Pnömatik bir biyoreaktör kullanarak, memeli hücrelerinin büyümesi için bu tek kullanımlık biyoreaktör sisteminin montajını, çalışmasını ve performansını gösteriyoruz.
Yöntem makalesi
Pnömatik bir biyoreaktör kullanarak, memeli hücrelerinin büyümesi için bu tek kullanımlık biyoreaktör sisteminin montajını, çalışmasını ve performansını gösteriyoruz.
Memeli, böcek ve kök hücre yetiştiriciliği ve ölçek büyütmedeki son gelişmeler, yeni terapötikler ve kişiselleştirilmiş tıp yenilikleri için muazzam fırsatlar yaratmıştır. Bununla birlikte, bu ilerlemeleri terapötik uygulamalara dönüştürmek, sağlam, esnek ve uygun maliyetli biyoreaktör sistemlerine izin veren in vitro sistemler gerektirecektir. Şu anda araştırma ve ticari ortamlarda kullanılan birkaç biyoreaktör sistemi vardır; Bununla birlikte, bu sistemlerin çoğu, farklı hücre tiplerinin büyümesini oluşturmak, genişletmek ve izlemek için optimal değildir. Bu sistemlerde kontrol edilmesi en zor kültür parametreleri arasında hidrodinamik kaymanın en aza indirilmesi, besin gradyanı oluşumunun önlenmesi, tek tip kültür ortamı havalandırmasının oluşturulması, mikrobiyal kontaminasyonun önlenmesi ve kültür koşullarının gerçek zamanlı olarak izlenmesi ve ayarlanması yer alır. Pnömatik tek kullanımlık bir biyoreaktör sistemi kullanarak, mikro taşıyıcılar üzerinde yetiştirilen memeli hücreleri için bu yeni biyoreaktörün montajını ve çalışmasını gösteriyoruz. Bu biyoreaktör sistemi, hidrodinamik kesme ve besin gradyanı oluşumunu en aza indirerek ve tek tip kültür ortamı havalandırmasına izin vererek mevcut sistemlerle ilgili birçok zorluğu ortadan kaldırır. Ayrıca, biyoreaktörün yazılımı, biyoreaktör çalışma parametrelerinin uzaktan gerçek zamanlı olarak izlenmesine ve ayarlanmasına olanak tanır. Bu biyoreaktör sistemi aynı zamanda çeşitli terapötik proteinlerin, monoklonal antikorların, kök hücrelerin, biyobenzerlerin ve aşıların üretimi için yapışık ve süspansiyonlu memeli hücrelerinin ölçeklendirilmesi için muazzam bir potansiyele sahiptir.
Süspansiyon içinde büyümeye hücreleri, agregat Çoğalan hücreler, ve hücreler, bir alt-tabakaya sabitlenmiş yükselmektedir memeli hücre soyları büyüme özelliklerine göre üç kategoriye ayrılabilir. Bu video gösterilen hava tekerlekli biyoreaktör hücrelerin her üç tip büyümeye mümkün olsa da, bu video mikro-taşıyıcılar üzerinde ankoraj-bağımlı hücreleri büyütmek için bioreaktörün kullanımını gösterecektir. , Hücreler ürünü - ankoraj-bağımlı hücreleri daha memeli hücreleri üretmek amacıyla yetiştirilebilir. Örneğin, insan kemik iliği kökenli mezenkimal kök ile henüz hücrelerin hasat edilmesi ve hastalıklı doku içine enjekte edilmesi ile yetiştirilmektedir. Bu video gösterilen pnömatik biyoreaktör bu uygulama için bu tür mezenkimal kök hücrelerin üretilmesi için uygun olduğu kanıtlanmıştır (Serra et al., Kişisel iletişim, 2013).
Anchorage dependent memeli hücreleri, tipik olarak, özel bir muamele edilmiş büyüme yüzeyi 1 'e uygun hücre kültür plakaları, hücre kültürü şişeleri veya silindir şişelerde, 2B kültür kabına küçük çaplı büyütülür. Daha fazla hücre arzu edildiği zaman, ya da plakalar, şişeler daha fazla ya da daha büyük damarların kullanılarak genişletilebilir. Bununla birlikte, daha düşük maliyetli bir ankoraj-bağımlı hücrelerin büyük miktarlarda kültivasyonu, hücre bağlanması için yüzey alanını artırmak için gerekli mikro-taşıyıcılar olarak adlandırılan küçük bir katı boncuklar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Hücrenin bağlanma özelliklerine bağlı olarak, mikro-taşıyıcılar birden fazla değişik tipte örneğin kaplanmış dekstran, peptid, ya da kolajen gibi, ticari olarak temin edilebilir. Mikro taşıyıcılar, hücre büyümesi için daha geniş bir yüzey alanı hacim oranı sağlamak için geniş bir yüzey alanına sahiptir; ve mikro taşıyıcılar, hücreler biyoreaktör de 2 yüksek yoğunluklarda kültive edilmesini sağlar çalkalama ile süspansiyon içinde muhafaza edilebilir. Biorea Şu anda, türleriyapışık hücreler mikro-taşıyıcılar üzerinde yetiştirilen ctors hücre kaplı mikro-taşıyıcı süspansiyonu sağlamak için eksenel pervaneler kullanır döndürme şişeleri ve karıştırılmıştır tankı sistemleri içerir.
Çeşitli faktörler, oksijen gerilimi, kesme stresi, yüzey matris ve bir gıda maddesi ve metabolit konsantrasyonları dahil olmak üzere, hücrelerin başarılı bir şekilde ekimi için önemlidir. Biyoreaktörler kullanılması, gerçek zamanlı büyüme koşullarının izlenmesi ve önemli ölçüde daha düşük üretim maliyetleri 1'e potansiyeli sağlar. Dahil olmak üzere, in vitro hücre ekimi, karıştırılmış bir süspansiyona, dönen duvar kap, içi boş elyaf, bir rocker platformunda torba biyoreaktör ve akışkan yataklı sistemler 3 birçok ortak biyo-reaktör tasarımları vardır. Bu sistemlerin birçoğu gibi yüksek maliyet besin konsantrasyonu geçişlerini, hidrodinamik kesme, hücre toplama ve zorluk örnekleme, izleme ve kontrol cel gibi, hücre ekimi için benzersiz sorunları sunmak ve -up ölçekl ölçek-up.
Çeşitli yapışık hücre çizgileri, viral aşıların üretimi veya gen terapi uygulamaları için viral vektörlerin üretimi için ya da, virüs üretiminde kullanılmaktadır. Bu video, tek kullanımlık hava basınçlı (Hava Tekerlek) biyoreaktör sistemi kullanılarak, insan akciğer kanser hücreleri (A549) bir onkolitik adenovirüsün üretimi için mikro-taşıyıcılar üzerinde hücre kültürünü göstermektedir. Pnömatik biyoreaktör tasarımı bioreaktörün dibine serpilmiştir gaz kaldırma kuvveti tarafından desteklenmektedir dikey bir çalkalama tekerlek kullanır. Bu nazik Karıştırma yöntemi hidrodinamik kesme kuvvetleri sınırlar, ama yine de iyi, orta ve hücre 4 karıştırma sağlar. Karıştırılmakta olan tank reaktörden ile karşılaştırıldığında, pnömatik reaktör daha yüksek hacimli hava Teker biyoreaktör sistemleri (Şekil 1) olarak düşük duvar kesme stresine sahip bulunmaktadır. Karıştıran tank biçimindeki bioreaktörlerde aksine, bu tek kullanımlık reaktörün dikey itici gaz kabarcıklarının akışı içinde tarafından açıldığındaYumuşak ve düzgün karıştırma ortamı (Şekil 2) sağlayan kabından oluşur.
1. Giriş
2. Kalibrasyon
3. Otoklav ve Install Sensörler ve Reaktif Gemiler
4. Ekleme Orta ve Mikro-taşıyıcılar
5. Dengeleme ve Tek-nokta kalibrasyon DO
6. Çalıştır Başlangıç
7. Hücreleri ile inoküle
8. Örnekleme
Şekil 3'te, biyoreaktör çalıştırmak başlatılması için parametreler gösterilir. Bu rakam sıcaklık, çözünmüş oksijen, pH ve ajitasyon parametreleri ayarlayarak önce ekranını gösterir. Parametreleri ayarlandıktan sonra, çalışma parametreleri sürekli olarak takip edilmekte ve ayarlamalar gerekli koşulları korumak için yapılabilir. Yazılım sorunları kolay tanımlanması için izin veren bir sürekli okuma üretir. DMEM,% 10 FBS, SAFC anti-köpük C, 250 ppm, 2 mM L-glutamin ve 3 g / mikro-taşıyıcı L ihtiva eden 2.5 ml kullanarak bu deneyde, sistem o kadar oksijen yüzdesi% 50, bir stabilize sıcaklık 37 ° C ve pH 7.2. Reaktör 10 x 7 4 hücre / ml (ve / veya mikro-taşıyıcı 10 hücre) bir konsantrasyonda A549 hücreleri ile aşılanır. Bu çalışma için seçilen parametreler, 2 saat (Şekil 4) bulunan mikro-taşıyıcılar yapışan hücrelerin çoğunluğunda sonuçlandı. 12 saat sonra, hücreler şeytan(Şekil 5) ve düzleşme mikro taşıyıcı yüzeye yayılması ve süzücü işaretler. 24 saatin sonunda, mikro-taşıyıcıların (Şekil 6) hücreleri olmadan mikro taşıyıcı ve mikro-taşıyıcılar üzerinde hücrelerin herhangi bir iri kümeleri ile hücrelerin nispeten daha dağılımı vardır. A549 hücrelerinin mikro-taşıyıcı kolonizasyon yüzdesi, 24 saat ve daha sonra% 90 (Şekil 7) ile% 75 olduğu. Hücreler, 48 saat (Şekil 8) sonra ~ 1000000 hücre / ml olacak şekilde katlanarak büyümeye devam etti. 50 saat sonra, onkolitik adenovirüs ile (2 x 10 8 virionlar / ml) bir dozu ile enfeksiyondan sonra, yoğunluk mi 1.200.000 hücre / yükseldi ve daha sonra litik enfeksiyon ilerledikçe düşmeye başladı. Viral inokülüm ~ 10.000 kat büyütme oldu.
Önceki deneylerde, gaz akışı izleme ve uyarlama hücre büyümesi (yayınlanmamış veriler) üst düzeye çıkarmak için önemli olduğunu bulduk. Hızla büyüyen hücreleri oksijen sistemi ile tüketebilir sıfıra bırakarak DO seviyesi. Hücreler büyümeye devam ederken, çok daha yavaş bir oranda olmuştur. Izlemek ve logaritmik büyüme fazı sırasında hücre taleplerini karşılamak için oksijen akışını ayarlamak için kritik öneme sahiptir. Her çalışma, günlük hücre sayısı ile pH, DO ve sıcaklık karşılaştırarak optimum büyüme için analiz edilebilir.

Reaktör çeşitli hacimlerde duvar kayma kuvvetlerini ölçen bir karıştırıcı bioreaktör kıyasla Pnömatik Biyoreaktör Sistemi (PBS) Şekil 1. Akışkan dinamiği.

Şekil 2. Pnömatik-Tekerlek reaktör çark.
52008 / 52008fig3highres.jpg "/>
Biyoreaktör Çalışmayı başlatmak için parametrelerin 3. Pnömatik Tekerlek yazılım ekran görüntüsü Şekil.

A549 hücreleri 2 saat Aşıdan ile Şekil 4. Mikro-taşıyıcı kolonizasyon. (Ortalama mikro-taşıyıcı çapı ~ 180 mikron.) Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5. 12 saat kültürünün başlatılmasından sonra, A549 hücreleri, bağlama düzleştirme ve mikro-taşıyıcılar üzerine yayılmaktadır.5highres.jpg "target =" _blank "> Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Kültüründe 24 saat sonra hücreler ile kaplanmış Şekil 6. Mikro-taşıyıcılar. , bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

A549 hücreleri tarafından mikro-taşıyıcı kolonizasyon Şekil 7. yüzdesi aşılamadan.

Şekil 8. adenovir ile kültür öncesi canlı A549 hücrelerinin sayısı ve Enfeksiyondanbize. viral enfeksiyon adım 50 saatte meydana unutmayın.
Bu tek kullanımlık biyoreaktör sisteminin kullanımı nispeten basittir ve reaktör izleme ve analiz için gerçek zamanlı bir analiz içerir. Bu, son derece iyi 30000000 fazla hücre / ml hücre yoğunluğu ile ulaşan memeli ve böcek hücre kültürü için uygundur. A549 hücreleri, bu raporda 11'de tarif yanı sıra, hem de biyoreaktör SF-9 böcek hücreleri büyüdü. Pnömatik hava tekerleği tarafından sağlanan nazik karıştırma hücre hasarı azaltır. Bu reaktör kurarken birkaç adım önemlidir. İlk olarak, uygun bir pH kalibrasyonu ve sensörler kültür uygun izlenmesi için ve pH-değerini ya da sistemde oksijen ayarlamak için reaktifler ilave önemlidir DO. İkinci olarak, reaktif ve tohum şişe doldurulmuş ve diş ek bir BSC gibi, steril bir ortamda yapılmalıdır. Reaktif şişeleri steril ortamda dışına taşındı sonra, biyoreaktör besleme hatlarına bağlantıları mikrobik kontaminasyonu önlemek için dikkatle yapılmalıdır.
Bu biyoreaktör sistemi bakteri kültürleri için tasarlanmış değildir memeli ve böcek hücre hatları için iyi çalışıyor. Sistem, bakteri hücreleri için gerekli olan, hızlı karıştırma ve oksijen sağlayamaz. Bakteriyel çoğalma iyi bir karıştıran bioreaktör içinde gerçekleştirilir. Memeli ya da böcek hücre kültürü için diğer tek kullanımlık biyoreaktörlerde karşılaştırıldığında, bu sistem, kullanımı kolay çalışır analiz için yeterli veri sağlar ve biz değerlendirdik diğer tek kullanımlık sisteminden daha benzer veya daha iyi hücre büyümesini vardır.Tek kullanım için pnömatik biyoreaktör sistemi hücreleri, araştırma ve Biotherapeutics, aşıların alanda klinik uygulamaların bir çoğu yerine kök potansiyel ve kişiselleştirilmiş ilaç 4 sahiptir. Buna ek olarak, bu sistemin esnekliği Batch, ilaveli-fasılalı, serpme, ve transfeksiyonu göre biyoreaktör uygulamalar 5 sağlar. Son olarak, tek kullanımlık biyoreaktör sistemi potansiyeli taşıdığıbüyük ölçekli sanayi üretim ihtiyaçlarını karşılamak için kurallar ve ulusal ve uluslararası düzenleyici kurumlar 6-10 tavsiyelerine uymak için TIAL.
Yazarlar D. Giroux ve Y. Hashimura Bu makalede kullanılan reaktifler ve aletleri üreten PBS Biotech çalışanlarıdır.
Bu proje kısmen Johns Hopkins Üniversitesi, Gateway Science Initiative aracılığıyla Provost Ofisi tarafından desteklenmiştir.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| PBS 3 | PBS | ||
| Tek Kullanımlık Montaj | PBS | ||
| İnsan Akciğer Karsinomu Hücreleri (A549) | ATCC | CCL-185 | |
| DMEM Yüksek Glikozlu Orta | |||
| Fetal Sığır Serumu | |||
| Tripsin EDTA,% | |||
| Cytodex 1 Mikro Taşıyıcılar | GE | 3781 | |
| Köpük Önleyici C | Sigma | A8011 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste