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科研进展

用于人造肉生产的生物反应器

用于人造肉生产的生物反应器

  人们对人造肉生产技术的热情,简直像坐了火箭一样噌噌往上涨 —— 毕竟谁不想给地球的蛋白质供应链来个大升级呢?不过这些 “试管肉” 的诞生可没那么简单,得给动物细胞们打造一个五星级的 “育儿房”,温度、营养啥的都得精准调控,不然小家伙们可不乐意好好长。

  这些细胞宝宝们的 “豪宅” 就是各种生物反应器,从爷爷辈的传统款到刚出炉的新款,个个都有自己的看家本领。目前最受宠的是两位 “老大哥”:一个是靠机械臂搅啊搅的搅拌罐反应器,另一个是靠气体鼓泡泡的气升 / 气泡柱生物反应器。只要给它们稍微 “打扮” 一下,调整调整参数,就能交出不错的人造肉成绩单。

  要是把细胞比作要长身体的小朋友,那微载体和支架就是它们的 “健身器材”,没这些家伙帮忙,细胞们可没法好好贴壁长身体。当然还有些 “小众款” 生物反应器也在努力刷存在感,比如中空纤维和填充床反应器,科学家们正天天琢磨着怎么让它们更给力。

  现在流行的一次性技术简直是懒人的福音 —— 不用费劲清洗消毒,操作时间还短,但问题是这家伙用完就扔,塑料垃圾一堆,地球妈妈看了都得皱眉头。

  除了给这些 “细胞豪宅” 挨个拍证件照,咱们还得聊聊它们的 “智能管家”—— 各种仪器和控制系统。总之,这篇文章就是要给大家扒一扒当下人造肉生产的主力反应器们,看看它们各自有啥绝活、啥毛病,以及还有哪些坎儿等着咱们去迈过去。

用于人造肉生产的生物反应器(图1)

  把生物反应器比作细胞们的 “豪华公寓”,那设计这栋楼可真是门技术活 ——毕竟住客们挑得很,尤其是人造肉生产线里的动物细胞,简直是生物界的 “娇贵小公举”。

  这些 “公寓” 的核心任务,说穿了就是给细胞们提供 “衣食住行” 全套服务。根据最终要产出的 “肉品蓝图”,公寓的户型(模型)和装修(设计)得灵活调整:想让细胞们快速繁殖壮大?那就得搞成 “青年公寓” 模式,主打一个空间利用率;要是想让细胞们乖乖分化成肌肉纤维?那就得换成 “主题酒店” 风格,精准调控环境氛围。

  但伺候动物细胞可比招呼细菌、真菌这些 “糙汉子” 麻烦多了。你想啊,人家连细胞壁都没有,简直像没穿盔甲的骑士,稍微有点水流冲击(剪切力)就可能受伤。这就意味着 “公寓” 里的 “新风系统”(搅拌器)得特别温柔,转速稍微没控制好,住客们可能就集体 “罢工” 了。

  更麻烦的是,肉类生产常用的细胞大多是 “黏人精”—— 贴壁依赖性细胞,必须得有 “墙壁”(微载体或支架)才能安家。总不能让它们像浮萍一样在培养液里漂着吧?所以理想的 “公寓” 设计,得自带 “墙纸” 或 “隔断”,方便细胞们抓牢站稳。

  这些小家伙对温度、pH 值的敏感程度,堪比夏天没空调就活不下去的都市青年。就拿 pH 值来说,全靠 CO₂来调节,这玩意儿加少了不行,加多了也不行,比调奶茶甜度还讲究。微生物培养时随随便便应付的操作,到这儿就得改成“精准滴灌” 模式,不然分分钟给你脸色看。

  更头疼的是 “物业检查”—— 想知道细胞们活得好不好、长得壮不壮,可不是件容易事。现在常用的方法是把细胞从 “墙纸” 上刮下来检查,但这操作跟强行把人从睡梦中薅起来查户口似的,很可能让细胞们应激,查出来的结果说不定都是 “装出来的”。

  所以 “公寓” 里的 “监控系统”(传感器)也得升级。除了常规的温度、pH值、溶解氧这些 “基础套餐”,最好再配上细胞活力传感器和溶解 CO₂传感器这些 “豪华配置”。可惜这些高端设备价格不菲,要是生产的是平价人造肉,说不定还没传感器贵,这账可就算不过来了。

  说到底,设计生物反应器就像在玩一场平衡术:既得满足细胞们的 “公主病” 需求,又得考虑生产成本的 “紧箍咒”。从营养供给到物理环境,每一个细节都得拿捏到位。

  这篇文章呀,就像一本 “细胞公寓设计手册”,扒一扒人造肉生产中最常用的几种 “户型”,聊聊它们是怎么被改造成适合这些娇贵细胞的 “专属豪宅”,以及过程中踩过的坑、用过的巧招和还没解决的难题。毕竟,要让细胞们住得舒心,我们才能吃得放心嘛。

  把细胞们比作一群调皮的小家伙,那动物细胞培养和分化这事儿,简直就像在给它们办一场超级复杂的 “夏令营”,而且目前这种 “夏令营” 还不算常见。毕竟要搞定这些小家伙的吃喝拉撒、成长分化,背后的门道可多着呢。不过最近一千年,人类像是突然对这些小家伙产生了浓厚兴趣,开始琢磨牛、鱼、猪、鸡这龙8些动物的细胞,尤其是想通过离体培养搞出人造肉来。你猜怎么着?从动物身上取点样本回来,里面既有能变身的干细胞,也有已经 “定型” 的分化细胞,就像一个混编小分队。在这种情况下,那些只能有限增殖的原代细胞,还有能一直 “活跃” 下去的永生化细胞谱系,都被科学家们翻来覆去地研究了个遍。

  干细胞在这个 “夏令营” 里可受欢迎了,就因为它们有个超能力 —— 能分化成多种细胞,还能形成像肌肉组织那样复杂的结构,简直是细胞界的 “变形金刚”。但想让它们乖乖沿着特定路径分化,那可真是个大难题,就像想让调皮的孩子只按你的剧本演戏一样难。于是有人想了个招,用成体干细胞代替胚胎干细胞。成体干细胞在各种组织里都有,虽然变身能力差点,但胜在来源方便,算是个不错的替代品。说到人造肉的制作,科学家们考虑的细胞类型可不少,肌卫星细胞、成肌细胞、肌细胞(肌管和肌纤维)、脂肪干细胞、脂肪细龙8胞、成纤维细胞,还有诱导性多能干细胞(IPSC),简直像在挑选不同特长的队员。这些细胞个个都有自己的小脾气,对培养基的要求不一样,干湿质量、蛋白质和水分含量有差别,生长速度、贴壁习惯,还有增殖分化的方法也都各有一套。

  增殖和分化这两个阶段,堪称人造肉大规模生产的 “两大关”。先说成细胞增殖,也就是让细胞数量变多的阶段,这还算简单。用半连续或者补料分批的工艺,就像给细胞们不断添粮草,很容易扩大规模。这种方法不仅能让细胞们使劲儿繁殖,还能防着杂菌来捣乱,减少对细胞的折腾。在这个阶段,搅拌罐式生物反应器(STR)简直是 “明星设备”,波浪式生物反应器、固定床和流化床以及气升式和鼓泡塔生物反应器这些 “配角” 也不甘落后。对于大规模培养用于造肉的干细胞来说,生物反应器里的悬浮培养可是重中之重。为啥呢?因为肌肉细胞这小家伙特别讲究,得有地方贴,还得聚在一起才能好好长,就像小孩子得靠着墙、拉着小伙伴才安心。所以为了让细胞们挤挤一堂,要么让它们在微载体上悬浮着,要么让它们抱团形成细胞聚集体。

  每隔两三天给细胞们换一次培养基,它们就能长得密密麻麻,数量噌噌往上涨,就像给它们换了新玩具,玩得更欢了。要是用了微载体,再加点新的微球,能帮细胞们更好地 “搬家” 和 “定居”,避免形成大团块阻碍生长,就像给它们疏通交通一样。有个例子特别有意思,用 1 升的搅拌罐式生物反应器和 SoloHi 塑料微载体,以补料分批的模式,居然产出了 5.053×10⁵个 / 毫升的牛脂肪干细胞,这产量可真不赖。

  到了细胞分化阶段,生物反应器里的微载体或支架就得 “升级改造” 了,因为细胞们经过扩增和特化,数量变得超级多,密度能达到 10⁸-10⁹个 / 毫升,得给它们更宽敞舒适的 “家”。这些支架或微载体就像特制的房子,材料五花八门,动物、植物、微生物来源的都有,甚至还有合成的,作用就是给细胞们当模板,让它们长成肌肉、脂肪和结缔组织。跟单层培养比起来,这种 “房子” 表面积和体积比更大,细胞们能长得更欢、分化得更好。而且这些 “房子” 还得满足低成本、化学物理机械性能好等要求,比如生物相容性好、能移除、能吃、能降解,简直是个 “全能选手”。在人造肉生产里,SoloHill、Cellbind、Cytodex 1、Cytodex-3、Synthemax、Biosilon 这些都是常见的 “房子”,还有实验室玻璃涂层聚合物、聚 - L - 乳酸(PLLA)、聚丙烯(PP)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)和二醋酸纤维素中空纤维等,真是琳琅满目。

  现在还出现了一些 “非主流” 的微载体,比如食品级微载体,科学家们想通过它们改善人造肉的营养和口感,让它更像传统肉类,还能省掉分离细胞的麻烦,真是打得一手好算盘。最近就有个例子,纹理大豆蛋白支架特别给力,居然培育出了三维的牛骨骼肌组织,口感和质地都不错,让人有点期待尝一口呢。中空纤维生物反应器和固定床生物反应器在这个阶段也派上了大用场。听说固定床生物反应器能实现 5.1×10⁸个 / 毫升的高细胞密度,因为它能持续给细胞们供应氧气和营养,还提供了超大的 “活动空间”。中空纤维生物反应器也不甘示弱,通过毛细管内接种和毛细管外灌流的操作,细胞密度能达到 1.0×10⁸个 /毫升,而且还能自动监测控制代谢物浓度,保证营养供应、废物清除和氧气交换,简直是个 “智能管家”。

  分化阶段一开始,就得往培养基里加诱导物质,具体加啥,得看培养的是哪种细胞,就像给不同的孩子开不同的 “成长配方”。这时候通常要减慢培养基的搅拌速度,控制好混合速率,可不能伤到细胞们,它们可脆弱着呢。跟增殖阶段一样,每隔两三天也得换一次培养基,这样才能保证肌肉组织顺利形成。组织灌流生物反应器在这个阶段简直是 “最佳助攻”,它能让培养基在已经形成 3D 结构的组织里持续流动,模拟血管系统,帮细胞们成熟,长成像肉一样的组织。

  在增殖和分化这两个阶段,搅拌速度这个参数简直太重要了,就像调节音乐的音量,得恰到好处。调好了能控制细胞聚集体的大小,还能减少剪切应力对细胞的伤害。研究发现,通常把搅拌速度控制在 60 到 80 转 / 分之间最合适,既能让细胞们好好悬浮着,又不会把它们的聚集体打散。还有那种像波浪一样运动的振荡平台生物反应器,靠空气来驱动,产生的剪切应力小,还能保持均匀性,大规模培养的时候特别好用,甚至能搞到 20000 升以上。有人还用计算流体动力学评估了 300000 升的气升式生物反应器设计,传质条件相当不错,看来满足肉类供应需求有戏。

  另外,生物过程的各种条件也得严格控制,溶氧、二氧化碳、pH 值、温度,一个都不能马虎,这都是为了让细胞们长得好、产量高。动物细胞对氧气的需求可高了,得通过自然或者强制通气让氧气溶在培养基里。研究发现,用补充了 5%氧气的空气来饱和培养基,最能满足细胞们的需求。温度得控制在 37°C 左右,pH 值则要在 7.0-7.5 的中性范围,就像给细胞们提供了恒温恒湿的舒适环境。

  最近,Upside Foods 公司搞出了个厉害的灌流装置技术,能支持细胞增殖和分化,而且还挺省钱。这个系统是专为培养细胞片设计的,里面居然还有个分离器,能从基质中把肉产品回收出来,简直是人造肉生产的 “神器” 啊。

  在生物反应器的大家族里,机械搅拌罐(STR)绝对是 “顶流明星”—— 就像奶茶界的珍珠,不管啥配方都少不了它。这货还有个接地气的名字叫混合反应器,能让微生物和细胞在里面舒舒服服过日子,堪称生物界的 “五星级酒店”。更牛的是,这家伙资历老、家底清,结构原理被研究得透透的,想从小打小闹升级成规模化生产?它比其他反应器更懂 “长大” 的秘诀。

  不管是按批次干活、边补料边生产,还是连轴转不停歇,STR 都能切换自如,活脱脱一个 “万能工具人”。也正因如此,培养哺乳动物细胞时,大家第一个想到的就是它;要做人造肉,那更是非它莫属。有报告为证,在小型 STR 里,牛源细胞已经被成功 “圈养” 过了。

  要说 STR 里的 “核心员工”,那必须是搅拌桨 —— 负责把营养物质拌匀,还得管着反应器里的热量传递,一般得三个涡轮搅拌桨组队上岗。江湖上最常见的有三派:Rushton 搅拌桨、斜叶片搅拌桨和船用叶片搅拌桨,各有各的独门绝技。

  但问题来了,机械搅拌这活儿干得太猛,就会造出高剪切速率的 “恶劣环境”。动物细胞可比微生物娇弱多了,它们没细胞壁当 “铠甲”,经不起这么折腾;要是贴在微载体上,还可能被硬生生 “拽” 下来,搞不好就一命呜呼了。所以培养动物细胞时,选搅拌桨得像挑女婿一样慎重。

  Rushton 搅拌桨属于 “暴脾气”,搅起来那叫一个天翻地覆,主打径向流动,产生的剪切应力也高。这种 “硬汉” 适合对付低粘度的培养基,以及微生物细胞这类皮糙肉厚的家伙。但要做人造肉,用它可能就像用大锤砸豆腐 —— 不太合适。

  不过也有例外,Hu 等人就发现,用 Rushton 搅拌桨时,就算转速飙到 1500rpm,杂交瘤细胞还能活得好好的。原来秘诀是反应器里装了挡板,相当于给细胞加了 “保护罩”。他们还强调,要是没挡板,哪怕转速只有 200rpm,细胞也可能被涡流里的气泡 “炸” 伤。

  更关键的是,剪切应力还会影响干细胞的分化路径,甚至改变最终产品的 “身体素质”。这对人造肉来说可不是小事 —— 毕竟要做出跟真肉口感相似的产品,得同时搞定脂肪细胞和肌肉细胞,而肉的嫩度等机械性能,直接决定了它能不能 “以假乱真”。

  虽然目前关于动物细胞能扛住多大剪切力的研究还没个准数,但有一点是肯定的:肌细胞前体属于 “玻璃心” 体质,特别脆弱。而且它们还喜欢 “黏着”在别的东西上,所以做人造肉时,必须给它们打造一个低剪切速率的 “温柔乡”。

  在 STR 里,想实现温柔搅拌,就得请斜叶片或船用搅拌桨出马。这两位都是 “好好先生”,搅拌起来温文尔雅。尤其是斜叶片,能同时搞定轴向和径向流动,让营养和氧气扩散得更均匀,简直是为动物细胞量身定做的 “金牌保姆”。

  尽管近年来创新型生物反应器系统引起了人们的兴趣,但传统的气动搅拌系统仍然是最熟悉和应用最广泛的生物反应器之一。气动搅拌生物反应器(图1)多年来一直是动物细胞培养领域的研究重点。这种类型的生物反应器通常分为两大类:气泡柱生物反应器和气升式生物反应器。

用于人造肉生产的生物反应器(图2)

  要是把生物反应器比作细胞们的 “豪华公寓”,那气泡柱绝对是其中最有节奏感的一款。这货长得像个圆柱体的大杯子,里头先灌满了细胞们爱喝的 “营养奶茶”,然后从底部没完没了地冒泡泡,活像个永不停歇的迷你喷泉。

  而气升式生物反应器就更讲究了,为了让哺乳动物细胞住得舒服,特意在里头装了个 “隔断”—— 单个内部挡板,把整个空间分成了上下两条通道。一边是让液体往上蹿的 “提升管高速路”,另一边是让液体往下溜的 “下降管滑梯”,细胞们就在这两条道上循环玩耍,别提多惬意了。

  再说说搅拌罐式反应器,这哥们堪称 “小户型专家”,处理 20 立方米以下的 “居住面积” 那叫一个得心应手。它混料均匀,还特省电,简直是居家过日子的一把好手。可一旦要伺候更大规模的细胞群体,气动搅拌生物反应器就该登场了,这大家伙对付 “大别墅” 级别的需求绰绰有余。

  气泡柱和气升系统这俩 “佛系选手” 更绝,浑身没一个能动的零件,安安静静的,既不怎么产热,也不容易弄脏,简直是 “洁癖患者” 的福音。更重要的是,它们能给细胞们提供均匀的 “按摩力度”—— 也就是剪切应力,这在动物细胞反应器的设计里可是头等大事。有了这些优点,细胞们就能在里头 “儿孙满堂”,实现高密度居住不是梦。

  不过,这气动搅拌生物反应器也不是完美无缺,有个老大难问题一直拖着它的后腿。虽说它能提供温柔的 “按摩服务”,但液体表面的气泡一破,麻烦就来了。细胞们就像调皮的小孩,总爱黏在上升的气泡表面 “搭便车”,要么就被气泡带着跑。等气泡跑到反应器顶部 “啪” 一声炸开时,旁边的细胞可就遭殃了,会被一股劲儿狠狠 “揪” 一下。动物细胞本来就长得大,还没个坚硬的 “盔甲”(细胞壁)护身,哪经得住这么折腾?轻则伤筋动骨(生理变化),重则直接 “一命呜呼”。至于伤得多重,就得看细胞们的 “家族遗传”(细胞系)、喝的 “营养奶茶”(培养基)、住的 “环境条件”(操作条件),还有是自由自在地漂着,还是赖在 “微型小床”(微载体)上了。

  还有个事儿得拎出来说说,要是细胞们是住在 “微型小床”(微载体)上的,那气泡就得选小个儿的,不然容易把 “床” 给掀翻了。在高密度的动物细胞 “社区” 里,大家通常都尽量不让气泡瞎晃悠,而是偷偷从反应器顶部的空间给细胞们送氧气,跟搞地下工作似的。这么一来,那些鼓泡轻柔的 STR 反应器就成了香饽饽,备受青睐。不过,专门研究气动搅拌生物反应器在人造肉生产这事儿上的活儿,目前还真没多少人干,妥妥的 “潜力股” 啊。

  实验室里的 “摇摆达人”,那非波浪生物反应器莫属啦 —— 这货还有个接地气的小名,叫摇摆运动生物反应器。它最牛的本事就是一边潇洒摇晃,一边把混合、换气这活儿干得漂漂亮亮,关键是还不会让细胞们被 “剪刀手” 误伤(也就是不会积聚剪切应力)。

  你瞧它这装备(看图 2):一个一次性细胞袋像个小背包,上面插着各种气体和公用设施的 “接口天线”,稳稳趴在带加热功能的 “孵化小舞台” 上。一启动,它就开启波浪式摇摆模式,带着细胞们左右晃悠跳华尔兹,既能让大家舒舒服服混在一起,又能通过反应器顶部的 “透气天窗” 顺顺当当换气。

  更厉害的是新款 “升级版摇摆王”,简直是解锁了运动天赋!比起老款只能沿着固定轨迹摇摆,新款能在 X 轴上尽情平移、在 Y 轴上潇洒旋转,妥妥的 “双自由度运动健将”。这么一来,细胞们的 “物资交换” 效率直接飙升,简直是生物反应界的 “灵活小能手”!

用于人造肉生产的生物反应器(图3)

  把细胞袋比作细胞们的 “豪华公寓”,那它的首要任务就是当好 “物业”——不仅得保证这栋 “公寓楼” 够结实,还得让楼里的 “流体居民” 保持安分守己的惰性。而袋端口嘛,简直就是这栋公寓的 “万能服务中心”:一会儿要接待氧气、pH 值和温度这些 “上门检查的传感器督察员”,一会儿得看管取样阀这个 “物资出口”,还要负责接种和收获管线的 “人员进出”,就连进气出气这种 “通风系统维护” 也得包揽下来。更厉害的是,补充端口就像个 “灵活扩展接口”,能让细胞们按需切换生活模式 —— 不管是批次式的 “定期补给”,补料分批式的 “偶尔加餐”,重复补料分批式的 “循环福利”,还是灌流模式的 “持续供应”,都能轻松 hold 住。

  这套系统在 “安全管理” 和 “无菌卫生” 方面可是出了名的优秀,说起来全靠操作简单这一 “独门秘籍”。而且它脾气好得很,“剪切应力” 这种会打扰细胞生活的 “噪音” 特别小,还能高效搞定 “传质” 这种 “物资配送”工作,所以细胞们在这里住得舒坦,密度自然就高,也难怪会成为哺乳动物细胞系 “扩大家族” 的常用方案。

  不过,要是想靠它来生产人造肉,可能就得面临些挑战了。这 “公寓” 最大也就 500L 的规模,可一旦要扩到 100L 以上,就得投入大量 “人力物力”,还得有足够大的 “地皮”。虽说对于那些大型生物反应器来说,它可能算不上最佳选择,但凭借自身的诸多优点,它依然是个 “宝藏工具”,尤其在 “接种液积累” 和 “放大过程” 这些关键环节,发挥着不可替代的重要作用。

  在人造肉生产中,广泛探索了贴壁依赖性细胞系的培养,涉及使用微载体和支架。值得注意的是,流化床和固定床生物反应器表现出与该技术兼容的特性。

  流化床生物反应器(图3)通常由柱式生物反应器组成,其中流体向上流过微载体床,形成一个悬浮它们的恒定循环回路,诱导流体状行为,同时最大限度地减少氧气和温度梯度的形成。在这种配置下,细胞活力往往保持较高水平;然而,可用的工作体积仍然非常有限,因为在处理大规模生产时,空间异质性会变得更加明显。

用于人造肉生产的生物反应器(图4)

  固定床反应器(图4)在动物细胞培养中得到了充分研究,由于其在低剪切应力环境中具有高细胞密度的潜力,因此前景广阔,通常以灌流模式使用。在这种模式下,细胞被接种在固定基质中,同时培养基不断泵送,确保细胞生长所需的氧气和营养物质的持续供应。

用于人造肉生产的生物反应器(图5)

  这种设计简直是细胞们的 “豪华公寓”—— 多孔支架和纤维就像带超大阳台的户型,表面积和体积的比例高到离谱,细胞们贴墙、增殖、变身(分化)都方便得很,一下子把结构化培养的玩法拓展了不少。更妙的是,这些支架还自带 “恒温恒湿系统”,给细胞们打造的微环境稳如老狗,比临时搭的棚子靠谱多了。

  不过这套 “豪宅” 也有让人头疼的地方:首先得给足 “新风”,灌流率低了可不行;其次房子结构太复杂,营养物质在里面搞不好就形成 “贫富差距”,轴向径向都可能出现浓度梯度,规模一大这问题更明显。最麻烦的是 “搬家” 环节 —— 细胞密度高得像挤地铁,外加各种添加物把路堵得七拐八绕,想把细胞完整 harvest 出来,难度堪比在春运火车上找个座位。目前这类反应器的 “最大户型” 也就 30 升,当个 “细胞种子仓库” 还行,真要搞大规模生产,怕是还得等开发商再扩扩地盘。

  中空纤维生物反应器在灌流模式下也有广泛的应用,与固定床反应器类似,它们可以提供显著的表面积与体积比,从而允许在低剪切环境中实现高细胞密度。

  这些生物反应器由一个圆柱形腔室组成,腔室内堆叠有半透性中空纤维(图5)。在操作过程中,细胞可以在中空纤维内、外表面或两个位置培养,培养基在纤维中循环。这种设置允许营养物质和氧气通过扩散输送到细胞,而代谢物则流出并随后被去除。

用于人造肉生产的生物反应器(图6)

  这种类型的反应器的主要缺点包括规模放大的挑战、单位成本高、常见的膜污染问题、操作困难(例如机械故障)、浓度梯度的可能性以及难以确保完全获取细胞的收集组件。

  有人提出,中空纤维可用于人造肉生产的细胞分化阶段,其中支架设计为可食用,无需与分化细胞分离。一些研究采用中空纤维生物反应器,并利用台式实验数据进行细胞的增殖和分化。

  要说生物制药圈的 “新宠”,大规模一次性技术(SUT)绝对算一个,如今可是混得风生水起,认可度相当高。为啥这么受欢迎呢?你想啊,它能省不少时间和成本,清洁灭菌这茬儿直接免了,从准备到运行的周转时间也大大缩短,操作和验证起来都顺手得很,简直是懒人福音。

  这些预先灭菌的生物反应器,模样还不少,有刚性的也有柔性的塑料培养容器,根据不同需求能切换各种 “工作模式”。一会儿是搅拌罐,一会儿变波浪袋,甚至还能带上灌流模块,活脱脱一个 “变形金刚”。不过,事儿也没那么完美,有些研究发现,一次性生物反应器里的塑料袋不太 “安分”,可能会释放出一些对哺乳动物细胞不友好的东西,妨碍它们生长。这可不得了,工艺产量和最终产品的安全性都会受影响,真是让人头疼。

  那这技术的规模为啥上不去呢?主要是被灭菌方法绊住了脚,特别是伽马射线,它的穿透深度大概就 30 厘米,像个 “近视眼”,看不远。这一下就给 SUT 设了个 2000L 的 “天花板”,所以它大多时候只能在小规模培养里发挥作用,比如种子培养扩增,或者给大型传统生物反应器当 “接种员”。

  SUT 的 “小毛病” 还不止这些。手动拆开单个袋子组装,那时间可不是一点点,手都得拆酸了;而且还有泄漏的风险,说不定啥时候就 “漏水” 了;更麻烦的是,可能会把一些可提取物和可析出物带到最终产品里,用一次性传感器进行仪器测量也受限,总不能随心所欲。另外,一次性物品对环境的影响也得好好掂量掂量。这些塑料废物最后可能去了垃圾填埋场,甚至漂到海洋里。再说了,这些塑料成分五花八门,有日常培养基制备袋、过滤器、软管、传感器等等,还可能被污染,回收起来难上加难,环保这关可不好过啊。

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