نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

چکیده

استفاده وسیع سلول­های بنیادی برای کاربردهای درمانی، نیاز به تولید مکرر تعداد زیادی از سلول­ها با خصوصیات مناسب تحت شرایط کنترل شده در بیوراکتورها دارد. در این تحقیق سلول هایU937 به عنوان مدلی از سلول های بنیادی شناور در داخل میکروکپسول های آلژینات-ژلاتین با دانسیته سلولی Cells/ml 106× 5/2 قرار گرفتند. میکروکپسول ها در دو بیوراکتور پرفیوژن با لوپ همزن خارجی و ستونی حبابدار کشت داده شدند. نتایج بدست آمده افزایش 9/0±2/9 سلول ها در راکتور پرفیوژن با همزن خارجی را نشان داد در حالی که به دلیل تنش بالا قادر به رشد مناسب در راکتور ستونی حبابدار نبودند. نتایج بدست آمده، تایید کننده مناسب بودن میکرو کپسول های آلژینات-ژلاتینی جهت تکثیر سلولهای بنیادی در سیستمهای دینامیک می­باشد. برای این منظور بیوراکتور پرفیوژن با لوپ همزن خارجی با کاهش تنش برشی و پخش بهتر اکسیژن، محیط همگن و مناسبتری را برای رشد و تکثیر سلول­ها ایجاد می­نماید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Ex vivo expansion of micro capsulated U937 cells in an external stirred bioreactor

نویسندگان [English]

  • Younes Beygi Khosrowshahi
  • Maryam Hosaini

Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Madani University of Azerbaijan, Tabriz, Iran

چکیده [English]

The wide use of stem cells for therapeutic applications requires frequent production of a large number of cells with proper characteristics under controlled conditions in bioreactors. In this study, U937 cells were introduced as a model of floating stem cells inside alginate-gelatin microcapsules with a cell density of 2.5 × 106 cells/ml. The results showed very good growth of microcapsules inside the flask. Microcapsules were cultured in two different bioreactors with different concentrations of oxygen in two perfusion bioreactors with external stirrer loop (PC-ESCT) and bubble column (B.C). The results showed an increase of 9.2 ± 0.9 in the perfusion reactor with the external stirrer, while due to the high stress they were unable to grow properly in the bubble column reactor. The results confirm the suitability of alginate-gelatin microcapsules for the propagation of stem cells in dynamic systems. The perfusion bioreactor with external loop loops, by reducing the shear stress and better oxygen distribution, creates a homogenous and more suitable environment for growth and proliferation of cells.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bubble Column Bioreactor
  • External Agitator Loop
  • Hematopoietic Stem Cell
  • Microcapsule
  • Perfusion Bioreactor
  • Targeted Propagation

Alizadeh Sardroud HNemati SBaradar Khoshfetrat ANabavinia MBeygi Khosrowshahi Y. (2017) Barium-crosslinked alginate-gelatin microcapsule as a potential platform for stem cell production and modular tissue formation. J Microencapsul. 34 (5):488-497.

Apperley J.M., (1994) Umbilical cord blood progenitor cell transplantation. Bone Marrow Transplant. 14: 187-96.

Carrel, A. (1923) A method for the physiological study of tissues in vitro. J. Ex. Med. 38: 407-418.

Chang, T. M. (1995) Artificial cells with emphasis on bioencapsulation in biotechnology. Biotechn. ann. rev.1: 267-295.

Lewińska, D., Bukowski, J., Kożuchowski, M., Kinasiewicz, A. and Weryński, A. (2008) Electrostatic microencapsulation of living cells. Biocybern. Biomed. Eng. 28: 69-84.

Collins, P.C., Nielsen, L.K., Patel, S.D., Papoutsakis, E.T. and Miller, W.M. (1998b) Characterization of hematopoietic cell expansion, oxygen uptake, and glycolysis in a controlled, stirred-tank bioreactor system. Biotechnol. Prog. 14 (3): 466–472.

Danquah, M.K. (2011) Process challenges relating to hematopoitic stem cell cultivation in bioreactors. Bio. Eng. lab. 38: 761-767.

Eibl, R., Eibl, D., Pörtner, R., Catapano, G. and Czermak, P. (2008) Cell and Tissue Reaction Engineering. Springer. 

King, J.A. and Miler, W.M. (2007) Bioreactor development for stem cell expansion and controlled differentiation. Curr. Opin. Chem. Biol. 11: 394-398.

Meissner, P., Schroder, B., Herfurth, C. and Biselli, M. (1999) Development of a fixed bed bioreactor for the expansion of human hematopoietic progenitor cells. Cytotechnology. 30: 227–234.

Nielson. L.K. (1999) Bioreactors for hematopoietic cell culture. Annu. Rev. Biomed. Eng. 129-159.

Papoutsakis, E.T.  (1991) Fluid-mechanical damage of animal cells in bioreactors. Trends Biotechnol. 9 (12): 427-437.

Tondreau MY., Laterreur V., Gauvin R., Vallières K., Bourget J.M., Lacroix D., Tremblay C., Germain L., Ruel J. and Auger F.A., (2015) Mechanical properties of endothelialized fibroblast-derived vascular scaffolds stimulated in a bioreactor. Acta Biomater. 18:176-85.

Xueliang L.,Guoqiang Z., Xinrui Z., Jingwen Z., Guocheng D., Jian C., (2020) A conceptual air-lift reactor design for large scale animal cell cultivation in the context of in vitro meat production. Chemical Engineering Science., 211(16): 115269.

Zandstra, P.W., Eaves, C.J. and Piret, J.M., (1994) Expansion of hematopoietic progenitor cell populations in stirred suspension bioreactors of normal human bone marrow cells. Biotechnology (NY). 12: 909–914.

Zandstra, P.W., Eaves, C.J. and Piret, J.M., (1997) Cellular determinants affecting the rate of cytokine depletionin cultures of human hematopoietic cells. Biotechnol. Bioeng. 54: 58-6.