Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.5. Hệ thốngMicrocarrier
2.5.1. Lý do lựa chọn phương pháp nuôi cấy trên Microcarrier
Các kỹ thuật nuôi cấy tế bào đã trở nên thiết yếu đối với việc nghiên cứu cấu trúc, chức năng cũng như là việc sản xuất nhiều nguyên liệu sinh học quan trọng như vắc xin, enzyme, hormone, kháng thể, interferon và các axit nucleic. Nuôi cấy Microcarrier đã mở ra những khả năng mới và lần đầu tiên được hiện thực bởi việc nuôi cấy các tế bào bám dính năng suất cao ở quy mô lớn.
Phương pháp nuôi cấy trên Microcarrier có các ưu điểm sau: *) Tạo nhiều cơ hội và ứng dụng mới của nuôi cấy tế bào động vật
Microcarriers cung cấp bề mặt thích hợp cho việc phát triển của tế bào động vật hoặc tăng năng suất tế bào từ các dạng nuôi cấy một lớp. Những ứng dụng bao gồm việc sản xuất một lượng lớn tế bào, vi rút và các sản phẩm tế bào, những nghiên cứu về sự biệt hóa và chức năng của tế bào, nuôi cấy với hệ thống môi trường tự động, nghiên cứu hiển vi, thu hoạch các tế bào đang phân chia, phân lập tế bào, nghiên cứu màng tế bào, dự trữ và vận chuyển của tế bào, các phương pháp liên quan tới sự vận chuyển và nghiên cứu việc hấp thụ các hợp chất có đánh dấu (Nilsson & Kjell, 1998).
*) Tăng khả năng sản xuất
Diện tích bề mặt nuôi cấy lớn so với tỷ lệ thể tích được tạo ra bởi hệ thống Microcarrier (ví dụ: 30 cm2 trong 1ml sử dụng 5mg Cytodex 1) tạo ra năng suất tế bào cao mà không cần tới các thiết bị cồng kềnh và phương pháp phức tạp. Đối với một lượng tế bào nhất định hoặc những sản phẩm từ chúng, nuôi cấy Microcarrier cần ít khoảng không gian hơn so với các loại nuôi cấy một lớp khác (Nilsson & Kjell, 1998).
*) Các tế bào tách biệt với sản phẩm tiết
Công nghệ Microcarrier là một phương pháp cho việc duy trì tế bào, phương pháp này có nghĩa là tỷ lệ pha loãng sẽ độc lập với tỷ lệ sinh trưởng của các tế bào. Thứ hai là, bởi vì có ít các tế bào ở trong dòng thu hoạch, quá trình xử lý đầu cuối sẽ trở nên đơn giản hơn. Người ta sẽ chuyển một phần của bước phân loại thành quá trình lên men (Nilsson & Kjell, 1998).
Hình 2.2. Hình ảnh quá trình tế bào tách biệt với sản phẩm tiết
Các hệ thống Microcarrier cho phép kiểm soát các thông số nuôi cấy một cách hoàn hảo (ví dụ: pH, mức độ khí…). Kỹ thuật Microcarrier cung cấp một phương pháp cho sự sinh trưởng của các tế bào bám dính ở trong một hệ thống có tất cả thuận lợi của việc nuôi cấy dạng huyền phù. Việc kiểm soát và lấy mẫu trong nuôi cấy Microcarrier đơn giản hơn so với bất kỳ kỹ thuật khác trong việc tạo ra một số lượng lớn các tế bào bám dính (Nilsson & Kjell, 1998).
*) Sự bảo vệ chống lại stress vật lý và hóa học
Các Microcarriers dạng macroporous bảo vệ các tế bào kháng lại đầu nhọn của máy khuấy, đặc biệt khi sản xuất ở quy mô lớn. Việc sục khí với các vi bong bóng sử dụng oxy tinh khiết cũng có thể thực hiện được do có sự bảo vệ này. Các tế bào có khả năng chịu đựng với nhiều stress hóa học như là lactate, amoni và oxygen nếu chúng được sinh ra ở vi môi trường xung quanh các lỗ (Nilsson & Kjell, 1998).
*) Những yêu cầu được giảm thiểu cho môi trường nuôi cấy
Khi so sánh với các kỹ thuật nuôi tế bào 1 lớp hoặc nuôi huyền phù khác, việc nuôi cấy Microcarrier có khuấy đã tăng năng suất lên tới 100 lần đối với nhiều tế bào trong một thể tích môi trường nuôi nhất định. Năng suất siêu cao đã được báo cáo đối với một phạm vi rộng của các hệ thống bao gồm các tế bào xơ phôi gà, tế bào thận lợn, tế bào cá, tế bào não chuột Hamster Trung Quốc, tế bào sợi người, tế bào thận khỉ sơ cấp và các tế bào sợi chuột đã biến đổi. Sự yêu cầu tối giản đối với môi trường nuôi cấy đã tạo ra một sự tiết kiệm đáng kể trong chi phí nuôi cấy tế bào, đặc biệt khi chất huyết thanh bổ sung đắt như là huyết thanh bào thai bê. Các Microcarrier dạng lỗ đặc biệt cung cấp một vi môi trường hoàn hảo ở đó các tế bào có thể trao đổi những hornome sinh trưởng tự tiết của chính chúng, bởi vậy cho phép môi trường sử dụng không cần bổ sung protein (Nilsson & Kjell, 1998).
*) Những yêu cầu giảm thiểu về phòng Lab
Nuôi cấy Microcarrier cho phép nuôi cấy một số lượng lớn các tế bào trong một thể tích nhỏ (hơn 1011 tế bào/l), sử dụng rất ít các thiết bị nuôi. Ví dụ, một người kỹ thuật có thể xử lý một sản phẩm vắc xin tương đương với 900 bình roller trên một tuần. Việc nuôi cấy Microcarrier có thể đạt năng suất tế bào ngang bằng với 50 chai roller (chai có diện tích 490 cm2) và 1 tới 1,5 ml của các hạt có lỗ có
thể đạt năng suất ngang bằng một chai roller có diện tích 850 cm2. Các quy trình trên Microcarrier đã được đơn giản hóa, giảm nhân lực lao động cần thiết cho việc sản xuất hàng ngày. Các tế bào tách biệt từ môi trường nuôi cấy đơn giản, khi quá trình khuấy dừng lại các tế bào lắng kết dưới sự ảnh hưởng của trọng lực và dịch trong phía trên có thể được loại bỏ. Không giống với các hệ thống nuôi cấy huyền phù tế bào, không cần thiết phải thêm bước ly tâm (Nilsson & Kjell, 1998).
*) Nguy cơ tạp nhiễm thấp
Trong nuôi cấy tế bào, nguy cơ tạp nhiễm có liên quan tới số lượng các bước thao tác (ví dụ: mở và đóng các thiết bị nuôi) để sản xuất một lượng tế bào hoặc một sản phẩm nhất định. Nuôi cấy Microcarrier giảm thiểu số lượng các bước thao tác. Nguy cơ tạp nhiễm được giảm thiểu rất nhiều khi sản xuất một lượng lớn tế bào ở trong một đợt nuôi cấy Microcarrier so với vài trăm bình roller (Nilsson & Kjell, 1998).