Zellkultursysteme für Hochzelldichten in Bioreaktoren

Ein Hochpräzisionsmotor und -getriebe steuern die Drehzahl des Laufrads und stellen die korrekten Sauerstoffpegel in diesem äusserst vielseitigen Bioreaktor sicher. 

Abbildung 1: Der AES Bioreaktor verfügt über eine Reihe kontrollierter Fähigkeiten, mit denen die Herstellung von Zellkulturen automatisiert werden können.

Bioreaktoren ermöglichen, ganz nach den Bedürfnissen der jeweiligen Anwendung, eine Vielfalt an Aktivitäten. Der kleine Bioreaktor von AES (Oceanside, Kalifornien) ist ein Zellkultursystem mit einer ganzen Reihe geregelter Optionen, die die Herstellung der Zellkulturen automatisieren sollen (siehe Abbildung 1). Weil der Glasreaktor wiederverwendbar ist und im Autoklav behandelt werden kann, eignet er sich ideal für die frühe Forschung, die Produktentwicklung sowie für gewerbliche Anwendungen. Komponenten aus rostfreiem Stahl und eine Kopfplatte sorgen für eine längere Lebensdauer dieses Tischgeräts. Die Steuerungshardware und -software entspricht 21 CFR Part 11, GMP/GLP und ISA-88 und erfüllt damit eine Vielzahl von gesetzlichen Anforderungen. 

Bereits seit über zehn Jahren entwickelt und fertigt das Unternehmen Systeme für die Life-Science-Industrie. Diese Tischsysteme in der Grössenordnung von 2 bis 15 Litern stellen den ersten Schritt in der Analyse und Bewertung von Arzneimitteln in einer Vielzahl von biotechnologischen Anwendungen dar. Dabei kann jedes der Systeme die ideale Umgebung für unzählige Zelllinien und Organismen schaffen – und Prozesse mit Hochzelldichten unterstützen. Über die integrierte pH- und DO-Regelung und einen Massendurchflussregler für vier Gase lässt sich die Gasumgebung im Inneren des Reaktors an eine breite Palette von Anwendungsprofilen anpassen. Typische Anwendungen sind beispielsweise Zellliniensysteme für Bakterien- und Säugetierprodukte. Diese Bioreaktoren können als Plattform für Solera-, Seed-Train-, Perfusions- oder N-stage Batch- und Fed-Batch-Verfahren verwendet werden. 

Um sowohl im Labor als auch in einer gewerblichen Umgebung wertvollen Platz zu sparen, verfügt jedes Tischmodell über eine optimierte Vierfach-Pumpe, die extern untergebracht ist. Unterstützt wird der Automatisierungsprozess unter anderem auch durch die industrielle Steuerung, die eine Fernüberwachung und -steuerung des Prozesses überall dort ermöglicht, wo Netzwerkzugang herrscht. Über die intuitive Benutzeroberfläche können die Anwendenden das Gerät leicht bedienen und auch jederzeit alle Prozesse, die im Bioreaktor ablaufen, überwachen und anpassen.

Die AES-Systeme bieten den Anwendenden eine modulare Steuerungsebene, die sich schnell und einfach in ein bestehendes verteiltes Steuerungssystem integrieren lässt. Online-Einstellungen, temporale Datenbanken und Systeminformationen werden per Fernzugriff über einen vernetzten Computer oder eine lokale Mensch-Maschine-Schnittstelle angezeigt. Darüber hinaus ist auch der Softwarecode für die Steuerung vollkommen transparent und protokolloffen, sodass Anwendende ganz nach Bedarf Änderungen und Aktualisierungen vornehmen können.

Der Sauerstoff wird durchgehend überwacht und durch Anpassung der Motordrehzahl auf das benutzerdefinierte Niveau geregelt. Typischerweise laufen BLDC-Motoren im Bereich zwischen 100 und 300 U/min. Werden im Bioreaktor jedoch hochzelldichte Kulturen gezüchtet, wie es beispielsweise bei der Fermentierung von Bakterien der Fall ist, können Drehzahlen Bereiche über 1200 U/min erreichen. In diesem Fall integriert das Unternehmen einen bürstenbehafteten Motor von maxon, der diese hohen Drehmomente für solche Anwendungen liefern kann. 

Abbildung 2: Hochpräzise Motoren wie die DCX-Antriebe von maxon sind im Inneren des AES-Bioreaktors verbaut, um das Sauerstoffniveau minutiös zu regeln. © maxon

Das Mischerlaufrad wird über einen von maxon gefertigten, hochtechnologischen bürstenlosen DC-Motor (BLDC) mit Getriebe gesteuert (siehe Abbildung 2). Die Bewegungskomponenten sind mit einem integrierten Encoder ausgestattet, der in einem IP-geschützten Gehäuse untergebracht ist. Diese Präzisionsbewegungskomponenten werden dann in die Rührwelle eingesetzt und mit dem Mischerlaufrad verbunden. Als zusätzliche Feedbackschleife wird das Steuerungssystem verwendet, um die korrekte Temperatur und Sauerstoffzufuhr für Säugetierzellen aufrechtzuerhalten. 

Fazit

Wer mit hochsensiblen Geräten wie dem AES Bioreaktor arbeitet, muss sich darauf verlassen können, dass das System auf hohem Niveau funktioniert. Die fortschrittliche Konstruktion und Fertigung, die hinter jedem maxon Motor steckt, sichert zudem die geforderte Präzision und längere Lebensdauer. Kombiniert mit dem richtigen Bewegungssystem und der hochwertigen Auslegung aller anderen Komponenten ist der Bioreaktor von AES eines der stabilsten Tischgeräte, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind.