1. Prodotto target Il tipo di prodotto target determinerà la strategia di ottimizzazione media.
Per una rapida generazione del numero cellulare, il tasso di crescita cellulare e la vitalità cellulare sono fondamentali. Pertanto, il mezzo di coltura cellulare dovrebbe supportare la massima crescita cellulare e mantenere la vitalità cellulare all'aumentare della densità cellulare. Per la produzione del virus, non solo è necessaria un'elevata densità cellulare, ma anche nutrienti sufficienti devono essere mantenuti nel terreno di coltura dopo l'infezione per supportare la replicazione virale, ad esempio il terreno DMEM ad alto contenuto di glucosio per le cellule Lenti-X 293T. Per la produzione di proteine ricombinanti è necessaria un'elevata densità cellulare. Tuttavia, i nutrienti per la crescita cellulare possono competere con i nutrienti per la produzione di proteine. Pertanto, è molto importante determinare attentamente la densità cellulare massima che un dato mezzo di coltura può mantenere per soddisfare il livello di produttività desiderato. Inoltre, è molto importante che le modifiche al terreno di coltura durante il processo di ottimizzazione non influenzino la qualità del prodotto.
2. Le linee cellulari utilizzate Linee cellulari diverse hanno fabbisogni nutrizionali diversi a causa delle differenze metaboliche, che determinano il metodo di ottimizzazione del terreno di coltura.
Le linee cellulari più comunemente utilizzate nel settore biotecnologico includono cellule CHO, cellule BHK{{0}}, cellule di ibridoma, cellule di mieloma e fibroblasti diploidi normali. Alcune linee cellulari hanno esigenze nutrizionali specifiche, come le cellule di mieloma NS0 che richiedono colesterolo. I fibroblasti diploidi normali richiedono fattori di attacco per attaccarsi ed espandersi sulla superficie. Crescono a densità inferiori e quindi non richiedono elevate concentrazioni di nutrienti. Le linee cellulari di ibridomi sono spesso fortemente dipendenti dalla glutammina. Di solito non hanno un periodo stabile dopo aver raggiunto il picco di densità cellulare, e quindi il tasso di sopravvivenza diminuisce rapidamente. Pertanto, l'ottimizzazione del mezzo di coltura può mantenere il tasso di sopravvivenza e aumentare la produzione di anticorpi monoclonali.
3. Processo di produzione La modalità del flusso del processo non influenzerà solo la scelta del terreno di coltura cellulare, ma anche il metodo di ottimizzazione. I diversi flussi di processo utilizzati includono.
1. La coltura batch utilizza un singolo terreno di coltura per mantenere la crescita e la produzione cellulare. Pertanto, il terreno di coltura dovrebbe essere ricco di sostanze nutritive ma rimanere entro i limiti fisiologici delle cellule.
2. Coltura Fed-batch Nel processo di coltura cellulare, vengono utilizzati vari tipi di terreni di coltura in base alle diverse fasi del processo. Il mezzo di crescita dovrebbe essere progettato per avere basse concentrazioni di nutrienti quando la densità cellulare è bassa al momento dell'inoculazione, ma per mantenere elevati tassi di crescita cellulare durante l'espansione della coltura e le fasi iniziali della produzione. Quando la coltura entra nella fase di produzione, viene aggiunto mangime ad alta concentrazione.
3. Coltura di perfusione Il processo di perfusione estende il tempo di coltura fornendo continuamente nutrienti freschi alle cellule rimuovendo i liquidi di scarto e i metaboliti. Al contrario, i processi di coltura batch e di coltura fed-batch non presentano questo vantaggio. I principali vantaggi della tecnologia di perfusione includono la progettazione compatta del processo, la flessibilità, l’aumento della produttività, il miglioramento della resa e la costanza della qualità del prodotto, ma ci sono anche problemi di difficoltà nello scale-up e costi più elevati.