使用搖瓶在二氧化碳培養(yǎng)箱進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，是細(xì)胞培養(yǎng)的基本方法。隨著現(xiàn)代生物科學(xué)研究發(fā)展進(jìn)步，使用生物反應(yīng)器進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)也變得越來越普遍，生物反應(yīng)器的應(yīng)用逐漸滿足小規(guī)模半生產(chǎn)能力的需求。

      同樣是進(jìn)行細(xì)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(yīng)器培養(yǎng)呢？與搖瓶培養(yǎng)相比生物反應(yīng)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(yīng)器培養(yǎng)的 5 個(gè)理由：

一、生物反應(yīng)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(yīng)器的主要原因之一—您通?？梢栽诟痰臅r(shí)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(yīng)器中生長的直接比較。1 個(gè)工作容積為 3L 的臺式生物反應(yīng)器相當(dāng)于一個(gè)帶有 18 個(gè) 5L 燒瓶的 3 層培養(yǎng)箱搖床。估計(jì)產(chǎn)值基于以下計(jì)算：細(xì)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(yīng)器的產(chǎn)量比較：

 請注意，所使用的值只是一個(gè)相對指示，取自多個(gè)來源。實(shí)際上，有幾個(gè)因素會影響您的結(jié)果，包括：

A.應(yīng)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(yùn)行條件 

二、實(shí)時(shí)生物過程信息

生物反應(yīng)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。

三、適應(yīng)性

   搖瓶和生物反應(yīng)器之間的一個(gè)主要區(qū)別是使用生物反應(yīng)器提高了適應(yīng)性。這不僅僅是可以測量和控制的單個(gè)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(guān)鍵參數(shù)的控制會同時(shí)應(yīng)用于所有搖瓶。對于許多篩選應(yīng)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(gè)問題。

適應(yīng)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(jī)會僅限于生物反應(yīng)器

3.糾正單個(gè)搖瓶偏差的機(jī)會可能有限，例如，如果一個(gè)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(fēng)險(xiǎn)、溫度變化和暫時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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?yīng)器的價(jià)值的關(guān)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(gè)參數(shù)或完整的過程控制。搖瓶可以實(shí)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(shè)備。

生物反應(yīng)器的控制策略：

1.溫度變化感應(yīng)

2.通過改變二氧化碳濃度促進(jìn)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(shí)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(dǎo)和/或延長持續(xù)時(shí)間

6.對于生物反應(yīng)器，所有相同的可能性都存在，但新的可能性進(jìn)一步擴(kuò)展，即

7.分批補(bǔ)料或連續(xù)模式下的多次補(bǔ)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(jìn)行全面的雙側(cè) pH 控制

10.按時(shí)間、事件和軟傳感器計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分階段控制

11.使用連續(xù)和灌注方法延長持續(xù)時(shí)間

五、 規(guī)模擴(kuò)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(xì)胞密度或產(chǎn)品濃度。這使得搖瓶培養(yǎng)成為早期試驗(yàn)等應(yīng)用的小規(guī)模生產(chǎn)的可行選擇。然而，在預(yù)期擴(kuò)大到商業(yè)水平的情況下，小型生物反應(yīng)器可以為建立正確的標(biāo)準(zhǔn)提供良好的基礎(chǔ)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

攪拌級反應(yīng)器 (STR's) 仍然是生產(chǎn)規(guī)模生物反應(yīng)器常見的形式，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物反應(yīng)器多數(shù)使用這種反應(yīng)器葉輪葉尖速度和體積傳質(zhì)等關(guān)鍵放大標(biāo)準(zhǔn)與生物反應(yīng)器相關(guān)，但與搖瓶不直接相關(guān)小型生物反應(yīng)器的控制策略和優(yōu)化通常可以通過簡單的按比例變化應(yīng)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?？梢允褂孟嗤目刂破骱蛢x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(biāo)準(zhǔn)的分析。

      總而言之，細(xì)胞規(guī)模化擴(kuò)培選用生物反應(yīng)器的主要意義在于：

1.生物反應(yīng)器中可能改進(jìn)的混合和通氣允許更高的細(xì)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(biāo)準(zhǔn)傳感器和外圍設(shè)備可以使生物反應(yīng)器更適應(yīng)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(yīng)器的設(shè)計(jì)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(yīng)器通常產(chǎn)生更高的產(chǎn)量，因此可能只需要一個(gè)較小的系統(tǒng)。

4.自動(dòng)喂養(yǎng)策略的范圍更大。例如，很少使用袋子或搖瓶進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)。

     如果實(shí)驗(yàn)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(yīng)器。

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