave. Le navire est alors installé dans la cuve de fermentation base, où la sonde de pH et sonde de l’oxygène sont connectés à l’ordinateur. En outre, le camion-citerne de gaz est reliée à un rotamètre de gaz, qui mesure le débit de gaz. A cette époque, la turbine est allumée et le débit de gaz, la température et agitation du navire sont ajustés jusqu'à ce que les paramètres souhaités sont atteints. Le port de l’inoculation est ensuite stérilisé avec de l’alcool et la culture de départ versée dans la cuve du réacteur. Au cours de l’opération, cellule culture échantillons sont prélevés à des moments choisis pour construire une courbe de croissance basée sur les mesures de densité cellulaire. Lorsque la densité cellulaire atteint le niveau désiré, la culture est arrêtée et les cellules sont récoltées dans le bateau à travers une série d’étapes de filtration. Le contenu de navires restants est éliminé à l’aide d’eau de Javel ou autre contenu anti-microbienne.

Semblables aux réacteurs biologiques séquentiels, continus réacteurs réservoir brassé, parfois appelés chémostats, exigent leurs composants à être rincé à l’eau désionisée avant l’Assemblée. Une fois nettoyé, les composantes d’assemblage et arbre de transmission de l’agitateur sont montés ensemble, et la cuve du réacteur rempli d’eau déionisée pour améliorer la stérilisation en autoclave. Dissous les sondes d’oxygène, le pH et la température sont calibrés, puis par la suite installés. Alors que le navire entièrement assemblé, le réacteur est stérilisé à l’aide d’un autoclave. Après la stérilisation, le navire est placé dans une chambre thermique pour contrôler sa température, et les sondes calibrées sont connectés. Ensuite, l’alimentation du fluide tourie et l’air avec un filtre stérile sont connectés avant d’allumer le courant d’air. Le navire est amorcé contenant du milieu stérile de desserrage de la tubulure de tourie et puis en exécutant le programme de base fermenteur. Comme les médias se jette dans le réacteur actif, le port de l’inoculation est stérilisé avec de l’alcool avant l’ajout d’un millilitre de culture starter au navire. Au cours de l’opération, échantillons de culture sont prises à des moments choisis pour mesurer la densité des cellules. Ces données sont ensuite utilisées pour construire une courbe de croissance. Croissance optimale est obtenue lorsque la culture atteint état stationnaire, ce qui signifie que la densité des cellules reste constante.

Maintenant que vous avez appris sur le lot et réacteurs continu réservoir agité, regardons quelques applications pratiques de cette technologie. La bière est généralement effectuée par la croissance de levure dans un système de réacteur discontinu. Un ensemble d’ingrédients de base consistant en eau purifiée, orge malté, houblon et levure sont ajoutés à un réacteur. L’orge maltée stimule le processus de fermentation en agissant comme une source d’aliments riches en sucre pour la levure, qui, lorsqu’il est consommé, entraîne la production d’alcool comme un déchet. Une fois que le mélange a atteint sa teneur en alcool cible, ou fermenté pendant le temps prescrit, il peut être filtré, emballé et laissé à l’âge pour induire la carbonatation avant que le produit final est distribué. Réacteurs standards peuvent également être personnalisés à des fins spécialisés. Par exemple, réacteurs spécialisés permet d’accroître la viabilité des cellules d’échafaudages de tissus par cellule renforcée et de la distribution des éléments nutritifs en mélangeant constamment. Simultanément, une stimulation mécanique peut être appliquée à l’échafaud pour encourager la production de matrice extracellulaire et diriger activement la différenciation et la croissance cellulaire. Les échafaudages qui en résultent ont amélioré les propriétés physiologiques et mécaniques, ce qui les rend attrayants pour l’implantation.

Vous avez juste regardé les vidéo de Jove lot et continus agitées réacteurs. Vous devez maintenant comprendre comment lot et bioréacteurs continu réservoir agité fonctionnent, et comment ces systèmes peuvent être appliquées dans le domaine de la bio-ingénierie. Merci de regarder.

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