1. Bioreattore agitato
I bioreattori agitati si basano su palette di agitazione per fornire la potenza per agitare la fase liquida. Ha un ampio intervallo operativo, una buona miscelazione e uniformità di concentrazione, quindi è ampiamente utilizzato nelle reazioni biologiche.
Tuttavia, poiché le cellule animali non sono protette dalle pareti cellulari, sono molto sensibili al taglio e l'agitazione meccanica diretta può facilmente danneggiarle. Il tradizionale bioreattore agitato per microrganismi non è ovviamente adatto alla coltivazione di cellule animali.
Pertanto, i bioreattori agitati nella coltura cellulare animale sono stati migliorati, incluso il miglioramento del modo di fornitura di ossigeno, la forma delle palette di agitazione e l'aggiunta di accessori nel reattore.
(1) Miglioramento del modo di fornitura di ossigeno
In generale, i bioreattori agitati sono spesso accompagnati da gorgogliamento per fornire l'ossigeno necessario per la crescita cellulare. Poiché anche le cellule animali sono sensibili al taglio delle bolle, è stato fatto molto lavoro per migliorare il modo in cui viene fornito l'ossigeno.
La fornitura di ossigeno in gabbia è uno dei metodi di fornitura di ossigeno dei bioreattori di cellule animali agitate, ovvero le bolle sono separate da una rete metallica e non entrano direttamente in contatto con le cellule. Ciò garantisce la miscelazione con il minor taglio possibile per soddisfare i requisiti di crescita cellulare.
(2) Miglioramento della paletta di agitazione
La forma della paletta di agitazione ha una grande influenza sulla crescita cellulare. Il miglioramento a questo proposito considera principalmente come ridurre la forza di taglio sulle cellule. Alcune persone hanno migliorato la forma della pala di agitazione e aggiunto accessori nel reattore. Gli esperimenti mostrano che il bioreattore migliorato è adatto per colture ad alta densità di cellule sensibili al taglio. Il bioreattore utilizza una pala di agitazione a nastro a doppia elica con 3 deflettori di superficie montati sul coperchio della flangia superiore. L'angolo incluso di ciascun deflettore rispetto alla direzione radiale è di 30° ed è inserito verticalmente nella superficie del liquido. La presenza di deflettori riduce i vortici sulla superficie del liquido. Un tale bioreattore mantiene una piccola forza di taglio e nell'esperimento di coltura per cellule di insetti, la densità di coltura finale raggiunge 6 × 106 cellule/mL e il tasso di sopravvivenza è superiore al 98%.
2. Bioreattore non agitato
Il più grande svantaggio del bioreattore agitato per la coltura cellulare animale è che la forza di taglio è grande e le cellule sono facilmente danneggiate. Sebbene siano stati apportati vari miglioramenti, questo problema è ancora difficile da evitare. Al contrario, i reattori non agitati generano meno forza di taglio e mostrano forti vantaggi nella coltura di cellule animali.
(1) Il bioreattore a letto impaccato è un riempitivo di un determinato materiale nel reattore affinché le cellule crescano in modo aderente. La soluzione nutritiva è fornita dalla perfusione circolante e può essere continuamente reintegrata durante il ciclo. L'ossigeno necessario per la crescita cellulare può anche essere trasportato dalla soluzione nutritiva circolante all'esterno del reattore, in modo che nessuna bolla d'aria danneggi le cellule. Questo tipo di bioreattore ha una bassa forza di taglio ed è adatto per la crescita cellulare ad alta densità.
(2) I bioreattori a fibra cava sono ampiamente utilizzati nella coltura di cellule animali a causa della loro piccola forza di taglio. Questo tipo di reattore è costituito da tubi a fibra cava, ciascuno dei quali ha un diametro interno di circa 200 μm e uno spessore della parete compreso tra 50 e 70 μm. La parete del tubo è una membrana porosa. Piccole molecole come O2 e CO2 possono diffondersi liberamente attraverso la membrana. Le cellule animali sono attaccate alla parete esterna del tubo di fibra cava per crescere, che può facilmente ottenere ossigeno.
(3) Il bioreattore Airlift è anche una delle apparecchiature comunemente utilizzate per realizzare colture ad alta densità di cellule animali, caratterizzata da una struttura semplice e da un funzionamento conveniente. Alcune persone hanno utilizzato la tecnologia della coltura dei microcarrier nel bioreattore del trasporto aereo per studiare le condizioni tecnologiche della coltura ad alta densità delle cellule Vero. È stato dimostrato che le cellule Vero sono state coltivate sospendendo i microcarrier nel bioreattore del ponte aereo. A condizione di aggiungere una quantità adeguata di agente protettivo e un apporto nutritivo sufficiente, le cellule potrebbero crescere normalmente sulla superficie dei microcarrier e la densità finale potrebbe raggiungere 1,13 × 106 cellule/mL.