発酵槽は、生物工学、細胞の培養の収率および生産性を高めるために使用される。振盪フラスコ内で複数の微生物または動物細胞培養候補をスクリーニングした後、次の論理ステップは、選択された発酵槽培養物のバイオマスを増加させることである。このビデオでは、一般的なベンチトップ型バイオリアクターシステムのセットアップと操作を示しています。
発酵系は、細胞培養物の多くの異なるタイプのための最適な成長環境を提供するために使用される。慎重に温度、pH、特に溶存酸素濃度を制御するための発酵槽によって与えられる機能は、効率的な大規模な増殖および発酵産物の発現にそれらが不可欠となる。このビデオでは、簡単に振とうフラスコ上で発酵槽の利点を説明します。また、一般的なベンチトップ発酵システムの重要な構成要素を特定し、そのプローブの容器やキャリブレーションの設定に基本的な指示を与える。視聴者は、滅菌プロセスに慣れ、培養容器中で増殖培地に接種する方法を示す。運転、サンプリング、および収穫の基本的な概念も実証される。簡単なデータ分析やシステムのクリーンアップについても説明します。
基本的な発酵技術は、培養物を成長させるための単純な振盪フラスコ法の拡張である。それは、より完全かつ定量的な方法で生きた培養のための成長環境を制御したいという要望から生まれました。バッチ培養振とうフラスコは、通常、温度の不正確な制御によって制限されています。インキュベートシェーカーや暖かい部屋の温度の均一性は時々意図された目標値から5℃以上を逸脱、非常に可変である。振とうフラスコは、通常、一定速度で撹拌されるので、酸素摂取量およびガス交換が制限される。利用可能な周囲の酸素が枯渇したら、ほとんどの文化が繁栄することができない。振盪フラスコ内にpH制御は存在しない。培養物を供給原料に限定されるものではない場合に多くの場合、それは培養物に不利益点まで酸性になり、呼吸が劇的に遅くなる。ほとんどの振とうフラスコ培養はまた、彼らはinoculatioまたは文化の最初の方に一度だけ送られることを意味し「バッチ」として経営されていますN。この最初の炭素源が消費された後、培養物は成長が止まる。いくつかの場合において、その代謝はシフトし、培養液中に他の代謝産物を消費し始め、時には得られたバイオマスまたはタンパク質の特性を変更することができる。フラスコを37℃で、通常、24時間あたりの体積の通常10%の温暖な培養環境におけるメディアの蒸発損失の対象と振るこの損失は、文化の密度を変化させ、システムの長期的な操作を禁止している。最後に、ユーザーは、攪拌した後、メディアからの発泡が発生する場合があります。文化上のヘッドスペース中の泡の発生はガス交換し、さらに膝の成長を制限することになる。
基本的な発酵システムは、これらの制限のすべてに対処するように設計されている。慎重な温度制御は、インペラ攪拌および加熱ジャケットを用いて発酵容器で達成される。通常、このジャケットの加熱と冷却の容器とフィードバックコントロールに挿入されたセンサセットポイントの周り0.1℃±温度制御をもたらす。卓上型の発酵槽は、一般的にポンプを介して液体試薬添加によりpHを制御することができます。 pH値を連続的に細胞増殖のための最適な環境を維持する目的で監視される。適切な通気は、上記混合羽根によって、または培養物中に直接ガスを補充した空気または酸素の注入によって維持される。せん断に敏感な文化と、酸素を補充したガスは、培養中の酸素レベルを維持するための主要なメカニズムである。溶液中の酸素の測定は、通常、振盪フラスコ中で使用するのに通常は利用できないポーラログラフプローブによって達成される。これは、連続的または周期的に直鎖状または指数関数的成長を維持するために容器にフィードを追加することも可能である。出口ガス冷却器は、このように培養液量と濃度を維持し、凝縮する排気ガス流中の蒸気のための低温表面を提供する。消泡剤、界面活性剤の定期的な添加は、アクチュエートされている表面に泡を低減し、ガス交換を可能にする、培養中の導電率プローブによる。
容器は、全てのプローブ、付属品、インペラー、収穫パイプ、チューブで、組み立てと標準オートクレーブ滅菌。最終プローブ校正および動作環境に安定した後、培養容器に添加する。次に、システムは、振とうフラスコ法に比べてより定量的かつ正確な方法で培養物を特徴付けるために使用することができる。温度、pH、酸素含有量、飼料摂取量、液体の蒸発、及び泡のレベルの厳密な制御は、すべてのはるかに高いバイオマスおよび良好タンパク質収量に寄与する。
攪拌タンクバイオリアクターは、バイオテクノロジー業界の標準であり、40年以上の1のために使用されている。小さな撹拌槽は、スケールアップ、スケールダウン、歪みの最適化、特性評価、およびプロセス開発のために重要であった。また、個別化医療2の開発において重要な役割を有することができる。それはランを通してモニターし、最適化することができるので、小規模のバイオリアクターは、細胞増殖のためのインサイチュー条件のに最も類似している。ほとんどの場合、最初の実験は、振盪フラスコを使用して実行されるが、小規模のバイオリアクターの条件は、振盪フラスコとは大きく異なる。 1実験では、 大腸菌の最適な成長のための条件ことを発見大腸菌および振とうフラスコ内の緑色蛍光タンパク質(GFP)の製造は、撹拌槽(未発表データ)に変換しなかった。
大規模に増殖する細胞の他の方法は、ローラーボトル、単一のuを含むSE 50〜5,000 Lからプラットフォームのバイオリアクター3と作業ボリュームを持つ大規模単回使用バイオリアクターロッキング各メソッドは、スケールアップのための課題を提供していますが、生産の場所を見つけました。プラットフォームのバイオリアクターロッキング回の使用は、撹拌槽に類似しており、規制環境を提供します。それは細胞の沈降を防止し、酸素化を提供するために波を発生させるための揺動運動を発生することで、混合攪拌槽と異なる。この方法のための流体力学は、攪拌タンク異なり、最大容積1,000 L.に限定される差異は、細胞増殖および生成物の産生に影響を与えることができる。他のシングルユースシステムは、インフラストラクチャおよび関連するオーバーヘッドを最小限に抑えながら、プラットフォームを提供するために、使い捨ての反応容器と撹拌槽を組み合わせて、高スループットのための機能は、4をバイオプロセス。
ベンチトップリアクターの新規ユーザーは、トラブルのpHのPO 2の初期設定値を決定し、TEMを持っている可能性peratureが、発表された研究は、この情報5、6、7、8、9のために参照することができる。特に細菌培養では、振とうフラスコと同じ設定温度と同じ速度で攪拌を開始することをお勧めします。以前の振盪フラスコランからの培養pHも出発点として使用することができる。のpO 2値の設定がより困難であり、典型的には経験的に決定される。しかし、50%のpO 2以降では推奨される出発点である。
The authors have nothing to disclose.
このプロジェクトは、ジョンズ·ホプキンス大学、 ゲートウェイ科学イニシアティブを通じて学長のオフィスによって部分的にサポートしました。
Name | Company | Catalog Number |
LB broth | Sigma | L3022 |
ampicillin | Sigma | A1593-25G |
LB broth | Sigma | L3022 |
antifoam 204 | Sigma | A8311 |
1 M Sodium Hydroxide | Sigma | 38215-1EA-R |
Reference Buffer, pH 4.00 | Sigma | B5020 |
Reference Buffer, pH 7.00 | Sigma | B4770 |
pO2 probe electrolyte | Broadley James | AS-3140-C30-0025 |
0.45 micron filter | Cole Parmer | EW-02915-22 |
0.22 micron filter | Cole Parmer | EW-29950-40 |
Luer Lock syringe, 10 mL | Cole Parmer | EW-07940-12 |
Minifors Bioreactor | Infors HT | B-Pack 5.0 |
Air Admiral air pump | Cole Parmer | EW-79202-00 |
1175 PD Chilling circulator | VWR | 13721-204 |