搅拌式生物反应器中造血细胞的灌注培养

为了消除造血细胞静态培养中存在的浓度梯度和搅拌悬浮培养时换液引起的波动,为造血细胞体外扩增提供更理想的培养环境和操作方式,利用自主开发的造血细胞重力沉降截留系统结合有溶氧和pH控制的生物反应器进行了脐血造血细胞的灌注培养。两次灌注培养中总细胞分别扩增11.5和18.6倍,扩增倍数最大时,CFU-Mix分别扩增23.2倍和20.4倍、 CFU-GM扩增13.9倍和21.5倍、BFU-E 扩增8.0倍和6.9倍、CD34⁺细胞扩增17.1倍和15.4倍。培养到12d时,第一次实验由267×10⁶单个核细胞扩增得到1082×10⁶个总细胞,6.31×10⁶个CFU-GM,6.2×10⁶个CFU-Mix和23×10⁶个CD34⁺细胞;第二次实验由180×10⁶单个核细胞扩增得到1.080×10⁶个总细胞,4.65×10⁶个CFU-GM,11.0×10⁶个CFU-Mix和25.0×10⁶个CD34⁺细胞,这达到了临床规模,由于控制了较低的溶氧和稳定的培养环境,细胞中干/祖细胞含量显著高于方瓶。但灌注培养到后期细胞密度达到较高后,细胞生长受到抑制,这应该是由细胞密度过高本身所引起。搅拌式反应器中进行灌注培养有利于造血干/祖细胞的进一步扩增,培养得到的细胞中干/祖细胞含量较高,培养规模达到了临床要求,但过高的细胞密度将对造血细胞的生长产生抑制。     

搅拌式生物反应器悬浮培养水母雪莲细胞的研究

应用 2L通气搅拌式生物反应器一步批式培养水母雪莲细胞。采用倾斜式搅拌桨代替透平桨 ,研究了搅拌转速、通气量和接种量对细胞生长和黄酮合成的影响 ,发现在 75r min、70 0～1000L min和 4.0～ 5.0gDCW L接种量下细胞生长和黄酮合成比较好。经过 12d培养细胞干重达 13.8gDCW L ,黄酮产量 416mg L ,黄酮含量占细胞干重的 30%。水母雪莲细胞生长及黄酮合成的进程表明 ,黄酮积累与细胞生长呈正相关。对细胞聚集体分布的研究发现 ,流变压力使细胞聚集体分裂 ,使反应器中细胞生长受到影响 ,黄酮产量较摇瓶中降低     

生物反应器在干细胞培养中的应用研究进展

干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,在再生医学、药物筛选及毒理学等生物医学领域呈现出诱人的前景。通过目前的干细胞分离培养技术可获得的干细胞数量极少,远远不能满足临床需要,因此体外大规模扩增培养干细胞是亟待解决的问题。该文简述了适用于干细胞培养的各种生物反应器的特点,以及悬浮生物反应器体系在不同类型干细胞群中的研究应用。同时对利用生物反应器培养干细胞过程中几个主要的关键参数进行了阐述,将为干细胞的培养和研究从思路和方法上提供参考。     

一次性生物反应器悬浮培养HEK293细胞生产Ad-IFNγ的工艺

腺病毒载体是极具发展前景的基因治疗载体之一,为获得一条新型腺病毒规模化生产工艺,研究采用5 L振荡激流式一次性生物反应器悬浮培养HEK293细胞来生产重组腺病毒载体。细胞经种子链逐步扩增后,接种至AP10生物反应器,采用CD293无血清培养基流加培养悬浮HEK293细胞,细胞密度达约2.0×106个/m L时,以30 MOI(Multiplicity of infection)感染重组Ad-IFNγ(Recombinant adenovirus-interferon gamma),48 h后收获细胞,3次冻融裂解离心收获上清病毒粗产品。采用壳蛋白免疫法快速测定粗产品滴度。结果表明,采用振荡激流式一次性生物反应器,流加HEK293细胞悬浮培养6 d,密度可达2.0×106个/m L,Ad-IFNγ粗产量达1.49×1013 IFU(Infectious unit),单细胞包装量达3 800 IFU/cell。采用阴离子交换层析法纯化重组腺病毒,回收率35.9%。建立了利用5 L激流式一次性生物反应器悬浮培养HEK293细胞生产重组腺病毒载体Ad-IFNγ的初步工艺。     

WAVETM生物反应器灌注培养生产种子细胞的开发和应用

近年来,国内中国仓鼠卵巢细胞(Chinese hamster ovary,CHO)生产罐的培养规模已达上千升,国外已达上万升,最终的生产罐前需要多级摇瓶、种子罐进行种子细胞扩增,扩增效率较低,严重影响了抗体、融合蛋白等生物制品的生产效率。文中利用WAVETM波浪式生物反应器,通过灌注培养的方法,成功地实现了种子细胞的高效扩增。WAVETM波浪式生物反应器灌注培养方法制备种子细胞,CHO细胞密度高达2.28×107cells/mL时仍处于指数生长期且细胞活力大于95%,以此细胞作为种子细胞,4×105cells/mL接种于另一个WAVETM生物反应器进行流加培养,最大活细胞密度仍可达1.73×107cells/mL。通过此种扩增方式,1台WAVETM20/50即可为1 000 L或2 000 L的生产罐提供种子细胞,种子细胞的扩增倍数(Split ratio)可以达到1∶50～1∶100倍,与传统不锈钢罐种子细胞扩增倍数1∶2～1∶10相比,可以显著减少2～3级种子罐,种子细胞的扩增时间减少7～9 d,极大地提高生产效率。     

藏红花细胞悬浮培养动力学研究

基于已经建立的藏红花细胞悬浮培养体系,研究了其悬浮培养动力学.结果表明,悬浮培养时细胞的生长周期约为20 d,在20 d时生物量达到最大,为12.3 g DW/L,但是藏红花素的合成周期大约为28 d,在28 d时藏红花素的含量和产量达到最大,分别为95.8 mg/g和0.92 g/L.藏红花素的积累与细胞的生长之间的关系为半生长偶联型,为其生物反应器放大培养提供了参数等理论依据.     

ST贴壁细胞驯化悬浮及无血清培养工艺开发

[目的]将购自ATCC的ST贴壁细胞通过自主驯化,使其能在甘肃健顺生物科技有限公司(简称健顺生物)自产的无血清培养基CD ST 258中悬浮生长且能稳定传代,在反应器中能高密度生长。[方法]采用高血清贴壁培养转无血清悬浮培养;单因素实验优化氨基酸、维生素、无机盐等培养基组分;单因素实验优化生物反应器的pH、溶氧和转速三个参数。[结果]悬浮细胞在无血清培养基中传代,72 h细胞密度高于8.0×10⁶cells/m L;反应器中细胞最高生长密度可达3.0×10⁷cells/m L。[结论]ST贴壁细胞可驯化为悬浮细胞,能在无血清培养基中稳定传代且在一次性反应器中可高密度生长。     

一种新型生物反应器在造血干/祖细胞体外扩增中的应用

针对造血干/祖细胞体外扩增对培养环境的需求, 结合静/动态培养的特点, 开发了一种新型的生物反应器用于造血干/祖细胞的体外扩增。在该生物反应器内, 采用SCF+TPO+Flt-3细胞因子组合, 比较了静态和循环培养两种方式体外扩增脐血CD34+细胞的效果。培养7 d后, 总细胞分别扩增了(13.86 ± 4.26)和(7.23 ± 2.67)倍, 显示静态培养有利于总细胞的扩增; CD34+细胞扩增倍数、培养物中CD34+细胞含量均相近, 无显著性差异; 而CD34+CD38-细胞扩增倍数以及培养物中CD34+CD38?细胞的百分含量分别为(1.82 ± 0.58)和(3.90 ± 0.85)倍以及(9.45 ± 4.85)和(37.47 ± 14.06)%, 循环培养明显高于静态培养。可见, 在该生物反应器内, 采用静态和循环两种培养方式, 均能实现造血干/祖细胞的体外扩增, 但静态培养促使造血干细胞向定向祖细胞分化, 而循环培养则更有利于早期造血干细胞的扩增。     

光生物反应器培养微藻研究进展

微藻具有固定CO2和净化有机废水的能力,在环保、食品饲（饵）料、医药和生物能源开发等领域备受关注,但规模化培养及其产业化仍是研究的难点,亟待解决。就常用于大规模培养微藻的光生物反应器的特点和结构进行了综述。其中,封闭式微藻光生物反应器能够较好地调控藻种的培养条件、不易遭受污染,藻种的纯度容易控制,但培养规模小,生产成本较高;而开放式微藻光生物反应器无法精确控制藻种生长环境,但生产规模大、产量高、生产成本低,因此应用广泛。最佳的方法是综合两者优点,即首先利用封闭式微藻光生物反应器进行中试放大,大量繁殖藻种,然后投入开放式微藻光生物反应器内进行大规模商业生产,此方法有望成为微藻光生物反应器的发展方向,以期为微藻大规模培养提供参考借鉴。     

Suspension culture of hematopoietic stem cells in stirred bioreactors

Hematopoietic stem cells have applications in bone marrow transplantations for the treatment of hematopoietic disorders. When murine hematopoietic stem cells were cultured in 50 ml stirred bioreactors for 14 d, stem-cell-antigen-1 positive cells (hematopoietic primitive progenitor cells) and long-term culture-initiating cells (hematopoietic stem cells) grew by 5-fold and 4-fold, respectively. These results show the possibility of growing hematopoietic stem cells using a stirred bioreactor.     

水母雪莲细胞生物反应器悬浮培养

Cell suspension culture of Saussurea medusa Maxim. was established in a 2 L stirred bioreactor for flavonoids production. After 12 days of culture, the biomass was 10.35 g DW·L-1, containing 428.6 mg/L flavonoids, which was 4.14% of the biomass (dry weight) under the condition of 25 ℃ and light intensity lower than 5 μmol·m-2·s-1. The utility pattern of sugar, change of dissolved oxygen and oxygen uptake rate were also studied.     

一种新型生物反应器在造血干/祖细胞体外扩增中的应用

针对造血干/祖细胞体外扩增对培养环境的需求, 结合静/动态培养的特点, 开发了一种新型的生物反应器用于造血干/祖细胞的体外扩增.在该生物反应器内, 采用SCF TPO Flt-3细胞因子组合, 比较了静态和循环培养两种方式体外扩增脐血CD34 细胞的效果.培养7 d后, 总细胞分别扩增了(13.86 ± 4.26)和(7.23 ± 2.67)倍, 显示静态培养有利于总细胞的扩增; CD34 细胞扩增倍数、培养物中CD34 细胞含量均相近, 无显著性差异; 而CD34 CD38-细胞扩增倍数以及培养物中CD34 CD38-细胞的百分含量分别为(1.82 ± 0.58)和(3.90 ± 0.85)倍以及(9.45 ± 4.85)和(37.47 ± 14.06)%, 循环培养明显高于静态培养.可见, 在该生物反应器内, 采用静态和循环两种培养方式, 均能实现造血干/祖细胞的体外扩增, 但静态培养促使造血干细胞向定向祖细胞分化, 而循环培养则更有利于早期造血干细胞的扩增.     

Rheology and Shear Stress of Centaurea calcitrapa Cell Suspension Cultures Grown in Bioreactor

Centaurea calcitrapa suspension cultures were grown either in Erlenmeyer flasks or in a mechanically stirred bioreactor. Its rheological behaviour, when fitted to the Oswald–de Waele model (power law), showed pseudoplastic characteristics in both cases. The flow behaviour index (n) decreased over the course of a growth cycle and the consistency index (K) increased, reached a value of 1.81 N sⁿ m⁻² run on 2 l bioreactor. Bioreactor cultivation of C. calcitrapa cells at different agitation rates (30, 60, 100 and 250 rpm), highlighted the influence of shear forces on cell viability loss (90–34%) and phenol accumulation (74–140 μg l⁻¹), due to increased stirring speeds. Analysis of these results suggests that this cell line is shear-sensitive. An empirical exponential correlation was defined between apparent viscosity and biomass concentration, under the studied conditions, giving the possibility to estimate the prevailing broth regime and to optimize bioreactor design. Revisions requested 10 October 2005; Revisions received 19 December 2005     

体外培养脐血单个核细胞与CD34+富集细胞

对比MNC和CD34 +富集细胞在SCF +IL 3+IL 6 +FL +Tpo细胞因子组合下的体外扩增特性 ,发现 :CD34 +富集细胞具有很高的扩增潜力 ,在本实验条件下其总细胞持续扩增了 8周 ,扩增倍数达 312 70 9± 86 40 5倍 ;而MNC在培养至第 4周扩增就已呈现下降趋势 ,最大仅扩增了 5 3 3± 6 2倍。对比集落和CD34 +细胞的扩增发现 ,MNC的集落密度和CD34 +细胞含量由第 0天至第 7天有一个上升的过程 ,而CD34 +富集细胞在培养过程中 ,集落密度和CD34 +细胞含量却始终呈下降趋势。在体外培养过程中 ,CD34 +富集细胞的CFU GM和CD34 +细胞最大分别扩增了 185 7± 14 1和 191 7± 188 8倍 ,明显高于MNC的 12 4± 3 2和 5 0 6± 33 2倍 ;而CD34 +富集细胞和MNC的BFU E则只实现了少量扩增 ,分别为 7 2± 5 2和 10 1± 3 4倍。结果显示 ,从CD34 +富集细胞出发扩增造血干 祖细胞 ,可以得到更多的CD34 +细胞和CFU GM集落形成细胞     

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor’s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.