SU1346671A1

SU1346671A1 - Method of aerating cultural liquid in process of deep cultivation of animal cells or microorganisms

Info

Publication number: SU1346671A1
Application number: SU854013305A
Authority: SU
Inventors: Евгений Александрович Рубан; Вячеслав Петрович Соколов; Николай Федорович Лешонок; Виктор Серафимович Иванов; Елена Васильевна Богина; Александр Борисович Абрамов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности; Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date: 1985-12-12
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1987-10-23

Abstract

Изобретение относитс к способам глубинного культивировани клеток животных и микроорганизмов и может быть использовано в микробиологической и медицинской отрасл х промышленности . Цель изобретени - увеличение выхода целевого продукта, При реализации способа используют газопроницаемую трубку, через которую подают смесь газов кислорода, углекислого газа и азота, измен при этом их парциальное давление и их соотношение в основном за счет изменени параметров кислорода и углекислого газа, так как азот используетс как носитель и разбавитель газовой смеси. Изменение парциального давлени каждого газа в смеси, продаваемой во внутреннюю полость трубки, позвол ет измен ть направление градиента парциального давлени каждого газа и соответственно направление диффузии этого газа (из трубки в жидкость или из жидкости в трубку), а также скорость этой диффузии. Таким образом, использование способа позвол ет поддерживать содержание растворенных газов в культуральной среде на оптимальном уровне дл данного вида культуры , оперативно измен ть содержание растворенных газов в культуральной среде, тем самым повышать скорость роста клеток и увеличивать выход целевого продукта. Кроме того, применение способа позвол ет.повысить производительность работы оборудовани и снизить энергозатраты. I табл. с в (Л со а Oi The invention relates to methods for the submerged cultivation of animal and microorganism cells and can be used in the microbiological and medical industries. The purpose of the invention is to increase the yield of the target product. When implementing the method, a gas-permeable tube is used, through which a mixture of oxygen, carbon dioxide and nitrogen gases is supplied, changing their partial pressure and their ratio mainly due to changes in the parameters of oxygen and carbon dioxide, since nitrogen used as carrier and diluent gas mixture. The change in the partial pressure of each gas in the mixture sold into the internal cavity of the tube allows the direction of the gradient of the partial pressure of each gas and, accordingly, the direction of diffusion of this gas (from tube to liquid or from fluid to tube), as well as the rate of this diffusion, to change. Thus, using the method allows maintaining the content of dissolved gases in the culture medium at an optimal level for a given type of culture, promptly changing the content of dissolved gases in the culture medium, thereby increasing the growth rate of cells and increasing the yield of the target product. In addition, the application of the method allows to increase the productivity of the equipment and reduce energy consumption. Table I with in (L with and Oi

Description

Изобретение относитс к способам глубинного культит иропани к геток животных или м крооргаии мов и может быть использовано в микробиологической и медицинско) отрасл х npOMt ii4neHности ,The invention relates to methods for deep-seated cultitis spawning of animal heels or microorganisms and can be used in microbiological and medical fields of npOMt ii4neH,

Целью изобретени вл етс увеличение выхода целевого продукта. Выращивание клеток производ т на микроносител х в виде шариков из неорганического материала,The aim of the invention is to increase the yield of the target product. Cells are grown on microcarriers in the form of balls of inorganic material,

Выращивание посепного материала производ т в лабораторных услови х в стекл нных плоских емкост х объемом 1,5-2 л, заполненных стерильной питательной средой, в которую ввод т микроносители и небольшое количество клеток, Ei iKocTH плавно вращают, обеспечива перемешивание жидкости.Growth of the gradual material was carried out in laboratory conditions in flat glass containers with a volume of 1.5-2 liters filled with a sterile nutrient medium in which microcarriers and a small number of cells were introduced, Ei iKocTH rotated smoothly to ensure mixing of the liquid.

При образовании на микроносител х по несколько устойчивых колоний клеток содержимое этих емкостей перевод т в ферментатор, предварительно простерилизовант1ый и заполненный стерильной питательной средой,When several stable cell colonies are formed on microcarriers, the contents of these tanks are transferred to a fermenter, which is pre-sterilized and filled with a sterile nutrient medium,

В ферментере размещают силиконовую трубку, обладающую высокими газопроницае П11ми свойствами дл кислорода и углекислого г-аза и непроницаемой дл жестко11 среды в виде бескаркасной спирали, Лл обеспечени возможности порыи1сни давлени газов в трубке материал трубки армируют, например, термостойкоГ Полимерной нитью. Ферментатор оборудован лопастной меп апкой, при оборотах которой обеспечиваетс устойчивое омывание трубок и лопастей мешалки культураль ной жидкостью и исключаетс седиментаци микроносителей на стенках силиконовой трубки и лопаст х мешалки, а также исключаетс срывание потоком среды колоний клеток с микроносителей .A silicone tube is placed in the fermenter, which possesses high gas permeability properties for oxygen and carbon dioxide and is impermeable to rigid media in the form of a frameless helix to ensure gas pressure in the tube is reinforced, for example, with heat resistant Polymer thread. The fermenter is equipped with a paddle pad, at which speeds the tubes and blades of the agitator are washed with a stable liquid and the microcarriers on the walls of the silicone tube and the paddle of the agitator are eliminated, and the colony of cells from the microcarriers is not ruptured by the medium.

Контроль роста клеток на микроносител х осуществл ют с помощью микроскопа ,The control of cell growth on microcarriers is carried out with a microscope,

Подачу газов в трубку осуществл ют от баллонов со сжатыми газами - азотом, кислородом и уг. шкислым газом. Каждый газ через регул тор давлени и регул тор расхода подает в смеситель с выхода которого смесь i-азов подают в трубку, пог ружеинуьэ в культу- ральную жидкое, п.. Выход этой трубки сообщают с а гмчс,|))ерой .Gases are supplied to the tube from cylinders with compressed gases — nitrogen, oxygen, and coal. sour gas. Each gas through the pressure regulator and the flow regulator feeds into the mixer from the output of which a mixture of i-elements is fed into the tube, plumbing fluid into the liquid culture, p. The output of this tube is reported with a microfusion pump, |)).

Поддержание нообходимого количества газов F1 к улы уральной жидкостиMaintaining the necessary amount of gases F1 to the urals of the ural liquid

/466712/ 466712

осуществл ют путем изменени парЦИ - .чльного давлени каждого газа в их смеси.carried out by varying the fraction of the pressure of each gas in their mixture.

Изменение парциаттьного давлени Partial pressure change

))

каждого газа и соответственно изменение направлени и скорости диффузии этого газа осуществл ют с помощью рег ул торов расхода и регул торовeach gas and, accordingly, the change in the direction and rate of diffusion of this gas is carried out with the help of the flow rate controllers and

10 давлени газа,10 gas pressure

Контроль содержани растворенного кислорода и углекислого газа в куль- турально среде осуществл ют, например , с помощью ионно-селективныхControlling the content of dissolved oxygen and carbon dioxide in the culture medium is carried out, for example, using ion-selective

15 датчиков.15 sensors.

При избыточном содержании растворенного углекислого газа и недостаточном содержании растворенного кис20 лорода в культуральной среде уменьшают порциальное давление углекислого газа и увеличивают парциальное давление кислорода в газовой смеси, подаваемой во внутреннюю полостьWith excessive content of dissolved carbon dioxide and insufficient content of dissolved oxygen in the culture medium, the partial pressure of carbon dioxide decreases and the partial pressure of oxygen in the gas mixture supplied to the internal cavity increases.

трубки и углекис-л111Й газ в этом случае ди({)фундирует из жидкости в трубку , а кислород из трубки в жидкость, содержание углекислого газа в жидкости уменьшаетс , а кислорода расTG Т tube and carbon dioxide gas in this case di ({) is pumped from liquid to pipe, and oxygen from pipe to liquid, the content of carbon dioxide in the liquid decreases, and oxygen dec.

при достижении содержани растворенных газов в культуральной жидкости оптимального значени дл данного вида культуры, парциальное дав35 ление каждого газа, подаваемого во внутрен(пою полость трубки, устанав- ливсмт равным парциальному давлению этого газа в культуральной среде и процесс ди({х|)узии прекращаетс ,when the dissolved gas content in the culture liquid reaches the optimum value for this type of culture, the partial pressure of each gas supplied to the internal (the tube tube cavity is set equal to the partial pressure of this gas in the culture medium and the di ({x |) process stops ,

40 При избыточном содержании растворенного кислорода и недостаточном содержании растворенного углекислого газа в культураль юй среде уменьшают парциальное давление кислорода и40 With an excessive content of dissolved oxygen and an insufficient content of dissolved carbon dioxide in the culture medium, the partial pressure of oxygen and

45 увеличивают парциальное давление углекислого газа в газовой смеси, подаваемой во внутреннюю полость трубки , и кислород в этом случае диффундирует из жидкости в трубку, а угле50 киапый газ - из трубки в жидкость, содержание кислорода в жидкости ч мень.шаетс , а углекислого газа рас- теа, При достижении содержани растворенных газов в культуральной жид55 кости оптимального значени устанавливают парциальное давление каждого газа, подаваемого во внутреннюю полость трубки, равным парциальному давлению этого газа в культуральной45 increase the partial pressure of carbon dioxide in the gas mixture supplied to the internal cavity of the tube, and oxygen in this case diffuses from the fluid into the tube, and carbon dioxide from the tube into the fluid, oxygen content in the fluid goes less, and carbon dioxide —tea. When the dissolved gas content in the culture fluid of the bone reaches its optimum value, the partial pressure of each gas supplied to the internal cavity of the tube is set equal to the partial pressure of this gas in the culture medium.

среде и процесс диффузии прекращаетс .medium and the diffusion process is terminated.

В культуральной среде избыточное содержание как кислорода, так и углекислого газа, в этом случае парциальное давление этих газов в газовой смеси, подаваемой во внутреннюю полость трубки, уменьшают и газы диффундируют из жидкости в трубку, а в случае, когда содержание кислорода и углекислого газа в культуральной жидкости недостаточно, то парциальное давление этих газов в газовой смеси, подаваемой во внутреннюю полость трубки, увеличивают и газы диффундируют из трубки в жидкость.In the culture medium, the excess content of both oxygen and carbon dioxide, in this case, the partial pressure of these gases in the gas mixture supplied to the internal cavity of the tube is reduced and the gases diffuse from the liquid into the tube, and in the case when the content of oxygen and carbon dioxide in the culture fluid is not enough, then the partial pressure of these gases in the gas mixture supplied to the internal cavity of the tube is increased and the gases diffuse from the tube into the liquid.

При достижении содержани растворенных газов в культуральной жидкости оптимального значени устанавлива ют парциальное давление каждого газа , подаваемого во внутреннюю по- лость трубки, равным парциальному давлению этого газа в культуральной среде и процесс диффузии прекращаетс ,When the dissolved gas content in the culture fluid reaches the optimum value, the partial pressure of each gas supplied to the internal cavity of the tube is set equal to the partial pressure of this gas in the culture medium and the diffusion process stops,

Азот, примен емый в составе газовой смеси, подаваемой во внутреннюю полость трубки, вл етс инертным газом - носителем и одновременно разбавителем газовой смеси, с помощь которого при избытке растворенных газов в культуральной среде трубку продувают азотом и газы диффундируют из жидкости в трубку, далее вывод тс из трубки азотом, а изменение соотношени расхода азота кислорода и углекислого газа обеспечиваетс возможностью изменени парциального давлени этих газов, подаваемых во внутреннюю полость трубки,The nitrogen used in the composition of the gas mixture supplied to the internal cavity of the tube is an inert carrier gas and at the same time a diluent of the gas mixture, with which, when there is an excess of dissolved gases in the culture medium, the tube is purged with nitrogen and the gases diffuse from the liquid into the tube, then output TC from the tube with nitrogen, and the change in the ratio of the flow rate of nitrogen to oxygen and carbon dioxide is ensured by the possibility of changing the partial pressure of these gases supplied to the internal cavity of the tube,

В таблице приведены сравнительные опытные данные по предлагаемому способ и известному, при котором через воздухпроницаемую трубку в культуральную среду подают воздух.The table shows the comparative experimental data on the proposed method and the known method, in which air is supplied through a breathable tube into the culture medium.

00

5five

о about

5five

00

5five

00

Опыты показывают, что колебани содержани растворенного кислорода и углекислого газа при аэрации по известному способу составл ют более 35%, а точность поддержани содержани растворенных газов по предлагаемому способу 5%.Experiments show that the variations in the content of dissolved oxygen and carbon dioxide during aeration by a known method are more than 35%, and the accuracy of maintaining the content of dissolved gases in the proposed method is 5%.

Таким образом, изменение парциального давлени каждого газа в смеси, подаваемой во внутреннюю полость трубки, позвол ет измен ть направление градиента парциального давлени каждого газа и соответственно направление диффузии этого газа - из трубки в жидкость или из жидкости в трубку , а также измен ть скорость этой диффузии, что позвол ет поддерживать содержание растворенных газов в культуральной среде на оптимальном уровне , оперативнее измен ть содержание растворенных газов в жидкости в за- в симости от условий ведени процесса культивировани , повысить скорость роста клеток и увеличить выход целевого продукта.Thus, the change in the partial pressure of each gas in the mixture fed into the internal cavity of the tube allows the direction of the gradient of the partial pressure of each gas to be changed and, accordingly, the direction of diffusion of this gas — from the tube to the liquid or from the liquid to the tube — and also changes the velocity of this gas. diffusion, which allows the content of dissolved gases in the culture medium to be maintained at an optimal level, it is quicker to change the content of dissolved gases in the liquid, depending on the conditions of the stitching, increase the rate of cell growth and increase the yield of the target product.

Кроме того, увеличение скорости роста клеток повышает производительность работы оборудовани и позвол ет снизить непроизводительные энергозатраты ,In addition, an increase in the rate of cell growth increases the productivity of the equipment and reduces unproductive energy consumption,

Claims

Invention Formula

The method of aeration of the culture fluid in the process of submerged cultivation of animal cells or microorganisms, including the supply and output of a mixture of aerating gases through a tube with a gas-permeable wall, immersed in the culture fluid, characterized in that in order to increase the yield of the target product, the required amount of gases in the culture fluid by changing the partial pressure of each gas in their mixture.

Maximum achievable partial pressure of dissolved 0, MPa

Maximum achievable partial pressure of dissolved CO, kPa

Time to reach the limit value of dissolved Oj, h

Time to reach the limit value of soluble COj, h

The number of microcarriers completely filled with a monolayer of cells in the process of cultivation,%