使用搖瓶在二氧化碳培養(yǎng)箱進行細胞培養(yǎng)，是細胞培養(yǎng)的基本方法。隨著現(xiàn)代生物科學研究發(fā)展進步，使用生物反應器進行商業(yè)化生產(chǎn)也變得越來越普遍，生物反應器的應用逐漸滿足小規(guī)模半生產(chǎn)能力的需求。
同樣是進行細胞培養(yǎng)，什么情況下使用搖瓶培養(yǎng)？什么情況下使用生物反應器培養(yǎng)呢？與搖瓶培養(yǎng)相比生物反應器有哪些優(yōu)勢呢？下面小編就總結(jié)一下從搖瓶轉(zhuǎn)向生物反應器培養(yǎng)的 5 個理由：
一、生物反應器培養(yǎng)可獲得更高的收益率
這是從搖瓶轉(zhuǎn)向生物反應器的主要原因之一—您通?？梢栽诟痰臅r間內(nèi)獲得更多目的產(chǎn)物。這可以是總生物量或特定產(chǎn)品的產(chǎn)量。比如：大腸桿菌（野生型，例如 K12）在搖瓶和生物反應器中生長的直接比較。1 個工作容積為 3L 的臺式生物反應器相當于一個帶有 18 個 5L 燒瓶的 3 層培養(yǎng)箱搖床。估計產(chǎn)值基于以下計算：細胞干重 CDW 與 OD600 轉(zhuǎn)換為 ~0.36g/OD 單位（大腸桿菌、酵母）。1L OD 40 = 6.7L 的 OD 6。
搖瓶和臺式生物反應器的產(chǎn)量比較：
| 搖瓶和臺式生物反應器的產(chǎn)量比較： |
| 搖瓶，分批過夜 | 外徑600 ~ 4-6 |
| 生物反應器，隔夜分批 | 外徑600 ~ 14-20 |
| 生物反應器，1 天補料分批 | 外徑600 ~ 40 |
| 生物反應器，2 天補料分批 | 外徑600 ~ 230 |
請注意，所使用的值只是一個相對指示，取自多個來源。實際上，有幾個因素會影響您的結(jié)果，包括：
A.應變（尤其是克隆，這可能會產(chǎn)生不需要的副作用，例如剪切敏感性）
B.優(yōu)化程度
C.培養(yǎng)基質(zhì)
D.運行條件
二、實時生物過程信息
生物反應器的控制系統(tǒng)可以完成更多工作，比如：PH、DO 、液位、溫度、氣體、壓力等。
| 搖瓶和生物反應器中典型培養(yǎng)參數(shù)的比較： |
| 范圍 | 搖瓶 | 生物反應器 |
| 溫度 | ? | ? |
| 攪拌速度 | ? | ? |
| 喂養(yǎng) | (? ) | ? |
| 酸堿度 | (?) | ? |
| 氧分壓2 | (?) | ? |
| 氣體流量 | (?) | ? |
| 出口 O 2和 CO 2氣體值 | (?) | ? |
| 氣體混合 |
| (?) |
| 生物質(zhì) | (?) | (?) |
| 氧化還原 |
| (?) |
| 壓力 |
| (?) |
| 用于混合的單獨氣體控制 |
| (?) |
| 電導率 |
| (?) |
| 濁度 |
| (?) |
| 表：生物反應器參數(shù)與培養(yǎng)箱搖床參數(shù)的比較。(?)涉及需要額外設備的參數(shù)。 |
三、適應性
搖瓶和生物反應器之間的一個主要區(qū)別是使用生物反應器提高了適應性。這不僅僅是可以測量和控制的單個參數(shù)的數(shù)量。測量值的質(zhì)量和范圍以及控制能力通常在搖瓶中受到更多限制。通常，溫度等關鍵參數(shù)的控制會同時應用于所有搖瓶。對于許多篩選應用程序來說，這可能并不重要，但對于優(yōu)化研究來說卻是個問題。
適應性發(fā)揮作用的內(nèi)容包括：
1.搖瓶系統(tǒng)的測量范圍可能更受限制，例如 pH 范圍
2.添加在線分析儀以獲得額外信息的機會僅限于生物反應器
3.糾正單個搖瓶偏差的機會可能有限，例如，如果一個搖瓶需要更多的氧氣轉(zhuǎn)移，則只能更改所有搖瓶的搖床速度
4.用于離線分析的取樣體積可能受限于小型搖瓶，并且需要對整體生長有害的處理，例如無菌風險、溫度變化和暫時缺乏混合。
5.就搖床內(nèi)的物理變化以及使用其他軟件與任何總體生物過程平臺解決方案集成而言，添加非標準參數(shù)更加困難。
四、更好的控制
這是從搖瓶轉(zhuǎn)變?yōu)樯锓磻鞯膬r值的關鍵因素。這可以是使用生物過程軟件提供的分階段策略控制單個參數(shù)或完整的過程控制。搖瓶可以實現(xiàn)一些有用的控制策略，但它們要么范圍有限，要么需要額外的設備。
生物反應器的控制策略：
1.溫度變化感應
2.通過改變二氧化碳濃度促進生長
3.較大限度地減少蒸發(fā)造成的液體損失來延長培養(yǎng)時間
4.隨著生物量的增加增加混合和充氧
5.通過改變底物誘導和/或延長持續(xù)時間
6.對于生物反應器，所有相同的可能性都存在，但新的可能性進一步擴展，即
7.分批補料或連續(xù)模式下的多次補料
8.用于 pO 2控制的多參數(shù)級聯(lián)
9.在廣泛的值范圍內(nèi)進行全面的雙側(cè) pH 控制
10.按時間、事件和軟傳感器計算的結(jié)果進行分階段控制
11.使用連續(xù)和灌注方法延長持續(xù)時間
五、 規(guī)模擴大培養(yǎng)
由于過去十年產(chǎn)量的急劇增加，少量培養(yǎng)物可以包含高細胞密度或產(chǎn)品濃度。這使得搖瓶培養(yǎng)成為早期試驗等應用的小規(guī)模生產(chǎn)的可行選擇。然而，在預期擴大到商業(yè)水平的情況下，小型生物反應器可以為建立正確的標準提供良好的基礎。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
攪拌級反應器 (STR's) 仍然是生產(chǎn)規(guī)模生物反應器常見的形式，實驗室規(guī)模的生物反應器多數(shù)使用這種反應器葉輪葉尖速度和體積傳質(zhì)等關鍵放大標準與生物反應器相關，但與搖瓶不直接相關小型生物反應器的控制策略和優(yōu)化通?？梢酝ㄟ^簡單的按比例變化應用于更大規(guī)模培養(yǎng)密度將具有可比性，并且任何限制性問題（例如有毒產(chǎn)物的積累或剪切敏感性）都將在工作臺規(guī)模上被發(fā)現(xiàn)。通常可以使用相同的控制器和儀器，但會因涉及探頭長度和位置等因素的規(guī)模而發(fā)生變化，可以從本地控制器中提取更豐富的信息，傳遞給生物過程軟件，并用于放大標準的分析。
總而言之，細胞規(guī)模化擴培選用生物反應器的主要意義在于：
1.生物反應器中可能改進的混合和通氣允許更高的細胞密度。對于給定的培養(yǎng)體積，這可以等同于更快的結(jié)果或更多的材料。
2.可能的測量和控制程度總是會更大。標準傳感器和外圍設備可以使生物反應器更適應用戶要求。這增加了可用于分析和反饋到流程開發(fā)的數(shù)據(jù)量。
3.攪拌罐生物反應器的設計意味著它們通常比同等工作體積的搖床和培養(yǎng)箱搖床更緊湊。由于生物反應器通常產(chǎn)生更高的產(chǎn)量，因此可能只需要一個較小的系統(tǒng)。
4.自動喂養(yǎng)策略的范圍更大。例如，很少使用袋子或搖瓶進行連續(xù)培養(yǎng)。
如果實驗中需要較大的培養(yǎng)密度、培養(yǎng)規(guī)模放大/縮小開發(fā)，那么可以選擇臺式生物反應器。
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