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替代性高产量细胞培养系统

ECACC实验室手册(第4版)

扩大细胞培养系统

大多数组织培养是在小规模的条件下进行的,其中实验所需的细胞数量相对较少。在这种规模下,细胞通常在25cm2到175cm2的T型培养瓶中生长。T175培养瓶的典型细胞产率为1x107(贴壁细胞系)和1x108(悬浮细胞系)。但是,确切的产量将取决于细胞系。由于重复传代细胞所需的时间量,以及对培养箱空间的需求和成本,因此使用标准的T型培养瓶生产大量的细胞是不切实际的。

当考虑扩大细胞培养过程的规模时,若想成功则需要考虑一系列参数,并需要对这些参数进行开发和优化。这些参数包括与养分消耗、气体交换、氧气消耗以及有毒副产物(如氨和乳酸)的积累等相关的问题。对于超过1L的量,这种过程的优化最好留给专业的过程开发科学家进行。

但是,有许多商业上可买到的系统能够提供“半成品”解决方案以进行规模扩大,同时不一定需要专家的过程开发服务。下面提供了一些可用系统的选择列表,以及它们的潜在产量、优点和缺点的简要概述。

表1.高产量细胞放大培养的方法。

多层细胞培养容器

目前,可以使用多种一次性多层容器来简单快速地放大依赖锚固的细胞,而几乎不需要进行工艺优化。这些容器包括三层烧培养瓶,其可用于最大化培养箱空间。CellStacks™可提供1、2、5、10和40层的叠加,每层可提供636cm2的表面积(因此10层CellStack™可提供6,360cm2用于单个容器中的细胞生长)。CellStacks™实际上是一组巨型细胞培养瓶,但带有两个用于填充、收集和气体交换的通风盖,而不是单个盖。由于这些容器需要使用灌装技术进行灌装和收集(尽管盖上的灌装连接器可以进行更换),因此其需要一定程度的熟悉度、细胞生长验证和护理、以及对手动操作的留意,但实际上大多数生长在T型培养瓶中的细胞都可以直接转入CellStacks™中。四十层的CellStacks™太大,无法进行手动处理,需要专门的推车进行操作。HyperFlasks™最初是为机器人系统设计的,它是另外一种多层培养容器。HyperFlask™由10个多重“培养瓶”组成,每个培养瓶的空间占用与T175培养瓶相同,HyperFlask™可完全充满培养基和细胞接种物。在这种情况下,气体交换是直接通过培养瓶的薄表面进行气体扩散来实现的。

锚固非依赖性(悬浮)细胞的一次性解决方案

在最近几年中,生物反应器中出现了许多新的用于悬浮细胞生长的一次性系统。这些袋子既可以以“现货供应”,也可以使用内置的用于接种、收集和取样的大多数连接器进行定制。一次性传感器的最新进展意味着可以将pH和溶解氧传感器内置于袋子中,从而使其成为适用于GMP生产的高效生物反应器和用于大型生物反应器的种子容器。

磁力搅拌瓶培养

这是一种用于包括杂交瘤的悬浮细胞和已经过修饰变为悬浮生长的贴壁细胞(例如HeLa S3)的方法。磁力搅拌瓶可以为塑料瓶或玻璃瓶,带有中心磁力搅拌器轴和侧臂,用于添加和去除细胞和培养基,并用富含CO2的空气进行通气。将接种的磁力搅拌瓶置于搅拌器上,并在适合于细胞系的培养条件下孵育。培养物应以每分钟100-250转的速度进行搅拌。

其他放大选择

悬浮和贴壁细胞系的下一阶段扩大规模是用于大规模培养量(在100-10,000升范围内)的生物反应器。对于悬浮细胞系,通过腔室容器底部的螺旋桨或通过培养容器中鼓泡空气使细胞保持悬浮状态。但是,两种搅拌方法都会引起机械应力。悬浮细胞系的另一个问题是最大可达到的密度约为2x106细胞/mL,该密度相对较低。

对于贴壁细胞系,通过添加微载体珠可提高能够获得的细胞密度。这些小珠的直径为30-100μm,可以由葡聚糖、纤维素、明胶、玻璃或二氧化硅制成,并显著增加可用于细胞附着的表面积。多种微载体选择范围意味着可以在该系统中生长大多数细胞类型。最新的进展是研究人员开发出了多孔微载体,其将可用于细胞附着的表面积增加了10-100倍。2g珠子的表面积相当于15个小滚瓶。

旋转瓶

图 1.扩大规模的替代细胞培养方法包括使用旨在培养大量细胞的滚瓶和磁力搅拌瓶。