Устройства для отделения клеток от культуральной жидкости в перфузионном процессе.
Работа сепараторов для отделения клеток от КЖ(клеточной жидкости) основана на следующих принципах/эффектах:
1. Фильтрация ( есть тупиковая; есть тангенциальная: через полые волокна: Преимущества: абсолютная эффективность отделения клеток; хорошая масштабируемость. Недостатки: сдвиговые нагрузки в тонких просветах полых волокон; большие механические нагрузки на клетки за счёт использования насоса; забивка мембраны (полная или частичная), Переменная тангенциальная фильтрация=ATF: Преимущества: абсолютная эффективность отделения клеток; хорошая масштабируемость;сниженная забивка мембраны по сравнению с TFF за счёт обратного тока жидкости. Недостатки: сдвиговые нагрузки в тонких просветах полых волокон; забивка мембраны (полная или частичная))
2. Ускорение/гравитация (гравитационные осадители (Преимущества: простота конструкции; минимальный механический стресс. Недостатки: малая скорость перфузии; большое время пребывания клеток в осадителе; налипание клеток на пластины осадителя.
Принцип работы гравитационных осадителей: Осаждение под действием силы тяжести: Жидкость с клетками подается в осадитель. Под действием гравитации клетки оседают на дно, так как их плотность выше, чем у культуральной жидкости. Очищенная жидкость выводится из верхней части устройства.
Это решение подходит, в основном, для культивирования адгерантных клеток на микроносителях!),
центрифугирование (в т.ч. проточное: Преимущества: одноразовое решение, не требует предварительной стерилизации; при правильном подборе параметров механический стресс на клетки не велик. Недостатки: изнашивание мешка и трубок))
3. Акустические волны (Агрегация клеток (временная) при помощи акустических волн). Этот метод основан на действии акустического поля на частицы (клетки) с разной плотностью и сжимаемостью, что позволяет концентрировать или изолировать клетки без физического контакта и повреждения. Преимущества: высокая эффективность отделения клеток; невысокие эксплуатационные затраты. Недостатки: эффективно работает до концентраций клеток 25-30 млн/мл; сложности с масштабированием процесса; жидкость внутри камеры может разогреваться до опасных температур; для вывода на рабочий режим требуется долгая настройка.
Культивирование клеток на микроносителях.
Использование микроносителей (МН) значительно увеличивает скорость седиментации: с 0,04(см/мин) у обычной клетки до до 12-19 (см/мин) для МН при почти одинаковых плотностях.
Для увеличения плотности клеток на микроносителях были разработаны макропористые микроносители. Размеры пор внутри микроносителя – 30-400 мкм (размер клетки – 10-20 мкм).
Материалы основы микроносителей – боросиликатное стекло, акриламид, силикон, целлюлоза, коллаген, различные виды пластика (полистирол, полиэтилен, полиэфир, полипропилен). Материалы покрытия микроносителей – коллаген, фибронектин, витронектин, ламинин и пр. Размеры микроносителей – от 10 мкм до 5 мм.
Преимущества: возможность выращивания адгерантных клеток в плотной культуре (псевдосуспензия) и закрытых системах; возможность проведения перфузионных процессов.
Недостатки: высокие механические нагрузки на клетки из-за больших размеров и массы микроносителей; сложность разработки процесса культивирования; необходимость использования сыворотки для прикрепления клеток или дорогостоящих факторов адгезии; лимитирование по диффузии кислорода к клеткам (для макропористых микроносителей).