Биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток



Биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток
Биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток

Владельцы патента RU 2681678:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток (ММСК). Биореактор включает соединенные между собой и с камерой для приготовления смеси питающих газов две биореакторные емкости, штуцеры и трубопроводы, бактериальные фильтры, клапаны и прибор управления. Каждая емкость выполнена из вертикально расположенных одна в другой труб из боросиликатного стекла. Емкости представляют собой содержащую аэратор камеру смешивания и камеру роста с диализной мембраной и предварительно помещенными матриксами ММСК. Изобретение обеспечивает повышение эффективности культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток (ММСК) предназначен для применения в биотехнологии получения мяса in vitro. Биореактор позволяет реализовать процессы культивирования, протекающие с использованием различных биологических продуцентов и источников питания в условиях высокой производительности, качества получаемых продуктов, асептической надежности, экономичности и удобства обращения. Отличительной особенностью биореактора, является наличие двух соединенных между собой биореакторных емкостей в виде вертикально расположенных одна в другой труб из боросиликатного стекла и снабженных диализной мембраной, а также наличие аппарата интенсификации роста. Конструкция биореактора обеспечивает эффективный массообмен веществ и газов в объеме питательного субстрата. Целевое применение биореактора - реализация биотехнологических процессов, протекающих в жидкофазных условиях культивирования биологических продуцентов, иммобилизованных на микроносителях.

Изобретение относится к аппаратурному оснащению процессов культивирования стволовых клеток, в том числе мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток (ММСК), и может быть использовано в производстве мышечной ткани животных, например, крупного рогатого скота.

ММСК характеризуются высокой чувствительностью к ранению, вызываемому кавитацией жидкой среды, ударами мешалок, отбойников и пузырьками газов. Эти свойства клеток оказывают влияние на конструкцию биореакторов, особенно на конструкцию устройств аэрации и перемешивания рабочих сред, которые в процессе культивирования не должны оказывать разрушающего воздействия на морфологическую структуру клеток.

Известна конструкция клеточного биореактора BLBIO-XGCC фирмы Bioengineering для культивирования животных клеток (www.bio-rus.ru) с автоклавируемым стеклянным сосудом, который применяется для культививания с подпиткой или непрерывного культивирования клеток млекопитающих. Биореактор оснащен различными устройствами аэрации и перемешивания рабочих сред, работа которых позволяет культивировать клетки животных в суспензионной культуре.

Биореактор представляет собой емкость с мешалкой. Для минимизации стресса при ранении, перемешивание осуществляется либо мешалкой подъемного типа, либо мешалкой толкающего типа. Механическая мешалка приводится в движение магнитным приводом, расположенным в нижней части. Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой, а также непрерывным благодаря наличию тензодатчиков. Биореактор используется для культивирования взвеси клеток или клеток, иммобилизованных на микроносителях. Для задержания биомассы при непрерывном культивировании используют роторные или спиральные фильтры.

Существующая конструкция обуславливает возможность культивирования животных клеток только в суспензионной культуре, что не лишено многих недостатков, например:

- культивирование клеток сопровождается малой скоростью роста при низкой концентрации клеток, что требует применения дополнительных устройств, для выделения клеточной массы из отработанной жидкости и утилизацию больших объемов фильтрата содержащего, как неиспользованные дорогие компоненты питательной среды, так и токсичные метаболиты, что существенно повышает себестоимость целевых продуктов;

- для выделения выращенной биомассы из отработанной жидкости, в биореакторе применяют роторные или спиральные фильтры, что повышает опасность бактериального загрязнения получаемых продуктов;

- клетки после фильтрации необходимо очищать от низкомолекулярных веществ, а фильтры подвергать тщательной промывке и стерилизации для инактивации патогенных микроорганизмов, что также повышает себестоимость целевых продуктов и способствует загрязнению окружающей среды производственными отходами.

Известна установка для культивирования клеток или микроорганизмов (пат. на изобретение RU №2021350, МПК 7 С12М 3/00, 22.07.1991), содержащая камеру, представляющую собой эластичную емкость, размещенную на жестком каркасе и разделенную на питательный, ростовой и накопительный отсеки. В ростовом отсеке расположен материал для иммобилизации клеток, накопительный отсек выполнен с возможностью независимого газообмена, а жесткий каркас имеет два излома, размещенные между отсеками, и установлен с возможностью изменения угла наклона к горизонту от 0° до 45°. Части каркаса под накопительным и ростовым отсеками снабжены вибраторами.

Недостатком известной конструкции является низкая производительность биореактора обусловленная совмещением нескольких технологических операций внутри одной камеры.

Известен биореактор для культивирования клеток, преимущественно эукариотических (пат. на полезную модель RU №117916, МПК 7 С12М 1/00, 23.12.2011 - прототип), включающий биореакторную емкость в виде трубы, герметизированной загрузочным люком и технологическим фланцем; аэратор, состоящий из газопроницаемых трубок, расположенных внутри емкости, штуцеры и трубопроводы для подачи и отвода рабочих газов и жидкостей, бактериальные фильтры питающих и отработанных газов, соединенные с прибором управления клапаны, камеру для приготовления смеси питающих газов.

Недостатком известной конструкции является сложность выделения целевого продукта, обусловленная наличием силиконовых уплощенных трубок, горизонтально расположенных внутри емкости биореактора.

Техническим преимуществом заявляемой конструкции биореактора по сравнению с прототипом является то, что наличие двух соединенных между собой биореакторных емкостей - камеры смешивания и камеры роста, в виде вертикально расположенных одна в другой труб из боросиликатного стекла и снабженных диализной мембраной позволяет повысить эффективность культивирования ММСК, за счет повышения технологичности выделения целевых продуктов при использовании микроносителей для культивирования опорозависимых клеток и высокой асептической надежности технологического процесса. Применение аппарата интенсификации роста позволяет увеличить производительность биореактора путем повышения пролиферативной активности ММСК.

Биореактор, представленный на фиг.1, содержит камеру смешивания 1 и камеру роста 2, образованные трубами, торцевые отверстия которых герметизированы загрузочными люками 3 и технологическими фланцами 4 и 5. Камеры установлены вертикально с возможностью изменения высоты установки. Технологические фланцы имеют штуцеры 6, 7 для подвода и отвода теплоносителя. Люк 3 имеет штуцеры 8, 9, 10 для циркуляции газовой смеси. Штуцеры 11 и 12, установленные на нижних фланцах камер, служат для перемещения питательного раствора и отвода жидких отходов. На люке установлен регулировочный клапан 13 сброса давления. Камера смешивания имеет аэратор 14, выполненный из газопроницаемых трубок. Камера роста имеет штуцер отбора проб 15 и диализную мембрану 16, перекрывающую штуцер 12 отвода жидких отходов. Биореактор содержит камеру для приготовления смеси питающих газов 17, аппарат интенсификации роста 18 с цилиндрической антенной 19. Камера роста позволяет вводить матриксы 20 с ММСК. Камеры выполнены круглого сечения в виде вертикально расположенных одна в другой труб из боросиликатного стекла с соотношением высоты к диаметру как 2:1, а также конструкция биореактора позволяет изменять данное соотношение при необходимости путем замены труб другой высоты. Внутренние полости каждой камеры заполнены теплоносителем и с помощью штуцеров 6 и 7 соединены с терморегулятором 21. Биореактор снабжен бактериальными фильтрами питающих и отработанных газов, а также клапанами 22 на трубопроводах для подачи и отвода рабочих газов и жидкостей, и соединенными с прибором управления.

Устройство работает следующим образом. Компоненты питательной среды загружается в камеру смешивания 1 через штуцер 8. Далее через воздушный штуцер 9, соединенный с одной стороны с камерой для приготовления смеси питающих газов 17, а с другой - с аэратором 14 внутрь камеры подается газ заданного состава и температуры. Проходя через жидкие компоненты снизу-вверх газ непрерывно перемешивает их и насыщает воздушной смесью с углекислотой заданного параметра. При достижении предельного давления газ стравливается в атмосферу через обратный клапан 13. При открытии крана подготовленный питательный раствор через штуцеры 11 и 12 нижних фланцев камер и систему трубок перемещается в камеру роста 2, заполняя 2/3 ее объема. Матриксы 20 с ММСК предварительно помещаются в камеру роста через загрузочный люк 3 камеры роста.

В камерах постоянно поддерживается уровень углекислого газа 5% в воздушной смеси и температуры 37°С с помощью камеры для приготовления смеси питающих газов 17 и терморегулятора 21, а также избыточное давление газа с помощью обратных клапанов 13 и соединенных с прибором управления клапанов 22.

Культивирование клеток производится без перемешивания до истощения среды, после чего производится ее слив из камеры роста и замена удаленного объема новой порцией питательной среды из камеры смешивания. Этот цикл повторяется многократно. Среда из камеры роста сливается через штуцер 12, снабженный диализной мембраной 16 для предотвращения потерь биомассы клеток.

В процессе культивирования ММСК обрабатывается КВЧ-излучением (крайне высокочастотное излучение) с помощью аппарата интенсификации роста 18. Под воздействием миллиметровых волн запускается процесс нормализации развития роста биомассы. Клетки реагируют на поступающие сигналы как единое целое, что способствует восстановлению между ними информационных связей, необходимых для пролиферации.

Камера роста располагается внутри цилиндрической антенны 19 аппарата. С целью увеличения пролиферативной активности ММСК используются волны миллиметрового диапазона с длиной волны 7,1 мм и интенсивностью облучения 0,05 Вт/см2. Для снижения тепловых эффектов воздействие осуществляется в импульсном режиме с частотой 100 Гц.

1. Биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток (ММСК), включающий соединенные между собой и с камерой для приготовления смеси питающих газов две биореакторные емкости, штуцеры и трубопроводы для подачи и отвода рабочих газов и жидкостей, бактериальные фильтры питающих и отработанных газов, клапаны, соединенные с прибором управления, причем каждая емкость выполнена из вертикально расположенных одна в другой труб из боросиликатного стекла, где торцевые отверстия герметизированы загрузочными люками и технологическими фланцами, а полости между трубами подключены к терморегулятору, характеризующийся тем, что две биореакторные емкости представляют собой содержащую аэратор камеру смешивания компонентов питательной среды и камеру роста с диализной мембраной и предварительно помещенными матриксами ММСК, где аэратор состоит из расположенных внутри емкости смешивания газопроницаемых трубок, а камера роста располагается внутри цилиндрической антенны аппарата интенсификации роста.

2. Биореактор по п. 1, отличающийся тем, что трубы выполнены круглого сечения с соотношением высоты к диаметру как 2:1.

3. Биореактор по п. 1, отличающийся тем, что аппарат интенсификации роста представляет собой аппарат КВЧ-излучения.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к полинуклеотидам, которые кодируют CDR3 в генах TCR-[альфа] и TCR-[бета] цепей CD4+ хелперных Т-клеток, которые специфичны к хелперному пептиду WT1322, и может быть использовано в медицине для индукции иммунного ответа против WT1322-экспрессирующей злокачественной опухоли.

Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к активации хелперных Т-клеток, которые специфичны к пептиду WT1, и может быть использовано в медицине для индукции иммунного ответа против WT1-экспрессирующей злокачественной опухоли.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ иммобилизации нативной амниотической мембраны для транспортировки, консервации и применения ее в качестве носителя культивированных клеток, где нативную амниотическую мембрану механически фиксируют в расправленном состоянии к гладким краям стерильной чашки Петри диаметром 3 см со срезанным дном при помощи стерильного зажимного хомута таким образом, чтобы оставался запас мембраны от гладких краев не меньше, чем ширина одноразового стерильного зажимного хомута.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к композиции среды для производства ботулинического токсина и, более конкретно, к композиции среды для культивирования Clostridium sp., способного вырабатывать ботулинический токсин.

Изобретения относятся к области биотехнологии, в частности к средствам для поддержания или стимуляции, косметическому продукту, фармацевтическому продукту, лечебно-профилактическому препарату, продукту питания и напитку недифференцированного состояния эмбриональных стволовых клеток или соматических стволовых клеток, средству для лечения раны и способу выращивания эмбриональных стволовых клеток, исключая эмбриональные стволовые клетки человека, или соматических стволовых клеток при поддержании недифференцированного состояния.

Изобретение относится к области клеточной биологии и биотехнологии, в частности к способу выделения мезенхимальных стволовых клеток шейки матки, не являющихся опухолевыми, которые экспрессируют клеточные маркеры CD29, CD44, CD73, CD105 и CD90 и не экспрессируют клеточные маркеры CD117, CD133, HLA-DR, TRA-81, CD45, CD34 и CD31, применению выделенной ткани шейки матки и способу получения кондиционированной среды.

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способу получения стволовых клеток (СК) из зуба. Способ включает заполнение внутренней полости отделенного зуба через апикальную часть его корневого канала 0,1-0,4% раствором коллагеназы и выдерживание в диапазоне от примерно 25°С до примерно 39°С в течение 20-120 минут.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к способу выделения клеток внелуковичной дермальной оболочки волосяного фолликула (NBDS), и может быть использовано в медицине.

Группа изобретений относится к биотехнологии, а именно к способам использования композиции сред клеточной культуры для выращивания клеток и/или белкового производства.

Изобретение относится к области медицины, а именно к онкогинекологии и репродуктивной медицине, и предназначено для сохранения репродуктивной функции женщин с онкологическими заболеваниями, желающих в дальнейшем иметь детей.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен сосуд для смешивания сред, система для смешивания сред (варианты) и способ регидрации сухих сред.

Группа изобретений относится к биотехнологии, а именно к способам использования композиции сред клеточной культуры для выращивания клеток и/или белкового производства.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложена заготовка микрофлюидного чипа и микрофлюидный чип для культивирования и/или исследования клеток.

Изобретение относится к области клеточной биологии, а именно к дифференцировке популяции клеток заднего сегмента передней кишки в популяцию клеток-предшественников эндокринных клеток поджелудочной железы.

Изобретение относится к области клеточной биологии и биотехнологии, в частности к композиции среды для дедифференцировки мезенхимальных стволовых клеток, полученных без повреждения эмбриона, в стволовые клетки с индуцированной плюрипотентностью и способу получения стволовых клеток с индуцированной плюрипотентностью.

Изобретение относится к области клеточной биологии и биотехнологии, в частности к пошаговой дифференцировки in vitro плюрипотентных клеток в популяцию клеток линии панкреатической энтодермы, которые экспрессируют PDX-1, более высокий уровень NKX6.1 и более низкий уровень SOX2 по сравнению с панкреатическими клетками передней кишки, а также к дифференцировке в панкреатические бета-клетки.

Изобретение относится к биохимии и представляет собой способ повышения плотности, жизнеспособности и/или титра клеток в среде для культивирования клеток, включающий этапы: (a) обеспечения клеток в среде для культивирования клеток для начала процесса культивирования клеток, где указанная среда для культивирования клеток содержит железо в качестве микроэлемента; и где концентрация железа составляет меньше чем 100 мкМ; и (b) добавления композиции, включающей железо, к вышеупомянутой среде для культивирования клеток в процессе культивирования клеток, таким образом, чтобы концентрация железа в среде для культивирования клеток повышалась на протяжении процесса культивирования клеток, где композицию, содержащую железо, добавляют на 3-й день или после него процесса культивирования клеток.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к способу сохранения клеток млекопитающего в течение длительного периода времени с использованием раствора для трансплантации клеток, содержащего 2,0-6,0% (масс./об.) трегалозы, либо соли указанной трегалозы, и 4,0-7,0% (масс./об.) декстрана, либо соли декстрана.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен носитель для культивирования клеток человека и животных.

Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к композиции даклизумаба, и может быть использовано в медицине. Полученная композиция препарата даклизумаба подходит для подкожного введения и может быть применена при лечении индивидов, страдающих от рассеянного склероза.

Изобретение относится к области биохимии. Предложено устройство для формирования двухслойной клеточной модели на пористой мембране культуральной вставки Трансвелл.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток. Биореактор включает соединенные между собой и с камерой для приготовления смеси питающих газов две биореакторные емкости, штуцеры и трубопроводы, бактериальные фильтры, клапаны и прибор управления. Каждая емкость выполнена из вертикально расположенных одна в другой труб из боросиликатного стекла. Емкости представляют собой содержащую аэратор камеру смешивания и камеру роста с диализной мембраной и предварительно помещенными матриксами ММСК. Изобретение обеспечивает повышение эффективности культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх