1. Bioréacteur agité
Les bioréacteurs agités reposent sur des palettes d'agitation pour fournir la puissance nécessaire pour agiter la phase liquide. Il a une large plage de fonctionnement, une bonne uniformité de mélange et de concentration, il est donc largement utilisé dans les réactions biologiques.
Cependant, comme les cellules animales ne sont pas protégées par des parois cellulaires, elles sont très sensibles au cisaillement et une agitation mécanique directe peut facilement les endommager. Le bioréacteur agité traditionnel pour microorganismes n'est évidemment pas adapté à la culture de cellules animales.
Par conséquent, les bioréacteurs agités en culture de cellules animales ont été améliorés, notamment en améliorant le mode d'alimentation en oxygène, la forme des palettes d'agitation et l'ajout d'accessoires dans le réacteur.
(1) Amélioration du mode d'approvisionnement en oxygène
En général, les bioréacteurs agités sont souvent accompagnés d'un bouillonnement pour fournir l'oxygène nécessaire à la croissance cellulaire. Étant donné que les cellules animales sont également sensibles au cisaillement du bullage, de nombreux travaux ont été menés pour améliorer la manière dont l'oxygène est fourni.
L'alimentation en oxygène de la cage est l'une des méthodes d'alimentation en oxygène des bioréacteurs à cellules animales agitées, c'est-à-dire que les bulles sont séparées par un treillis métallique et n'entrent pas directement en contact avec les cellules. Cela garantit un mélange avec le moins de cisaillement possible pour répondre aux exigences de croissance cellulaire.
(2) Amélioration de la palette d'agitation
La forme de la pale d'agitation a une grande influence sur la croissance cellulaire. L'amélioration à cet égard considère principalement comment réduire la force de cisaillement sur les cellules. Certaines personnes ont amélioré la forme de la pale d'agitation et ajouté des accessoires dans le réacteur. Des expériences montrent que le bioréacteur amélioré convient à la culture à haute densité de cellules sensibles au cisaillement. Le bioréacteur utilise une palette d'agitation à ruban à double hélice avec 3 déflecteurs de surface montés sur le couvercle de la bride supérieure. L'angle inclus de chaque déflecteur par rapport à la direction radiale est de 30°, et il est inséré verticalement dans la surface du liquide. La présence de chicanes réduit les tourbillons à la surface du liquide. Un tel bioréacteur maintient une petite force de cisaillement et, dans l'expérience de culture de cellules d'insectes, la densité de culture finale atteint 6 × 106 cellules/mL et le taux de survie est supérieur à 98 %.
2. Bioréacteur non agité
Le plus grand inconvénient du bioréacteur agité pour la culture de cellules animales est que la force de cisaillement est importante et que les cellules sont facilement endommagées. Bien que diverses améliorations aient été apportées, ce problème est encore difficile à éviter. En revanche, les réacteurs non agités génèrent moins de force de cisaillement et présentent de forts avantages dans la culture de cellules animales.
(1) Le bioréacteur à lit fixe est une charge d'un certain matériau dans le réacteur pour que les cellules se développent de manière adhérente. La solution nutritive est apportée par perfusion circulante et peut être réapprovisionnée en continu au cours du cycle. L'oxygène nécessaire à la croissance cellulaire peut également être transporté par la solution nutritive en circulation à l'extérieur du réacteur, de sorte qu'aucune bulle d'air n'endommage les cellules. Ce type de bioréacteur a une faible force de cisaillement et convient à la croissance cellulaire à haute densité.
(2) Les bioréacteurs à fibres creuses sont largement utilisés dans la culture de cellules animales en raison de leur faible force de cisaillement. Ce type de réacteur est constitué de tubes à fibres creuses ayant chacun un diamètre intérieur d'environ 200 µm et une épaisseur de paroi de 50 à 70 µm. La paroi du tube est une membrane poreuse. Les petites molécules telles que l'O2 et le CO2 peuvent diffuser librement à travers la membrane. Les cellules animales sont attachées à la paroi extérieure du tube de fibres creuses pour se développer, ce qui peut facilement obtenir de l'oxygène.
(3) Le bioréacteur Airlift est également l'un des équipements couramment utilisés pour réaliser une culture à haute densité de cellules animales, qui se caractérise par une structure simple et un fonctionnement pratique. Certaines personnes ont utilisé la technologie de culture sur microporteurs dans le bioréacteur de transport aérien pour étudier les conditions technologiques de la culture à haute densité de cellules Vero. Il a été prouvé que les cellules Vero étaient cultivées en mettant en suspension des microporteurs dans le bioréacteur à air pulsé. À condition d'ajouter une quantité appropriée d'agent protecteur et un apport suffisant en nutriments, les cellules pourraient croître normalement à la surface des microporteurs et la densité finale pourrait atteindre 1,13 × 106 cellules/mL.