Sistemi di coltura cellulare in bioreattore per processi ad alta densità cellulare

Un motore e un riduttore ad alta precisione vengono utilizzati per controllare le velocità della girante atte a mantenere adeguati livelli di ossigeno all'interno di questo bioreattore altamente versatile.

Fig. 1: il bioreattore AES fornisce una gamma di funzionalità controllate destinate all'automazione della produzione di colture cellulari.

I bioreattori sono progettati per fornire un'ampia gamma di attività sulla base delle esigenze delle singole applicazioni. Il bioreattore AES (Oceanside, CA) su scala ridotta è un sistema di coltura cellulare che fornisce un'ampia gamma di funzionalità controllate per l'automatizzazione della coltura cellulare (vedi figura 1). Il reattore in vetro è riutilizzabile e autoclavabile, ideale per le prime fasi di ricerca, lo sviluppo di prodotti e applicazioni commerciali. I componenti in acciaio inossidabile e una piastra della testa assicurano cicli di utilizzo prolungati per il sistema da banco. L'hardware e software di comando sono conformi a 21 CFR parte 11, GMP/GLP e ISA-88 e soddisfano così un numero elevato di requisiti normativi.

Da oltre dieci anni l'azienda progetta e produce sistemi per l'industria delle scienze biologiche. I loro sistemi sono utilizzati nella prima fase dell'analisi dei medicinali e per l'analisi di diverse applicazioni biotecnologiche. L'azienda progetta e produce unità da banco con dimensioni da 2 a 15 litri. Ogni sistema è in grado di creare un ambiente ideale per un'ampia gamma di linee e organismi cellulari e supporta processi ad alta densità cellulare. Il controllo integrato di pH e DO e il controllo di 4 MFC per gas consente la regolazione dell'ambiente di gas all'interno del reattore per molteplici esigenze applicative. Le applicazioni tipiche comprendono sistemi di linee cellulari di batteri e mammiferi. Questi bioreattori possono essere utilizzati come piattaforme per solera, seed train, perfusione, operazioni con N lotti o fed-batch

Ogni unità sopra banco è progettata con una pompa quadrupla alloggiata esternamente che consente di risparmiare spazio prezioso per l'uso sia in laboratorio che in ambito professionale. Essendo parte di un processo automatizzato, l'unità di comando industriale consente il monitoraggio e il comando da remoto dei processi ove sia disponibile l'accesso alla rete. Un'intuitiva interfaccia utente permette un facile utilizzo dell'unità semplificando il monitoraggio e la regolazione di tutti i processi in corso nel sistema di coltura cellulare in bioreattore da parte dell'utente.

Il sistema AES fornisce agli utenti un livello di controllo modulare che si integra in modo semplice e rapido con i sistemi di controllo distribuito già presenti. Le regolazioni online, la storicizzazione e le informazioni di sistema sono gestite da remoto attraverso un computer in rete o un'interfaccia uomo-macchina locale. Inoltre, il codice del software di controllo è trasparente e a protocollo aperto: ciò assicura agli utenti la libertà di apportare modifiche e fornire aggiornamenti secondo necessità.

L'ossigeno viene costantemente monitorato e la velocità del motore varia per consentire all'utente di impostare un livello di ossigeno controllato. Generalmente, il motore BLDC funziona in un range tra 100 e 300 rpm. Quando il bioreattore viene utilizzato con colture a densità maggiore, come le fermentazioni batteriche, le velocità possono superare i 1200 rpm. In questo caso, l'azienda integra un motore a spazzole maxon che fornisce al sistema la maggiore coppia necessaria per queste applicazioni.

Fig. 2: i motori ad alta precisione come gli azionamenti DCX di maxon vengono incorporati all'interno del bioreattore AES per mantenere un rigido controllo dei livelli di ossigeno. © maxon

La girante di miscelazione si affida a un motore DC brushless (BLDC) altamente tecnologico e a un riduttore progettato e prodotto da maxon (vedi figura 2). I componenti di movimento sono dotati di un encoder integrato e posizionato all'interno di una custodia con protezione IP. Tutti questi componenti di movimento di precisione vengono quindi inseriti nell'albero dell'agitatore e collegati alla girante di miscelazione. Per mantenere una temperatura e un apporto di ossigeno corretti per la respirazione delle cellule mammifere, viene utilizzato un ciclo di feedback aggiuntivo.

Conclusioni

Quando si utilizzano attrezzature altamente sensibili come il bioreattore AES, gli utenti devono essere certi che il sistema funzioni secondo gli standard previsti. La progettazione avanzata e la produzione che accompagnano ogni motore maxon forniscono inoltre la precisione e la vita utile prolungata richiesta dagli utenti. Grazie alla combinazione dell'integrazione di un adeguato sistema di movimento con il design di alta qualità degli altri componenti del bioreattore, gli utenti possono accedere a una delle unità da banco più stabili sul mercato.