利用生物反應(yīng)器進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)與搖瓶培養(yǎng)的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)

使用搖瓶在二氧化碳培養(yǎng)箱進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，是細(xì)胞培養(yǎng)的基本方法。隨著現(xiàn)代生物科學(xué)研究發(fā)展進(jìn)步，使用生物反應(yīng)器進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)也變得越來越普遍，生物反應(yīng)器的應(yīng)用逐漸滿足小規(guī)模半生產(chǎn)能力的需求。
     
同樣是進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，什么情況下使用搖瓶培養(yǎng)？什么情況下使用生物反應(yīng)器培養(yǎng)呢？與搖瓶培養(yǎng)相比生物反應(yīng)器有哪些優(yōu)勢(shì)呢？下面小編就總結(jié)一下從搖瓶轉(zhuǎn)向生物反應(yīng)器培養(yǎng)的 5 個(gè)理由：

一、生物反應(yīng)器培養(yǎng)可獲得更高的收益率
這是從搖瓶轉(zhuǎn)向生物反應(yīng)器的主要原因之一—您通常可以在更短的時(shí)間內(nèi)獲得更多目的產(chǎn)物。這可以是總生物量或特定產(chǎn)品的產(chǎn)量。比如：大腸桿菌（野生型，例如 K12）在搖瓶和生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)的直接比較。1 個(gè)工作容積為 3L 的臺(tái)式生物反應(yīng)器相當(dāng)于一個(gè)帶有 18 個(gè) 5L 燒瓶的 3 層培養(yǎng)箱搖床。估計(jì)產(chǎn)值基于以下計(jì)算：細(xì)胞干重 CDW 與 OD600 轉(zhuǎn)換為 ~0.36g/OD 單位（大腸桿菌、酵母）。1L OD 40 = 6.7L 的 OD 6。


搖瓶和臺(tái)式生物反應(yīng)器的產(chǎn)量比較：

搖瓶和臺(tái)式生物反應(yīng)器的產(chǎn)量比較：
搖瓶，分批過夜	外徑600 ~ 4-6
生物反應(yīng)器，隔夜分批	外徑600 ~ 14-20
生物反應(yīng)器，1 天補(bǔ)料分批	外徑600 ~ 40
生物反應(yīng)器，2 天補(bǔ)料分批	外徑600 ~ 230

請(qǐng)注意，所使用的值只是一個(gè)相對(duì)指示，取自多個(gè)來源。實(shí)際上，有幾個(gè)因素會(huì)影響您的結(jié)果，包括：
A.應(yīng)變（尤其是克隆，這可能會(huì)產(chǎn)生不需要的副作用，例如剪切敏感性）
B.優(yōu)化程度
C.培養(yǎng)基質(zhì)
D.運(yùn)行條件 

二、實(shí)時(shí)生物過程信息
生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)可以完成更多工作，比如：PH、DO 、液位、溫度、氣體、壓力等。
三、適應(yīng)性
搖瓶和生物反應(yīng)器之間的一個(gè)主要區(qū)別是使用生物反應(yīng)器提高了適應(yīng)性。這不僅僅是可以測(cè)量和控制的單個(gè)參數(shù)的數(shù)量。測(cè)量值的質(zhì)量和范圍以及控制能力通常在搖瓶中受到更多限制。通常，溫度等關(guān)鍵參數(shù)的控制會(huì)同時(shí)應(yīng)用于所有搖瓶。對(duì)于許多篩選應(yīng)用程序來說，這可能并不重要，但對(duì)于優(yōu)化研究來說卻是個(gè)問題。

適應(yīng)性發(fā)揮作用的內(nèi)容包括：
1.搖瓶系統(tǒng)的測(cè)量范圍可能更受限制，例如 pH 范圍
2.添加在線分析儀以獲得額外信息的機(jī)會(huì)僅限于生物反應(yīng)器
3.糾正單個(gè)搖瓶偏差的機(jī)會(huì)可能有限，例如，如果一個(gè)搖瓶需要更多的氧氣轉(zhuǎn)移，則只能更改所有搖瓶的搖床速度
4.用于離線分析的取樣體積可能受限于小型搖瓶，并且需要對(duì)整體生長(zhǎng)有害的處理，例如無菌風(fēng)險(xiǎn)、溫度變化和暫時(shí)缺乏混合。
5.就搖床內(nèi)的物理變化以及使用其他軟件與任何總體生物過程平臺(tái)解決方案集成而言，添加非標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)更加困難。
 
四、更好的控制
這是從搖瓶轉(zhuǎn)變?yōu)樯�物反�?yīng)器的價(jià)值的關(guān)鍵因素。這可以是使用生物過程軟件提供的分階段策略控制單個(gè)參數(shù)或完整的過程控制。搖瓶可以實(shí)現(xiàn)一些有用的控制策略，但它們要么范圍有限，要么需要額外的設(shè)備。

生物反應(yīng)器的控制策略：
1.溫度變化感應(yīng)
2.通過改變二氧化碳濃度促進(jìn)生長(zhǎng)
3.較大限度地減少蒸發(fā)造成的液體損失來延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間
4.隨著生物量的增加增加混合和充氧
5.通過改變底物誘導(dǎo)和/或延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間
6.對(duì)于生物反應(yīng)器，所有相同的可能性都存在，但新的可能性進(jìn)一步擴(kuò)展，即
7.分批補(bǔ)料或連續(xù)模式下的多次補(bǔ)料
8.用于 pO 2控制的多參數(shù)級(jí)聯(lián)
9.在廣泛的值范圍內(nèi)進(jìn)行全面的雙側(cè) pH 控制
10.按時(shí)間、事件和軟傳感器計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分階段控制
11.使用連續(xù)和灌注方法延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間

五、 規(guī)模擴(kuò)大培養(yǎng)
由于過去十年產(chǎn)量的急劇增加，少量培養(yǎng)物可以包含高細(xì)胞密度或產(chǎn)品濃度。這使得搖瓶培養(yǎng)成為早期試驗(yàn)等應(yīng)用的小規(guī)模生產(chǎn)的可行選擇。然而，在預(yù)期擴(kuò)大到商業(yè)水平的情況下，小型生物反應(yīng)器可以為建立正確的標(biāo)準(zhǔn)提供良好的基礎(chǔ)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
攪拌級(jí)反應(yīng)器 (STR's) 仍然是生產(chǎn)規(guī)模生物反應(yīng)器常見的形式，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物反應(yīng)器多數(shù)使用這種反應(yīng)器葉輪葉尖速度和體積傳質(zhì)等關(guān)鍵放大標(biāo)準(zhǔn)與生物反應(yīng)器相關(guān)，但與搖瓶不直接相關(guān)小型生物反應(yīng)器的控制策略和優(yōu)化通常可以通過簡(jiǎn)單的按比例變化應(yīng)用于更大規(guī)模培養(yǎng)密度將具有可比性，并且任何限制性問題（例如有毒產(chǎn)物的積累或剪切敏感性）都將在工作臺(tái)規(guī)模上被發(fā)現(xiàn)。通�？梢允褂孟嗤�的控制器和儀器，但會(huì)因涉及探頭長(zhǎng)度和位置等因素的規(guī)模而發(fā)生變化，可以從本地控制器中提取更豐富的信息，傳遞給生物過程軟件，并用于放大標(biāo)準(zhǔn)的分析。

總而言之，細(xì)胞規(guī)�；瘮U(kuò)培選用生物反應(yīng)器的主要意義在于：
1.生物反應(yīng)器中可能改進(jìn)的混合和通氣允許更高的細(xì)胞密度。對(duì)于給定的培養(yǎng)體積，這可以等同于更快的結(jié)果或更多的材料。
2.可能的測(cè)量和控制程度總是會(huì)更大。標(biāo)準(zhǔn)傳感器和外圍設(shè)備可以使生物反應(yīng)器更適應(yīng)用戶要求。這增加了可用于分析和反饋到流程開發(fā)的數(shù)據(jù)量。
3.攪拌罐生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)意味著它們通常比同等工作體積的搖床和培養(yǎng)箱搖床更緊湊。由于生物反應(yīng)器通常產(chǎn)生更高的產(chǎn)量，因此可能只需要一個(gè)較小的系統(tǒng)。
4.自動(dòng)喂養(yǎng)策略的范圍更大。例如，很少使用袋子或搖瓶進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)。

如果實(shí)驗(yàn)中需要較大的培養(yǎng)密度、培養(yǎng)規(guī)模放大/縮小開發(fā)，那么可以選擇臺(tái)式生物反應(yīng)器。

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