Оснащение культуральной лаборатории

Лабораторные термостаты

К термостатам, используемым в лаборатории выращивания клеток предъявляется ряд особых требований. Они должны обеспечивать высокую стабильность поддержания температуры, иметь минимальный градиент температуры по объему, обладать системой быстрого набора температуры после кратковременного открывания, внутренний объем термостата должен изготавливаться из биологически инертных материалов не влияющих на жизнедеятельность клеток. Материалы, используемые для внутренних и внешних поверностей должны позволять деконтаминацию водными растворами спирта и стерилизацию ультрафиолетовым излучением.

Термостаты подразделяются на жидкостные и воздушные. В жидкостных в качестве теплоносителем является дистиллированная вода, в ванну с которой и помещаются емкости с питательной средой. Плюсом в таких термостатах является малое значение градиента температуры внутри камеры, минусом – большая тепловая инерция и, вследствие последней, большое время охлаждения и вхождения в рабочий режим. В воздушных термостатах теплоносителем является воздух.

СО2-инкубаторы

Для сохранения постоянного pH в питательной среде и предотвращения ее испарения в период инкубации клеток разработаны инкубаторы, отличающиеся от термостатов тем, что они имеют  систему поддержания состава газовой среды и высокой влажности внутри рабочей камеры. В инкубаторе создается повышенная концентрация кислорода и углекислого газа, величина которой зависит от условий культивирования и поддерживается постоянной. Заданный состав газовой смеси внутри камеры при помощи поступления газа в поток очищенного внешнего воздуха, который подается во внутренний объем инкубатора. В газо-проточных инкубаторах подача газовой смеси происходит непрерывно, а точный состав и процентное содержание достигается при помощи изменения скорости потока.

Аэраторы

Для снабжения культуральной среды кислородом - используют воздух, либо воздух, обогащенный кислородом, реже - чистый кислород. Анаэробные процессы, зависят от газообразных субстратов и требуют отвода газообразных продуктов жизнедеятельности. Аэраторы – основной пример функционирующих систем газоснабжения и газоотвода.

Лабораторные шейкеры

Большое значение в оснащении лаборатории культивирования клеток имеют приборы, которые могут обеспечить принудительное перемешивание питательных сред с помещенными в них клеточными культурами, обеспечивая улучшенный газообмен и тем самым повышая эффективность культивирования. Большинство моделей лабораторных встряхивателей позволяет производить перемешивание в одном режиме – вращательном или возвратно-поступательном. Роллерные установки – применяются для выращивания клеток в цилиндрических сосудах из боросиликатного стекла с небольшим количеством питательной среды, вращающихся в горизонтальном положении со скоростью 8 оборотов/мин, обеспечивая постоянное перемешивание и интенсивный рост клеток. Для повышения эффективности культивирования установки обеспечивают системой, дающей возможность заменять питательную среду и удалять супернатант без остановки вращения. Для этого сосуды снабжаются специальными перфузионными пробками, в которых центральная часть вращается независимо от периферийной. В эту часть пробки вводятся трубки для смены питательной среды, удаления супернатанта и введения инокулята. В состав данной системы также входят перистальтические насосы и блок автоматики, регулирующий их работу.

Лабораторные ферментеры (биореакторы)

Это комплексы приборов и аппаратов для массового суспензионного или глубинного культивирования клеточных и бактериальных культур. В лабораторной практике ферментеры применяются для ведения научно- исследовательских работ или отработки технологии массового культивирования.

В общем случае ферментер состоит из культивационного сосуда, насосов и соединительных трубопроводов (для подачи питательной среды, газов, инокулята и отбора продукта), измерительных приборов и регуляторов, управляющих температурой среды в сосуде, ее рН, окислительно-восстановительным потенциалом и другими параметрами.

В лабораторной практике наиболее часто применяются ферментеры с емкостью сосудов от 1 до 20 л, для отработки технологий – от 30 до 400 л. Во всех случаях питательной средой заполняется не более 75 % объема сосуда.

Части ферментеров, контактирующие с питательной средой изготавливаются из биологически пассивных, химически стойких материалов, позволяющих производить стерилизацию насыщенным водяным паром (качественная нержавеющая сталь, фторопласт, боросиликатное стекло, силиконовая резина).

Сосуды ферментеров имеют цилиндрическую (реже коническую) форму. В них размещены датчики температуры, рН, кислорода, а также система для аэрации питательной среды, производимой барботированием газов (подача газов снизу через барботер) через питательную среду или сочетанием продувки газов с механическим перемешиванием среды. При использовании механических мешалок их соединение с приводным двигателем производится при помощи магнитных муфт, что снижает риск загрязнения питательной среды. Помимо механического и пневматического перемешивания используются также системы циркуляционного (гидродинамического) перемешивания направленным током жидкости по замкнутому контуру при помощи насосов.

Культуральная посуда из стекла

Хотя в последние годы широко применяется одноразовая пластиковая посуда, посуда из стекла не утратила своего значения благодаря ряду преимуществ: хорошие адгезионные свойства поверхности, способствующие прикреплению клеток; многократность использования; биологическая инертность стекла ряда составов; термостойкость и другие. Кроме того, в экспериментах с контролируемым уровнем кислорода необходимо пользоваться именно стеклянной посудой, т. к. в пластике кислород может растворяться. Помимо этого из пластика могут экстрагироваться водорастворимые органические соединения.

Для стеклянной лабораторной и культуральной посуды на практике в основном применяются два типа составов – многощелочное и малощелочное боросиликатное стекло типа. Щелочесодержащие силикатные стекла имеют недостаточную термостойкость и химическую устойчивость к воде, кислотам и щелочам. Алюмоборосиликатные малощелочные стекла типа «Пирекс» характеризуются высокой устойчивостью к воде, устойчивостью к щелочным растворам и ко всем кислотам, за исключением плавиковой (фтористоводородной) и горячей фосфорной. Кроме того, стекла типа «Пирекс» обладают хорошими оптическими свойствами.

Существует также группа макропористых стекол, которые не используются для изготовления посуды, но применяются при культивировании клеток в качестве микроносителей.

Однако успех в эксперименте обеспечивается не только качеством стекла, но и степенью подготовки лабораторной посуды. Посуда для культивирования должна быть чистой физически, химически и бактериологически.

Культуральный лабораторный пластик

Пластиковая лабораторная посуда в отдельных случаях более пригодна, чем стеклянная, из-за характерных особенностей некоторых клеточных линий. Такая посуда проста в использовании, так как она выпускается в стерильном, готовом к работе виде. Стерилизация производится в процессе изготовления физическими или химическими способами. Пластиковая посуда производится в двух модификациях: для культивирования микроорганизмов и для культивирования клеток. Такое разделение вызвано тем, что культивируемые клетки в отличие от бактериальных клеток находятся в непосредственном контакте с поверхностью сосуда, которая является для них субстратом. Клетки оседают на этой поверхности, прикрепляются и распластываются. Для улучшения адгезионных свойств поверхности из полистирола ее подвергают специальной обработке, в то время как биологическая посуда не обрабатывается.

Таким образом, одним из первых условий успешного культивирования клеток является хороший субстрат, т. е. посуда, обеспечивающая максимальную адгезию, распластывание и, следовательно, рост.