Culture de cellules souches en bioréacteur

Pour réussir la culture de cellules souches dans un bioréacteur, quelques paramètres critiques du procédé doivent être surveillés de très près et régulés avec précision. Par exemple, le pH, la concentration d’oxygène dissous et la température, mais aussi certains paramètres biochimiques tels que la concentration de nutriments, de métabolites et de facteurs de croissance importants. Pour la culture de cellules souches en bioréacteur, il est également particulièrement important de maintenir la contrainte de cisaillement de l’agitateur et de l’injection de gaz à un niveau minimum afin d’éviter d’endommager les cellules. Cela vaut pour les cultures de cellules souches en suspension et les agrégations cellulaires comme pour les cellules souches sur microporteurs.

Régulation précise de la concentration d’oxygène dissous

Étant donné que la concentration d’oxygène dissous influe sur la différenciation et la division des cellules souches, elle doit être régulée avec une très grande précision. La manière idéale d’y parvenir réside dans une stratégie d’injection de gaz avec de l’air, du N2 et de l’O2, chacun avec son propre régulateur de débit massique. À cet égard, il est important qu’en dépit d’une faible injection de gaz ménageant les cellules, ces dernières disposent de suffisamment d’oxygène, c’est-à-dire que le bioréacteur présente une valeur kLa élevée. En outre, le système doit également inclure une conduite de CO2 pour la régulation du pH ainsi qu’une option pour l’injection de gaz dans l’espace de tête.

Une bonne homogénéisation avec de faibles contraintes de cisaillement

Une bonne homogénéisation est indispensable pour assurer des conditions homogènes dans la cuve. Des temps de mélange brefs réduisent les gradients de concentration nocifs pour les cellules, par exemple de la base ou du milieu nutritif introduits. Les cellules souches étant très sensibles au cisaillement, il est important d’obtenir déjà une bonne homogénéisation à un niveau de puissance peu élevé et en assurant une répartition uniforme de l’énergie. Les bioréacteurs appropriés se distinguent par un agitateur qui ménage les cellules placé dans la bonne position et une géométrie optimale de la cuve.

Surveillance continue des paramètres critiques du procédé

Pour pouvoir cultiver des cellules souches reproductibles, une compréhension détaillée du processus de culture est indispensable. Des capteurs supplémentaires permettent de surveiller en continu les paramètres critiques tels que, par exemple, le redox, l’analyse de l’effluent gazeux, la densité de cellules vivantes ou la biomasse. Un logiciel de bioprocédés permet de calculer en continu d’autres paramètres, tels que le QR, de manière à pouvoir réagir immédiatement et automatiquement à des conditions de procédé changeantes.

Des microporteurs, une solution pour les cellules adhérentes

Les cellules souches, qui ont besoin pour se développer d’une matrice sur laquelle elles peuvent se fixer – appelées cellules adhérentes – sont souvent cultivées dans des bioréacteurs à l’aide de microporteurs. Ces microporteurs sont proposés dans différents matériaux et sont souvent combinés à des filtres rotatifs pour les processus continus. Les microporteurs avec les cellules ne peuvent pas traverser la membrane du filtre ; les cellules sont donc enrichies dans le bioréacteur et du milieu sans cellules peut être recueilli.

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Mohd Razif, Mamat - Responsable de l’administration technique et des opérations, Malaysia Genome Institute

«Les cellules souches étant très sensibles au cisaillement, il est important d’obtenir déjà une bonne homogénéisation à un niveau de puissance peu élevé.»

Kulwant Kandra — Chef de produit

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