Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Bioengineering

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

אצווה וביו-רקטורים רציפים
 
Click here for the English version

אצווה וביו-רקטורים רציפים

Summary

Bioreactors משמשים לגידול אורגניזמים בכמויות גדולות, ובכך מאפשרים ייצור כמויות גדולות של מוצר היעד. כורים אלה יכולים להיות כורי אצווה, המכילים את כל הרכיבים הדרושים לצמיחת תאים, או כורים רציפים, אשר יש יציאות מפרצון ושקע המאפשרים תוספת של מדיה צמיחה טרייה ופינוי פסולת תאים.

וידאו זה מציג אצווה וכורים רציפים ומדגים את השימוש ביו-ראקטורים לגידול חיידקים במעבדה. לבסוף, וידאו זה שוקל כיצד כורים אלה משמשים בתחום הביו-הנדסה כדי לייצר מוצרים כגון טיפול בחלבון או אפילו בירה.

Overview

Bioreactors משמשים לגידול אורגניזמים בכמויות גדולות, ובכך מאפשרים ייצור כמויות גדולות של מוצר היעד. כורים אלה יכולים להיות כורי אצווה, המכילים את כל הרכיבים הדרושים לצמיחת תאים, או כורים רציפים, אשר יש יציאות מפרצון ושקע המאפשרים תוספת של מדיה צמיחה טרייה ופינוי פסולת תאים.

וידאו זה מציג אצווה וכורים רציפים ומדגים את השימוש ביו-ראקטורים לגידול חיידקים במעבדה. לבסוף, וידאו זה שוקל כיצד כורים אלה משמשים בתחום הביו-הנדסה כדי לייצר מוצרים כגון טיפול בחלבון או אפילו בירה.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bioreactors, הידוע גם בשם תסיסה, הם מערכות תרבית תאים המספקות סביבות צמיחה מתאימות. שני סוגים של bioreactors משמשים בדרך כלל תרבית התא, אצווה ו bioreactors טנק מעורבב מתמשך. כור אצווה הוא מערכת כלי שיט סגורה המכילה את כל הרכיבים הדרושים לתרבות התאים, ואילו כור טנקים מעורבב רציף הוא מערכת פתוחה שבה הרכיבים זורמים באופן פעיל פנימה והחוצה, ומאפשרים פינוי פסולת וחידוש החומרים המזינים. כדי למקסם את צמיחת התא ואת צפיפות התאים, ניתן לשלוט בפרמטרים מרובים של הכור עבור שתי המערכות, כולל טמפרטורה, לחץ, חמצן מומס ו- pH. וידאו זה יציג את עקרונות היסוד מאחורי אצווה וכורים רציפים ולהדגים הליך המפרט את השימוש בהם במעבדה.

הסוג הפשוט ביותר של bioreactor הוא כור אצווה, שהוא מערכת סגורה המכילה מדיה תרבית תאים ואוכלוסיית תאים. ככל שהתאים גדלים, הם צורכים את החומרים המזינים ומופרשים פסולת, המצטברת בכלי הדם. כורי טנקים מעורבבים רציפים משמשים גם, שהם מערכות פתוחות שבהן חומרים מזינים זורמים ברציפות פנימה, ותאים ופסולת תאים זורמים החוצה. זה מאפשר שליטה על צפיפות התא באמצעות הסרת פסולת וחידוש החומרים המזינים. לפני השימוש בכל אחת מהמערכות, הרכיבים מעוקרים, בדרך כלל באמצעות קיטור על מנת למתן את הזיהום. כאשר הכור מורכב במלואו, מדיה תרבותית סטרילית מתווספת לכלי הראשי ולאחר מכן מחוסנת עם תרבות המתנע. במהלך השימוש, ערבוב חמצון נשלטים עם השימוש של דוחפים כדי לשמור על פתרון הומוגני שבו תאים מסופקים עם כמויות מספיקות של חומרים מזינים וחמצן הדרושים לצמיחה. בנוסף, מערכות מיכלי תסיסה מצוידות לעתים קרובות בבדיקות למדידת תנאים כגון טמפרטורה, חמצן מומס ו- pH כדי להבטיח תנאים אופטימליים לצמיחה. במהלך צמיחת אצווה, אוכלוסיית התאים עוברת שלבי צמיחה קלאסיים. ראשית, התאים נכנסים לשלב ההשהיה, שבו התאים גדלים לאט כשהם מסתגלים לסביבתם. לאחר מכן, תאים נכנסים לשלב יומן ומתחלקים בקצב מעריכי עד שהתוצרי החומרים המזינים מותשים או תוצרי לוואי רעילים מגיעים לרמה קריטית. בסופו של דבר, הצמיחה מאטה והתאים מגיעים לשלב הנייח המספק הזדמנות לקצור את תוצר העניין מהתרבות. המוצר מופרש על ידי התאים ונאסף ישירות ממרק התרבות, או שהמוצר נשאר בתא ויש להסירו באמצעות תמה של התא. לאחר הקציר, הכור מוכן לאצווה חדשה של תרבית תאים על ידי ניקוי ועיקור.

כורי טנקים מעורבבים רציפים מציגים דפוסי צמיחה דומים בתחילה ומגיעים לצפיפות תאים קבועה בפעולה יציבה. עם זאת, צפיפות תאים זו תלויה בקצב הדילול, שהוא קצב ההזנה והשקפים חלקי נפח הכור. לכן, ככל שקצב הדילול מתקרב לאחד, צפיפות התאים פוחתת. כאשר שוקלים תצורות bioreactor, כדאי לזכור כי כורי אצווה משמשים לעתים קרובות בגלל הפשטות שלהם עלות נמוכה, אם כי צפיפות התא מוגבלת. כורים רציפים מסוגלים להגדיל את צפיפות התאים. עם זאת, בצפיפות תאים גבוהה צבירה יכולה להתרחש, מניעת צמיחה אופטימלית. בנוסף, תקופות ארוכות יותר של תסיסה יכול להגביר את הסיכון של זיהום התרבות.

עכשיו שהכנסנו אצווה וכורים רציפים, בואו נבחן הליך עבור שניהם, החל בכור האצווה. לפני השימוש בכור אצווה, מדיה סלולרית מתווספת לכלי תגובה נקי. לאחר מילוי, רכיבי כלי הדם נשטפים במים דהיוניים ומורכבים. הרכיבים כוללים את צלחת הראש, צינור הקציר לדגימת תרבות, מדחף לשמירה על אחידות תרבותית וחימצון תקשורתי, ו- gas sparger כדי לספק עירוי גז לתרבות. ההרכבה ממשיכה בהתקנת בדיקה של חמצון כדי למדוד את תכולת החמצן המומסת בכלי, קווי הזנה להוספת חומצה או בסיס לשליטה ב- pH, ובדיקת pH מכוילת. כאשר כל הרכיבים מותקנים, הכור המורכב מעוקר באמצעות autoclave. כלי השיט מותקן לאחר מכן בבסיס התסיסה, שם מחוברים למחשב גם בדיקת ה-pH וגם בדיקת החמצן. בנוסף, בדל הגז מחובר לרוטמטר גז, המודד את קצב הזרמת הגז. בשלב זה, המדחף מופעל וזרימת הגז, הטמפרטורה והתסיסה של כלי השיט מותאמים עד שהפרמטרים הרצויים מושגים. נמל החיסון מעוקר לאחר מכן עם אלכוהול ותרבות המתנע מחולקת לספינת הכור. במהלך הפעולה, דגימות תרבית תאים מצוירות בנקודות זמן נבחרות כדי לבנות עקומת גדילה המבוססת על מדידות צפיפות תאים. כאשר צפיפות התא מגיעה לרמה הרצויה, התרבות נעצרת והתאים נקצרים מהכלי באמצעות סדרה של שלבי סינון. תכולת כלי הדם הנותרים מסולקת משימוש אקונומיקה או תוכן מיקרוביאלי אחר.

בדומה לכורים אצווה, כורים טנקים מעורבבים מתמשכים, המכונים לעתים כימותרפיה, דורשים את הרכיבים הבודדים שלהם לשטוף ביסודיות עם מים deionized לפני ההרכבה. לאחר ניקוי, הרכבת stirrer ורכיבי פיר כונן מצוידים יחד, ואת כלי הכור מלא במים deionized כדי לשפר את העיקור במהלך autoclaving. בדיקות חמצן, pH וטמפרטורה מומסות מכוילות, ולאחר מכן מותקנות. עם כלי הרכבה מלא, הכור מעוקר באמצעות autoclave. לאחר עיקור, כלי השיט ממוקם בז'קט חום כדי לשלוט בטמפרטורה שלו, ואת הבדיקות המכוילות מחוברים. לאחר מכן, carboy התקשורת ואספקת האוויר עם מסנן סטרילי מחוברים לפני הפעלת זרימת האוויר. כלי השיט מצויד במדיה סטרילית על ידי ביטול ההצתה של צינורות הקארבוי, ולאחר מכן הפעלת תוכנית התסיסה הבסיסית. כאשר התקשורת זורמת לתוך הכור הפעיל, נמל החיסון מעוקר באלכוהול לפני שמיליטר אחד של תרבות המתנע מתווסף לכלי השיט. במהלך הפעולה, דגימות תרבות נלקחות בנקודות זמן נבחרות כדי למדוד את צפיפות התאים. נתונים אלה משמשים לאחר מכן לבניית עקומת צמיחה. צמיחה אופטימלית מושגת כאשר התרבות מגיעה למצב יציב, כלומר צפיפות התאים נשארת קבועה.

עכשיו שלמדתם על אצווה וכורים מתמשכים של טנקים מעורבבים, בואו נסתכל על כמה יישומים מעשיים של הטכנולוגיה הזו. בירה מבשלת מבוצעת בדרך כלל על ידי גידול שמרים במערכת כור אצווה. קבוצה של מרכיבים בסיסיים המורכבים מים מטוהרים, שעורה מאלט, כשות, שמרים מתווספים לכור. השעורה מאלט מגרה את תהליך התסיסה על ידי מתנהג כמקור מזון עשיר בסוכר עבור שמרים, אשר, כאשר נצרך, תוצאות הייצור של אלכוהול כמוצר פסולת. לאחר שהתערובת הגיעה ליעדה של אלכוהול, או מותססת למשך הזמן שנקבע, ניתן לסנן אותה, לארוז אותה ולהותיר אותה לגיל כדי לגרום לפחמה לפני הפצת המוצר הסופי. כורים סטנדרטיים יכולים גם להיות מותאמים אישית למטרות מיוחדות. לדוגמה, כורים מיוחדים יכולים לשמש כדי להגדיל את הכדאיות התא של פיגומים רקמה באמצעות תאים משופרים והפצה תזונתית על ידי ערבוב מתמיד. בו זמנית, גירוי מכני יכול להיות מיושם על הפיגומים כדי לעודד ייצור מטריצה חוץ תאית באופן פעיל ישיר צמיחת תאים ובידול. הפיגומים המתקבלים שיפרו את התכונות הפיזיולוגיות והמכניות, מה שהופך אותם למושכים להשתה.

הרגע צפית בסרטון של יובה על אצווה וכורים רציף. עכשיו אתה צריך להבין איך אצווה ו bioreactors טנק מעורבב מתמשך לעבוד, וכיצד מערכות אלה ניתן ליישם בתחום bioengineering. תודה שצפיתם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter