Клітини тварин багато в чому відрізняються від мікробних і рослинних клітин, що мають клітинні стінки: вони повільніше ростуть, у них велика чутливість до поранення і бульбашок повітря. Ці властивості клітин визначають вибір системи перемішування і аерації, які не повинні створювати стресових умов для культури.
Перемішування має бути гомогенним, щоб уникнути градієнтів температури і рН, підвищених концентрацій субстрату і продуктів. При цьому необхідно враховувати високий рівень травматизму клітин. Зазвичай перемішування здійснюється великими лопатевими мішалками при низьких швидкостях. Також використовують пневматична (повітряне) перемішування в ерліфтних реакторах або гідравлічне перемішування за допомогою зовнішніх насосів в реакторах з виваженою твердою фазою (fluidized bed reactors).
Для запобігання пошкодження клітин бульбашками повітря зменшують обсяг подається газової суміші, використовують поверхневу продування або аерацію через мембрани. При скороченні обсягу газу, що подається необхідно збільшити в ньому концентрацію кисню. Оптимальне забезпечення киснем, азотом, і вуглекислим газом створюється за допомогою систем перемішування газів.
Вирощування тварин клітин можна здійснювати в періодичній (batch), періодичної з підживленням (fed- batch) або безперервної (continuous) культурі.
Через низьку продуктивність, пов'язаної з повільним зростанням, для клітин тварин кращий безперервний процес культивування з утриманням клітин (перфузионная система). Це призводить до більшої щільності культури клітин і більшого контакту з ними середовища, що збільшує продуктивність. Для утримання біомаси та запобігання її винесення з культуральної рідиною використовують різні системи фільтрації, наприклад, роторні або обертові фільтри.
Клітинний ферментер (компанія Bioengineering)
Культивування може бути стаціонарним, стаціонарним з підживленням, а також безперервним. Реактор використовується для культивування суспензії клітин або клітин, іммобілізованих на мікроносіях. Для затримання біомаси при безперервному культивуванні можна використовувати роторні або спіральні фільтри.
Вбудований пристрій пробоотбора забезпечує стерильний відбір контагіозних клітин (наприклад, для виробництва вірусів).
У цих ферментерах перемішування здійснюється потоком повітря, а не лопатою мішалки, забезпечуючи ефективний массоперенос і низькі сили розсічення. Для контролю за циркуляцією рідини встановлюють витяжну трубу, котра спрямовує потік бульбашок по центру. Розподіл газу може здійснюватися за допомогою перфорованих, пористих або гідрофобних трубок. Якщо клітини можуть пошкодитися бульбашками газу, установівают систему безпузирьковой аерації через силіконові трубочки.
Біореактори доступні як лабораторні, так і промислові. Останні мають широку верхню частину, що діє як сепаратор газів.
Культивування може бути стаціонарним, стаціонарним з підживленням або безперервним. Ерліфтні ферментери підходять для культивування суспензій клітин, включаючи клітини комах.
Багато клітини ссавців ростуть тільки будучи прикріпленими до поверхні. Такі опорнозавісімие клітини иммобилизуют на мікроносіях. Якщо носій пористий, клітини можуть рости всередині нього, при цьому вони захищені від раневого стресу, що дозволяє використовувати більш високі швидкості перемішування і продувки в процесі культивування.
Біореактори, які підтримують носії з іммобілізованими клітинами в стані суспензії, називаються реакторами з виваженою твердою фазою (fluidized bed reators).
Зазвичай в цих реакторах є три фази - тверда, рідка і газоподібна. Для безперервного культивування з утриманням біомаси використовується спеціально розроблена система сепарації. Вона складається з різних камер і забезпечує повне затримання частинок при перфузійних процесах. Перемішування досягається за допомогою продувки. Це забезпечує низький рановий стрес і рівномірний массоперенос.
Біореактори з виваженою твердою фазою рекомендуються для клітин на мікроносіях, для клітин, чутливих до раневому стресу, для ув'язнених в капсулу клітин і для продукування цільових метаболітів в довготривалій культурі клітин.
Для опорнозавісімих клітин можна також використовувати біореактор з фіксованою твердої фазою (fixed bed reactor), в якому клітини і їх носії захоплюються в закріплену підкладку. Ця система не потребує сепараційних прийомах для видалення рідкої фази. Раневой стрес і пошкодження клітин бульбашками газу мінімальні.
У процесі культивування через фіксовану підкладку циркулює насичена киснем середовище. Тому довжина підкладки є критичним параметром, оскільки забезпечення культури киснем і живильними речовинами може бути недостатнім. У великих реакторах цю проблему можна вирішити за допомогою радіально поширюється потоку. Понеділок, збагачена продуктами метаболізму, видаляється безперервно або періодично.
У таких реакторах вирощують потребують імобілізація і чутливі до поранення клітини. Система підходить і для довготривалого вирощування культур клітин з продуктами метаболізму.
Мембранний ферментер складається з внутрішньої і зовнішньої камер, які розділені діалізної мембраною. Мембрана забезпечує безпузирьковую продування і затримання біомаси при безперервному культивуванні. За допомогою мембранної технології токсичні (низькомолекулярні) метаболіти видаляються, а (високомолекулярні) з'єднання утримуються у внутрішній камері. Перемішування в кожній з камер здійснюється мішалкою. Середовище і повітря поставляються в зовнішню камеру.
Біореактор сконструйований для безперервного культивування, але може бути також використаний в стаціонарних і стаціонарних з підживленням процесах. також можуть вирощуватися в цьому біореакторі У таких реакторах також можливе вирощування зважених клітин, а також клеткок на мікроносіях.