CN1096540A

CN1096540A - 气升式悬浮微载体培养贴壁依赖细胞

Info

Publication number: CN1096540A
Application number: CN93106943A
Authority: CN
Inventors: 欧阳藩; 戴晓萍; 戚艺华
Original assignee: Institute of Chemical Metallurgy CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1994-12-21

Abstract

本发明提出了气升式悬浮微载体实现高密度培养贴壁细胞的方法和装置，采用低气速和在培养液中加入低浓度无毒表面活性剂或增稠剂，在特定设计的气升式反应器中于常规培养条件下进行动物细胞的高密度培养。实验表明：该方法可以实现贴壁细胞的高密度培养，具有结构简单、操作方便等诸多优点，为微载体培养贴壁细胞的反应器研制提出了新的途径。它不仅可以用于贴壁细胞的微载体悬浮培养，而且可以用于非贴壁细胞的培养，如杂交瘤、昆虫细胞等。

Description

本发明属于生化工程领域的动物细胞培养技术及反应器研制。

动物细胞能生产许多重要的生物制品，选择设计恰当的反应器形式与结构是实现动物细胞大规模培养的关键。贴壁细胞在传统上采用单层培养法，微载体的出现为贴壁细胞提供了均相悬浮培养的可行性。在微载体动物细胞培养的反应器研制领域，人们大多集中于传统机械搅拌式反应器的研究，该类反应器存在机械剪切力，结构复杂，不易密封，放大困难。目前，一些先进国家开始研制流态化反应器，一般多用于大孔微载体的动物细胞培养（Cytotechnology 3：271-277，1990）。对于普通微载体的细胞培养，国际上普遍认为：气泡与细胞直接接触不利于细胞的贴壁生长。如果采用液升式流态化，必须将培养液与微载体分离后再加压循环，过滤膜容易堵塞，使设备和系统复杂化。研制新型细胞培养用反应器是当今生物技术研究领域的重要发展方向。

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了气升式悬浮微载体培养贴壁细胞的方法和相应的装置，在低气速下悬浮普通微载体，加入适当的保护剂，克服气泡的不利影响，实现高密度培养，简化细胞培养的设备和操作，便于工业化推广。

气升式反应器的运行原理，是在反应器中通入气体引起气提管和降液区之间流体密度差异使流体产生循环。由于微载体的比重为1.03左右，仅略大于培养液的比重;另一方面，细胞耐受剪切力的能力很小，采用低气速，有利于细胞的培养，故本发明采用低气速悬浮微载体，并加入低浓度无毒的氧乙烯氧丙烯共聚物型表面活性剂（美国Wyanodott公司开发，商品名称Pluronic），或低浓度无毒的增稠剂，如明胶、葡聚糖、甲基纤维素等保护微载体细胞的保护剂，从而可在常规的细胞培养条件下，气泡与细胞直接接触，进行细胞的高密度培养。

本发明采用的低气速范围是0.01～0.2VVM，直接鼓泡不利于细胞贴壁生长，在培养液中加入适当的保护剂，细胞在一定的气速范围内不受鼓泡的影响，能够正常生长，并达到一定的高密度。

本发明选用的氧乙烯氧丙烯共聚物型表面活性剂，其浓度范围以0.1～0.3%（w/v）为好;采用明胶、葡聚糖或甲基纤维素等增稠剂时，浓度范围以0.5～2%（w/v）为好。

为保证微载体的全部悬浮，并使反应器具有良好的性能，反应器的结构设计特征为：反应器上部为扩大段;底部呈锥形，锥角为50～70°;反应器的中轴线上装有气提管，其中气提管内径D_r与反应器的内径D之比D_r/D为0.35～0.50;气提管可用三角支架或其它方式装于反应器中;反应器的锥底底部中心装气体分布器。

气体分布器可以用对细胞无毒的玻璃砂芯、不锈钢绢筛或烧结体、不锈钢片激光打孔或离子穿孔、陶瓷烧结体等材料制成，并经无毒的表面疏水处理，或使用无毒的疏水气膜制成。

附图说明：

图1为细胞培养装置示意图;

图2为反应器的结构示意图;

图3为细胞生长曲线;

图4为细胞生长图片（第七天）;

图5为自制微载体细胞培养的细胞生长曲线。

其中：

1-二氧化碳气瓶 2-空气气瓶 3-浮标式氧气吸入器

4-不锈钢针形阀 5-压力表 6-配气罐

7、10-安全出口 8-螺丝夹 9-缓冲瓶

11-微型转子流量计 12-气升式反应器 13-胶塞

14-微孔除菌滤器 15-电热恒温培养箱 16-反应器锥底

17-扩大段 18-气体分布器 19-气提管

20-出气口 21-进料口

现结合附图为例，详细说明本发明。

反应器[12]上部为扩大段[17];底部[16]呈锥形，锥角为60°;反应器[12]的中轴线上装有气提管[19]，其中气提管内径D_r与反应器的内径D之比D_r/D为0.40;气提管[19]可用三角支架或其它方式装于反应器[12]中;反应器[12]的锥底[16]底部中心装玻璃砂芯作为气体分布器[18]。

二氧化碳和空气分别由气瓶[1][2]释出，经过支路I的针形阀，至配气罐[6]，通常气体在配气罐[6]中混和，配成95%空气和5%二氧化碳的混和气体，气体通过缓冲瓶[9]由微型转子流量计[11]计量，气速控制在0.01～0.20VVM范围内，可以逐渐增加也可以固定于某一个定值，气体经微孔除菌滤器[14]除菌后，通过气体分布器[18]通入反应器[12]中。当反应器内的pH偏离时，可以通过支路Ⅱ直接通入空气或二氧化碳调节。当反应器内的压力过高或气速超过设定值时，可以通过Ⅲ、Ⅳ两个支路放气。温度由培养箱自动控制在37±0.5℃。

实验过程：将冻存细胞用199培养液（Gibco）加10%小牛血清复活培养、传代。待细胞长好后，将培养瓶中细胞消化汇总，计数至种子量足够，与常规方法处理好的微载体接触，贴壁后，由进料口[21]转入反应器[12]中，补足培养液，加入控制量的表面活性剂或增稠剂，打开气阀，通入气体，在pH7.1～7.4、温度37±0.5℃下进行低气速悬浮培养贴壁细胞。

本发明的效果是：

1.克服了气泡与细胞直接接触的不利影响，达到了贴壁细胞的高密度培养;

2.反应器内部构件少，无机械搅拌，结构简单，制造方便，简化了培养系统;

3.容易密封，减少染菌机率;

4.便于放大，放大后边效应下降;

5.操作方便。

本发明不仅可以用于贴壁细胞的微载体悬浮培养，而且可以用于非贴壁细胞的培养，如杂交瘤、昆虫细胞等。

实施例1：

在199培养液（含10%小牛血清）中加入0.1%（w/v）Pluronic F-68，10ppm antifoam c（sigma），接种2g/L Cytodex 1微载体，1.95×10⁵/ml Vero细胞，pH控制在7.1～7.4，温度控制在37±0.5℃，采用空气和二氧化碳的混和气体鼓泡，操作气量为0.01VVM，终细胞密度为1.05×10⁶/ml。图3中曲线Ⅰ是细胞生长曲线。

实施例2：

在199培养液（含10%小牛血清）中加入0.2%（w/v）Pluronic F-68，10ppm antifoam c（sigma），接种2g/L Cytodex 1微载体，2×10⁵/ml Vero细胞，操作气量控制为：从培养开始逐日增加至0.12VVM（0.01→0.06→0.09→0.12VVM），培养10天，细胞密度达到1.11×10⁶/ml，细胞生长良好（见图4）。

实施例3：

在199培养液（含10%小牛血清）中加入0.3%（w/v）PluronicF-68，10ppm antifoam c（sigma），接种2g/L Cytodex 1微载体，2.45×10⁵/ml Vero细胞，pH控制在7.1～7.4，温度控制在37±0.5℃，采用空气和二氧化碳的混和气体鼓泡，操作气量为0.2VVM，终细胞密度为1.13×10⁶/ml。图3中曲线Ⅱ是细胞生长曲线。

实施例4：

在199培养液（含10%小牛血清）中加入0.5%（w/v）的葡聚糖，15ppm antifoam c（sigma），接种2g/L Cytodex 1微载体，2.10×10⁵/ml Vero细胞，pH控制在7.1～7.4，温度控制在37±0.5℃，采用空气和二氧化碳的混和气体鼓泡，操作气量为0.1VVM，培养10天，终细胞密度为0.98×10⁶/ml。

实施例5：

在199培养液（含10%小牛血清）中加入1%（w/v）的明胶，15ppm antifoam c（sigma），接种2g/L Cytodex 1微载体，1.90×10⁵/ml Vero细胞，pH控制在7.1～7.4，温度控制在37±0.5℃，采用空气和二氧化碳的混和气体鼓泡，操作气量为0.06VVM，培养10天，终细胞密度为1.07×10⁶/ml。

实施例6：

在199培养液（含10%小牛血清）中加入2%（w/v）的明胶，15ppm～20ppm antifoam c（sigma），接种本室自制微载体约1g/L，1×10⁵/ml Vero细胞，pH控制在7.1～7.4，温度控制在37±0.5℃，采用空气和二氧化碳的混和气体鼓泡，操作气量控制在0.04VVM以下，终细胞密度为6.05×10⁵/ml。图5是细胞生长曲线。

Claims

1、一种微载体培养贴壁细胞的方法，其特征是在气升式反应器中，用低气速悬浮普通微载体，气泡与细胞直接接触，在培养液中加入低浓度无毒的氧乙烯氧丙烯共聚物型表面活性剂(美国Wyanodott公司开发，商品名称Pluronic)或低浓度无毒的增稠剂如明胶、葡聚糖、甲基纤维素等保护微载体细胞的保护剂，在常规条件下进行细胞的高密度培养。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于低气速范围是0.01～0.2VVM。

3、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于采用的氧乙烯氧丙烯共聚物型表面活性剂的浓度为0.1～0.3%（w/v）;明胶、葡聚糖、甲基纤维素等增稠剂的浓度为0.5～2%（w/v）。

4、按权利要求1所述方法的装置，其特征在于反应器[12]上部为扩大段[17];底部[16]呈锥形，锥角为50～70°;反应器[12]的中轴线上装有气提管[19]，其中气提管内径D_r与反应器的内径D之比D_r/D为0.35～0.50;气提管[19]可用三角支架或其它方式装于反应器[12]中;反应器[12]的锥底[16]底部中心装气体分布器[18]。

5、按权利要求4所述的装置，其特征在于气体分布器可以用对细胞无毒的材料制成，如玻璃砂芯、不锈钢绢筛或烧结体、不锈钢片激光打孔或离子穿孔、陶瓷烧结体等，并经无毒的表面疏水处理，或使用无毒的疏水气膜制成。