Hệ thống nuôi cấy tế bào bám dính trong bioreactor cho dược phẩm sinh học

Tổng quan về bioreactor nuôi cấy tế bào bám dính

Bioreactor nuôi cấy tế bào bám dính thường bao gồm mô-đun trộn và truyền khối, hệ thống điều chỉnh thông số trực tuyến, mô-đun nuôi cấy và chất mang cố định dạng lá. Tế bào bám dính vào bề mặt của chất mang, và dung dịch nuôi cấy được tuần hoàn liên tục hoặc gián đoạn qua chất mang để đảm bảo cung cấp dinh dưỡng và loại bỏ chất thải chuyển hóa, từ đó đạt được nuôi cấy tế bào với mật độ cao. Bioreactor nuôi cấy tế bào bám dính cung cấp môi trường nuôi cấy ổn định, có độ cắt thấp và được kiểm soát chặt chẽ cho các loại tế bào động vật có vú, tế bào gốc, v.v.

Đặc điểm

• Cấu trúc chất mang dạng vảy mới: cấu trúc bên trong của chất mang cố định dạng vảy đa lớp, vật liệu có cả tính tương thích sinh học tốt và tính ưa nước bề mặt, thuận lợi cho sự bám dính, phát triển và biệt hóa của tế bào. Các chất mang được sắp xếp chặt chẽ, cung cấp diện tích bề mặt riêng lớn.
• Hệ thống cung cấp dinh dưỡng liên tục qua thẩm thấu: Cung cấp liên tục môi trường nuôi cấy tươi qua thẩm thấu từ bên ngoài, đồng thời loại bỏ sản phẩm chuyển hóa để duy trì sự ổn định và sức sống của môi trường nuôi cấy tế bào.
• Thiết kế trường dòng chảy thấp: Hệ thống trộn bằng khí nâng đảm bảo dòng chảy đồng đều của dung dịch nuôi cấy giữa các tấm mang mà không tạo ra lực cắt có hại cho tế bào, phù hợp với các loại tế bào nhạy cảm với cơ học.
• Điều khiển tự động đa thông số: Hỗ trợ theo dõi và điều khiển vòng kín các thông số như pH, nhiệt độ, oxy hòa tan, tốc độ dòng chảy và các thông số khác theo thời gian thực, cho phép người dùng điều chỉnh linh hoạt các thông số vận hành theo trạng thái chuyển hóa của tế bào.
• Cấu trúc mô-đun tích hợp: Mỗi mô-đun được thiết kế độc lập, có thể tháo lắp nhanh chóng để vệ sinh hoặc thay thế linh kiện, hỗ trợ nhiều loại túi nuôi cấy hoặc chương trình giá đỡ, có thể nâng cấp lên hệ thống phản ứng dùng một lần.

Nguyên lý hoạt động

1. Trái tim của hệ thống nuôi cấy tế bào bám dính là khả năng hấp phụ tế bào lên bề mặt chất mang rắn và thực hiện quá trình cấp dinh dưỡng động và trao đổi chất thải thông qua tuần hoàn ngoại vi.
2. Gắn cố định tế bào trên bề mặt chất mang dạng tấm: tế bào được gieo trên bề mặt chất mang có phủ lớp phủ, và giai đoạn tĩnh ban đầu thúc đẩy tế bào bám dính.
3. Hoạt động của mô-đun tuần hoàn: Dung dịch nuôi cấy được bơm từ bể chứa vào bên trong bể phản ứng bằng bơm tuần hoàn, sau đó đi qua lớp chất mang qua cấu trúc thẩm thấu, cung cấp trao đổi dinh dưỡng và khí liên tục.
4. Kiểm soát truyền khối khí-lỏng: khí được bổ sung dưới dạng màng tiếp xúc hoặc bong bóng vi mô, hiệu suất truyền oxy cao, đồng thời kết hợp với cảm biến oxy hòa tan để điều chỉnh phản hồi.
5. Điều chỉnh và kiểm soát môi trường tự động: pH, DO, nhiệt độ, v.v. được thu thập dữ liệu thời gian thực qua cảm biến, bộ điều khiển điều chỉnh các thành phần như bộ gia nhiệt, van khí carbon dioxide, bơm điện từ, v.v., để duy trì điều kiện môi trường luôn trong phạm vi mục tiêu.
6. Thu hoạch tế bào: Sau khi kết thúc quá trình nuôi cấy, có thể thu hồi tế bào bám dính thông qua tiêu hóa enzym hoặc phương pháp cơ học, phù hợp cho các bước tách chiết, tinh chế hoặc thí nghiệm chức năng tiếp theo.
7. Hệ thống hoạt động kết hợp giữa lưu lượng tuần hoàn và lưu lượng thấp, giúp tế bào duy trì sức sống và ổn định chuyển hóa trong quá trình nuôi cấy lâu dài, đạt được mật độ tế bào cao hơn nhiều so với nuôi cấy treo lơ lửng.

Lĩnh vực ứng dụng

• Sản xuất vắc-xin: như vắc-xin phòng dại, vắc-xin viêm gan A, vắc-xin poliovirus và các vectơ virus khác phụ thuộc vào sản xuất tế bào nuôi cấy có thành tế bào dày với mật độ cao, như tế bào Vero, tế bào MDCK và các loại khác.
• Nghiên cứu mở rộng và phân hóa tế bào gốc: Phù hợp cho tế bào gốc phôi người, tế bào gốc đa năng được cảm ứng và các quá trình mở rộng quy mô lớn cùng kiểm soát phân hóa có hướng.
• Ngành công nghiệp điều trị tế bào: tế bào CAR-T, tế bào gốc trung mô và các sản phẩm tế bào khác được sử dụng rộng rãi trong điều trị lâm sàng, thiết bị có thể được sử dụng như một nền tảng chuẩn bị ban đầu để nâng cao năng suất và hoạt tính.
• Nền tảng biểu hiện protein tái tổ hợp: Một số tế bào động vật có vú biểu hiện protein tái tổ hợp ổn định hơn ở trạng thái bám dính, phù hợp cho sàng lọc ban đầu hoặc sản xuất mẫu thử nghiệm.
• Sàng lọc y sinh và dược phẩm: Các phản ứng viên bám tường có thể thiết lập mô hình công trình mô 3D hoặc môi trường vi mô khối u để thử nghiệm hiệu quả thuốc và nghiên cứu cơ chế, nâng cao tính tương đồng sinh lý của thí nghiệm in vitro.