1. 回転速度がバイオリアクター培養に与える影響
現在、生物学分野ではバイオリアクターを使用して大規模に生産される製品が増えています。バイオリアクターで培養するには、細胞ごとに異なる回転速度が必要です。一般的に使用される操作パラメータとして、撹拌速度は液相の混合と物質エネルギーの伝達速度に影響を与えるだけでなく、流体せん断とマイクロキャリアの衝突を引き起こす可能性があります。
Lu Minghuaらは、BC-7Lバイオリアクターを使用して懸濁BHK-21細胞を培養し、40r/minではリアクターの底に沈着する細胞が多く観察されたと結論付けました。回転速度を70r/minに上げると、リアクターの底に沈着した細胞はなくなりましたが、凝集した細胞が多く観察されました。そのため、回転速度をさらに100r/minに上げると、細胞凝集の問題が解決され、細胞はよく成長しました。100r/minは最適な撹拌速度です。
細胞の種類や培養方法などによって速度は異なります。リアクターの動作速度は必要に応じて制御されます。速度が異なると、細胞培養の結果も異なります。
2. バイオリアクター培養に対する温度の影響
細胞培養温度は通常35〜37℃で、最適温度は37℃で、±0.25℃以内に制御されます。哺乳類細胞の培養プロセス中に培養温度を下げると、細胞の成長と代謝が遅くなりますが、細胞の生存率はよりよく維持されます。
Yi Xiaopingらは、組換えBHK細胞の成長に対する温度の影響を研究しました。結果によると、37℃と比較して、温度を上げたり下げたりすると細胞の成長速度と密度が低下し、温度を下げると細胞成長のヒステリシス期間が長くなります。ただし、培養細胞の低温に対する耐性は高温に対する耐性よりも強いです。リアクターパラメータの調整中は、温度が上がりすぎないようにする必要があります。特に、動物細胞培養システムでは、低速撹拌、不十分な混合、低い伝達効率が使用されることが多いためです。特に、タンクの外壁から培養システムの内部にかけては常に温度勾配があるため、温度の監視と制御には厳しい要件が課せられます。
3. pH値がバイオリアクター培養に与える影響
pH値の制御は、動物細胞培養にとって非常に重要です。pHは、動物細胞の接着、成長、生存などの機能に影響を与える可能性があります。動物細胞のpH範囲は通常6.8〜7.4です。pH値が6.8未満または7.4を超えると、細胞に悪影響を及ぼします。
Yuan Jianqinらは、鶏胚線維芽細胞の成長を観察するために、6つの異なるpH値（6.4、6.8、7.2、7.4、7.6、7.8）を設定しました。結果は、ニワトリ胚線維芽細胞は7.4〜7.6の範囲でより良く、より安定して成長することを示しました。
Lu Minghuaらは、BC-7Lバイオリアクターを使用して懸濁BHK-21細胞を培養し、特定の小さな範囲内でのpH変化は細胞の成長に大きな影響を与えないが、変化が大きい場合は細胞の成長が遅くなり、状態が悪くなることを検証しました。実験結果によると、pHが7.4のときに細胞の成長が最も良好です。
4. バイオリアクター培養に対するDOの影響
バイオリアクター内の溶存酸素は、酸素と空気の混合物をバブルディストリビューターを介して培養培地に通過させることによって実現されます。バブルディストリビューターの構造形式は、バイオリアクター内の溶存酸素の状態を大きく左右します。
溶存酸素制御サブシステムは、表面換気と深部換気の2つの主要なシステムに分かれています。深部換気システムは、マイクロバブルジェネレーターを使用して溶存酸素を提供します。バブルは小さく均一で、溶存酸素の移動効果が良好です。さらに、撹拌翼の設計を最適化することで、物質移動と熱伝達効果が大幅に向上します。表面換気により、リアクターと表面層に新鮮な空気をすばやく注入し、表面の液体酸素移動係数を高めることができます。
細胞にダメージを与えることなく一定の溶存酸素（DO）濃度を維持する方法は、動物細胞の大規模培養の重要な要素です。細胞は低酸素状態では生存できません。溶存酸素が低すぎると、細胞の代謝に影響し、細胞の成長に影響します。溶存酸素が高すぎると、細胞に毒性を与え、細胞の成長を阻害するだけでなく、生産コストも増加します。
細胞の酸素需要は、成長段階によって異なります。対数成長期の細胞の酸素消費能力は特に強力です。一般に、大規模培養プロセスにおける溶存酸素濃度は、空気飽和度の20％〜60％に制御されます。ガス供給における空気、酸素、窒素の比率を調整するか、撹拌速度を上げることで、一定の溶存酸素濃度を維持できます。