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破解 CHO 細胞培養(yǎng)難題：溶解氧平衡與傳質(zhì)優(yōu)化

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氧氣是細胞進行呼吸作用所必需的物質(zhì)對細胞有著至關(guān)重要的影響。

在細胞中氧氣作為細胞呼吸鏈中電子傳遞鏈的最終電子受體，與氫離子結(jié)合生成水，并釋放出大量能量供細胞使用。這一過程中，細胞通過氧化磷酸化作用合成ATP（腺苷三磷酸），為細胞的各項生命活動提供能量維持細胞代謝。細胞中的氧氣含量還影響著細胞的增殖，在適宜的氧氣濃度下，細胞能夠正常進行有絲分裂，實現(xiàn)增殖。氧氣供應不足時，細胞的增殖速度可能會減慢，甚至停止。故在體外細胞培養(yǎng)實驗中，需要精確控制氧氣濃度，以確保細胞能夠在比較適宜的環(huán)境中生長和增殖。

在CHO細胞培養(yǎng)中，溶解氧水平通常保持在空氣飽和度的10%至80%之間。氧氣濃度過高會導致活性氧物質(zhì)（ROS）的累積，從而導致線粒體呼吸鏈和細胞內(nèi)氧化還原的改變，最終導致細胞生長抑制和單位生產(chǎn)力下降。另一方面，缺氧條件也已知會誘導活性氧積累。缺氧條件也與攝氧量減少和乳酸生成增加有關(guān)。

在大規(guī)模（2000L）時，活性氧積累與生產(chǎn)率的顯著下降相關(guān)，而在小規(guī)模（20L）時則沒有遇到這種問題。因此，在放大過程中必須仔細選擇溶解氧設(shè)定值，尤其是由于流體靜壓效應；在相似的DO水平下（空氣飽和度的百分比），與臺式生物反應器相比，大規(guī)模容器中的實際氧氣濃度將顯著更高。

盡管表面曝氣降低了氣泡引起的剪切應力，但在較大范圍內(nèi)，其對整體氣體傳輸?shù)呢暙I變得可以忽略不計。為了減小由氣-液界面處氣泡破裂引起的剪切應力，將表面活性劑如Pluronic F-68（或Kolliphor P188）加入細胞培養(yǎng)液中。1g/L（最高5g/L）范圍內(nèi)的普朗尼克濃度通常用于提供剪切保護。

氧傳質(zhì)系數(shù)（kLa）用于衡量系統(tǒng)的氧傳遞能力。對于給定的生物反應器配置，根據(jù)下面給出的關(guān)系，kLa主要與體積功率輸入（P/V）和表觀氣體速度（νs）相關(guān)，其中K是常數(shù)，指數(shù)α和β分別約為0.4和0.5。

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工藝參數(shù)如氣泡大小，混合速度，氣體流速，體積和生物反應器的幾何形狀都影響kLa。各種介質(zhì)成分，包括鹽、消泡劑和表面活性劑，也被證明會影響傳質(zhì)系數(shù)。特別是消泡劑顯著降低kLa。Pluronic F-68也降低了kLa，但程度較輕，而鹽的添加增加了氧傳質(zhì)系數(shù)。

另一個影響kLa的因素是葉輪的數(shù)量。在抑制聚結(jié)的培養(yǎng)基(如大多數(shù)培養(yǎng)液)中，在保持體積功率和氣體流量恒定的情況下，與3個葉輪的配置相比，使用單葉輪可以提高kLa。這表明，將形成氣泡的地方的功率輸入集中會增加總體的傳質(zhì)。一般來說，類似幾何形狀的生物反應器規(guī)模的增加會導致kLa的增加，這在傳統(tǒng)的攪拌槽和一次性生物反應器中都注意到。液體高度的增加導致更長的氣體停留時間，從而實現(xiàn)更有效的氣體傳輸。

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通氣中的CytoLinX^? BR 一次性罐體式生物反應器

生物反應器結(jié)構(gòu)、形狀設(shè)計與功能息息相關(guān)，良好的反應器形狀結(jié)構(gòu)有利于反應器使用過程中各種氣體傳導，以及分壓控制，這使微生物/細胞培養(yǎng)過程中各項需要依靠氣體調(diào)節(jié)控制培養(yǎng)條件可控性更好，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)控制更加簡單。百林科制造生物反應器結(jié)構(gòu)良好，功能齊全，產(chǎn)品型號包括10L、50L、200L、500L、1000L、2000L滿足各個大小培養(yǎng)工藝需求，適用于工業(yè)級哺乳動物、昆蟲類細胞及其他低剪切力需求的細胞培養(yǎng)。良好的pH、DO控制系統(tǒng)助力完成更好的細胞培養(yǎng)，靈活定制服務滿足客戶需求，實現(xiàn)互利共贏。

CytoLinX^? BR一次性罐體式生物反應器

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罐體形狀結(jié)構(gòu)良好，功能齊全，單個控制柜可通過插拔控制多臺反應罐，實現(xiàn)成本的大幅度降低（根據(jù)工藝需求可提供不同大小反應罐體積，支持工藝放大）；
采用穩(wěn)定的PCS7系統(tǒng)，符合ISA 88控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)全廠控制；
軟件設(shè)計符合21 CFR Part 11，界面用戶友好；
配置靈活，可根據(jù)用戶需求進行部分定制；
設(shè)備配件均采用進口高端品牌，并經(jīng)過出廠檢測保證正常使用；
配套使用一次性生物反應袋底通大泡、中泡、微泡可選，滿足多種工藝需求；

參考文獻：

Lucas Lemire, Phuong Lan Pham, Yves Durocher, and Olivier Henry 《Practical Considerations for the Scale-Up of Chinese Hamster Ovary (CHO) Cell Cultures》under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG 2021 R. P?rtner (ed.), Cell Culture Engineering and Technology, Cell Engineering 10, https://doi.org/10.1007/978-3-030-79871-01_2

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