如何在细胞培养过程中准确、实时监控二氧化碳含量？

梅特勒-托利多

2018/08/13

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如何在细胞培养过程中准确、实时监控二氧化碳含量？

在体外培养模型中（比如在生物反应器内），CO2的测量和监控至关重要。在CHO细胞等哺乳动物细胞培养过程中，溶解CO2浓度的理想操作范围通常为5 - 30 %，具体数
值由培养过程和所使用的重组细胞系决定。

溶解CO2浓度过高
生物反应器中的溶解CO2浓度过高，会对细胞培养产生严重的负面影响：有害的代谢变化、生长抑制以及由此导致的生产效率低下。更确切地来讲，它还会改变重组蛋白质
的糖基化模式，尤其是在采用哺乳动物细胞系表达模型时。溶解CO2含量较高时(200 - 250 mmHg)，会成为哺乳动物的细胞毒素。如果没有对其进行快速纠正，会严重影
响到批次的生产效率。

溶解CO2浓度过低
人体内的二氧化碳浓度为5%，体外培养动物细胞时，最低浓度也必须维持在该水平。虽然发生的几率不高，但由于三羧酸循环中天然细胞会产出CO2，溶解CO2含量低（低
于5 %）时会对细胞产生机械应力，也会对过程的生产效率造成负面影响。

那如何控制溶解CO2的浓度呢?

溶解CO2或乳酸累积过多时，通常可采用添加碱性碳化液的方式，将pH水平降低到目标范围内，或者通过注入空气或N2剥离液相中的CO2。根据不同的细胞系、生物反应
器的规格、气体注入方法和工艺技术类型，可以采取不同的控制策略，提高细胞密度。

在线测量的优点

在任何离线或旁线测量时，都有可能会出现取样和测样之间状态不同和时间延迟的问题。使用在线溶解CO2传感器可提供准确、实时的测量。在线检测的数据可用于确定何
时应该添加或去除CO2，不用考虑生物反应器的规格（H/D比例）、喷头设计、剥离所使用的气体类型或细胞系。有报告显示，精确的溶解CO2控制策略可提高细胞生长
率，最高达到30 % 。

METTLER TOLEDO InPro 5000i 溶解CO2传感器

梅特勒-托利多突破技术限制，发明了可在线测量溶解CO2的传感器，应用于从实验室到生产线等不同规模的生物培养过程，开创了市场先河。
InPro 5000i溶解CO2传感器所使用的电位二氧化碳Severinghaus电极与BGA所使用的相同，卫生设计符合消毒灭菌和在位清洗的要求。传感器测量精准、可靠，响应时间
短，不会受到pH变化或代谢物（比如葡萄糖、谷氨酰胺、乳酸和铵）浓度的影响，满足所有生物生产过程工艺的要求。