Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время культуры животных іспользуются для прогаводства ряда ценных продуктов, в том числе вакцин, іротеолитического фермента урокиназы, моноклональных антител и интер-[іеронов. С помощью культур животных клеток можно также получать лим-|)окины (белки, оказывающие регуляторный эффект на иммунного систему), шогие ферменты, факторы роста, факторы свертывания крови и гормоны.
Культивирование клеток животных является крайне важным и слож-1ым процессом. Из-за повышенной чувствительности клеток животных к інешним условиям необходимо рассмотреть комплекс фгоиологическігх характеристик и особых специфических требований к питательной среде для их :ультивнрования, проблему культивировашія клеток животных в биореакто->ах, особые требования к конструкции биореактора и ведению процесса ;ультивирования.
Хотя при проектировании биореакторов определяющим фактором читается влияние механических сил на культуры клеток животных, до сих юр не проводилось систематического изучения влияния механического воз-(ействия на жизнеспособность, рост и морфологию клеток с тем, чтобы ре-ультаты этих исследований были бы положены в основу іпіженерно-ехнических расчетов. Вместо этого были предложены конструкции аппара-ов и конкретные формы биокатализаторов, обеспечивающие повышение :корости роста клеток, достігжение более высокой плотности клеток в куль-уре и более высокого продукта процесса с участием клеток животных. Хотя іа базе такого чисто эмпирического подхода достипгуты значительные успе-;и, тем не менее, очевидно, что выяснение закономерностей кинетики роста леток животных и их технологических характеристик позволит добиться :ще более существенного прогресса.
Перечисленные выше проблемы требуют исследования процессов культивирования в биореакторе клеток животных в суспензии и на микроносителях.
Цели и задачи исследований. Целью исследований явилось изучение выживаемости клеток животных в суспензии и на микроносителях при культивировании в биореакторах для оптимизации их конструкщш и режимов культивирования.
Научная новизна. В результате проведенной работы с использованием современных методов исследований:
-рассмотрены модели суспензионного культивирования клеток животных;
теоретически обосновано и практически подтверждено наличие гипотетического объема гибели клеток в биореакторе с аэрацией и перемешиванием;
разработана схема цикла клеточного деления, учитывающая гибель клеток в биореакторе, при гидродинамическом воздействии в процессе культивирования;
изучено влияние механического перемешивания (напряжение сдвига, скорость сдвига) на жизнеспособность клеток в биореакторе;
исследовано влияние аэрации на гибель клеток;
исследовано влияшіе концентрации сыворотки в культуральной жидкости на гидродинамические условия культивирована клеток животных в биореакторе;
исследовано влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ) на гидродинамические условия культивирования клеток животных в биореакторе;
исследовано влияние гидродинамических условий на процесс культивирования клеток животных на микроносителях.
Практическая зпачииость. В результате проведенной работы сформированы основные требовшгая к культивированию клеток животных в ореакторе по следующим основным показателям:
теоретически обосновано и практически подтверждено понятие "ги-тетического объема гибели клеток" для оценки и оптимизации конструк-вных соотношений биореактора и режимов его работы при культивирова-и клеток животных;
определены тип биореактора и основные геометрические соотноше-я для суспензионного культивирования с учетом режимов аэрации и перешивання;
определены тип биореактора и основные геометрические соотноше-я для культивирования на микроносителях с учетом режимов аэрации и ремегаивания;
определены режимы суспензионного культивирования и культиви-вания на микроносителях клеток животных с учетом концентрации сыво-гки в культуральной жидкости;
определены режимы суспензионного культивігоования и культиви-вания на микроносителях клеток животных с учетом концентрации по-эхностно-активных веществ (ПАВ) в культуральной жидкости.
Апробация полученных результатов. Основные положения диссер-лш доложены:
- на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной
-летпю института "Научные основы производства ветеринарных биологи-
жих препаратов" 8-9 июня 2000 г., Щелково 2000.
- на Международной научно-практической конференщш "Диагности-
профилактика и меры борьбы с особо опасными, экзотическими и зооан-
шонозными болезнями животных" 15-16 августа 2000г. г. Покров 2000.
- на Семинаре-Презентации инновационных научно-технических про
ектов "Биотехнология - 2000" 25 - 27 сентября 2000 г., Путино - на Оке,
2000.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
понятие "гипотетического объема гибели клеток" как критерий для оценки й оптимизации биореакторов и режимов их работы;
выбор биореактора и оптимизация режимов аэрации и перемешивания при глубинном культивировании клеток животных;
выбор биореактора и оптимизация режимов аэрации и перемешивания при культивировании клеток животных на микроносителях;
выбор биореактора и оптимизация режимов глубинного культивирования и культивирования на микроносителях в зависимости от концентрации сыворотки и ПАВ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста и включает: введение, обзор литературы, собственные исследования, обсуждение, выводы, практические предложения, список отечественной и зарубежной литературы 154 наименований. Материалы диссертации иллюстрированы 7 таблицами, 17 рисунками, приложения.