AMPLIARE LE CULTURE A LIVELLI INDUSTRIALI O SU LARGA SCALA

Poiché le nuove tecnologie si evolvono insieme alle nuove scoperte, esiste un’enorme necessità di aumentare e accelerare il processo di produzione di cellule su scala più ampia. Di seguito sono riportati i dispositivi comunemente preferiti utilizzati per espandere le colture su scala industriale.

BIOREATTORI A MONDO OSCILLANTE : questo tipo di reattori sfrutta il moto ondoso del mezzo di coltura facendo oscillare la piattaforma per fornire una sospensione di perline cellulari. Le perle possono essere posizionate all'interno di una borsa con porte che consentono la circolazione dell'aria. L'agitazione garantisce una corretta miscelazione e trasferimento della massa, mentre l'aria circolante fornisce il necessario scambio di ossigeno. Possono contenere fino a 500 litri di volume. Tali sistemi sono ampiamente utilizzati per l'espansione di cellule di mammifero, cellule T o neutrofili. Questi reattori consentono inoltre rese cellulari elevate, che rappresentano una piattaforma ideale per l'espansione di banche di cellule ad alta densità (1).

BIOREATTORI A SERBATOIO AGITATO: sono forse il sistema più utilizzato per la coltura su larga scala di colture cellulari di mammiferi. Applicano lo stesso principio dei palloni spinner, agitazione in un serbatoio tramite sfere magnetiche. Queste sfere mantengono la soluzione in agitazione per mantenere gli organoidi, la sospensione o il micro-trasportatore nelle sospensioni insieme all'omogeneizzazione della distribuzione dell'ossigeno, del calore e della nutrizione. I bioreattori industriali con serbatoio agitato sono variabili come monouso, tuttavia sono realizzati con materiali in acciaio inossidabile, considerandolo pulito, ben compatibile con i materiali biologici e resistente alle alte pressioni e all'erosione. Il serbatoio fornisce una piattaforma chiusa e automatizzata e può essere utilizzato in diversi modelli come alimentazione batch, batch e perfusione (1,2).

BIOREATTORI A LETTO IMBALLATO: sono costituiti da un tubo cavo imballato sul fondo con una superficie immobilizzata come impalcature, micro-supporti o fibre porose. Le cellule vengono seminate sul letto fisso mentre il terreno fresco viene continuamente fornito. Circolano all'interno del sistema trasferendo ossigeno e sostanze nutritive insieme alla superficie più grande sono: rapporti di volume. Ciò influisce anche sui passaggi cellulari poiché con l'elevata superficie le cellule possono essere fatte passare meno spesso, riducendo così il costo del terreno di coltura. Possono espandersi fino a 500 m2. Tuttavia, la raccolta cellulare può diventare impegnativa a causa della presenza di elevate densità cellulari e della difficoltà di introdurre efficacemente il supplemento di distacco nella coltura (3,4).

BIOREATTORI A FIBRA CAVA

sono costituiti da una camera cilindrica impilata con una fibra cava semipermeabile. le cellule possono essere inoculate all'interno delle fibre e sulle superfici extra-capillari, il che consente densità cellulari elevate. Il mezzo di coltura può fluire attraverso le fibre o le camere o entrambi utilizzando i canali e le porte adeguati e, a seconda dei metodi di inoculazione, è possibile determinare la dimensione dei pori per la membrana semipermeabile mentre le particelle devono passare attraverso o essere trattenute dalla membrana. Grazie alle sue velocità di perfusione, consente il monitoraggio e il controllo automatizzati della concentrazione dei metaboliti, che è della massima importanza per mantenere il processo in continuità. Per aumentare la produzione delle celle è anche possibile collegare più unità in parallelo (5,6).

 BIBLIOGRAFIA

  1. Singh V. Bioreattore monouso per coltura cellulare mediante agitazione indotta dalle onde. Citotecnologia. (1999) 30: 149–58. doi: 10.1023/A:1008025016272
  2. Nienow AW, Rafiq QA, Coopman K, Hewitt CJ. Un metodo potenzialmente scalabile per la raccolta di hMSC da microcarrier. Biochimica Ing J. (2014) 85:79–88. doi: 10.1016/j.bej.2014.02.005
  3. Rafiq QA, Heathman TR, Coopman K, Nienow AW, Hewitt CJ. Produzione scalabile per le esigenze della terapia cellulare. In: Bioreattori. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA (2016). P. 113–146. doi: 10.1002/9783527683369.ch4
  4. Kumar A, Starly B. Espansione cellulare industrializzata su larga scala: produzione della materia prima critica per i processi di biofabbricazione. Biofabbricazione. (2015) 7:044103. doi: 10.1088/1758-5090/7/4/044103
  5. Godara P, McFarland CD, Nordon RE. Progettazione di bioreattori per l'ingegneria tissutale con cellule staminali mesenchimali. J Chem Technol Biotecnologia. (2008) 83: 408–20. doi: 10.1002/jctb.1918
  6. Housler GJ, Miki T, Schmelzer E, Pekor C, Zhang X, Kang L, et al. Tecnologia del bioreattore compartimentale basato su membrana capillare a fibra cava per in vitro studi sulla direzione del lignaggio dei globuli rossi delle cellule staminali emopoietiche. Metodi Tissue Eng C. (2012) 18: 133–42. doi: 10.1089/ten.tec.2011.0305