Иммобилизованные клетки

Клеточная иммобилизация – это процесс, при котором клетки прикрепляются к какой-либо твердой поверхности или образуют плотные агрегаты. Выделяют четыре метода клеточной иммобилизации: прикрепление, внедрение, включение и агрегацию.

Метод прикрепления объединяет все формы иммобилизации, при которой клетки каким-либо способом прикрепляются к поверхности или твердому носителю. Прикрепление может явиться следствием естественной адгезии или индуцироваться химически. При естественном прикреплении клетки образуют биопленку, толщина которой для животных клеток отвечает их монослою (5-10 мкм), а для микробных клеток достигает нескольких миллиметров. Носителем биопленки может быть плоскостная загрузка реактора или мелкие твердые частицы (диаметром порядка 1 мм), например, кварцевый песок, полимерные гранулы и т.п. В сооружениях биологической очистки, таких как биофильтры и различные биореакторы с твердыми носителями, иммобилизация с образованием биопленок происходит естественным путем.

Внедрение – это заключение клеток внутрь различных пористых материалов, например, кокса, керамзита, пористого стекла, пористых полимеров.

Включение состоит в окружении группы клеток оболочкой типа полупроницаемой мембраны, через которую могут проникать молекулы субстрата и метаболиты.

Агрегация клеток с образованием крупных плотных частиц происходит под действием флокулянтов. Например, в современных анаэробных биореакторах для биологической очистки сточных вод используются клеточные агрегаты в виде плотных биогранул размером 1-2 мм, через слой которых снизу вверх фильтруется вода.

Первым целенаправленным применением иммобилизованных клеток, возможно, было создание Пастером аппарата для получения уксуса, в котором клетки прикреплялись к поверхности деревянной стружки. В настоящее время культивирование иммобилизованных клеток широко применяется в биотехнологии, включая биологическую очистку воды и газа.

Использование иммобилизованных клеток дает ряд существенных преимуществ в сравнении с применением дисперсных клеток:

· иммобилизованные клетки остаются в реакторе непрерывного культивирования при любой скорости разбавления; можно вести непрерывный процесс даже с нерастущими клетками, что невозможно в случае свободновзвешенных клеток;

· легкое разделение клеток и жидкости;

· возможность достижения высокой концентрации клеток и, следовательно, высокой производительности биореактора;

· простота реализации режима идеального вытеснения в реакторе;

· более высокая устойчивость иммобилизованных клеток к неблагоприятным факторам среды.

Наряду с отмеченными преимуществами, использование иммобилизованных клеток может порождать ряд проблем: лимитирование роста по диффузии субстрата внутри клеточного скопления, изменения в метаболизме и физиологии клеток. Кроме того, приготовление иммобилизованных клеток часто дороже, чем свободно суспендированных, так как необходимы специальные носители, а также требуются более сложные реакторы.

Дата добавления: 2014-12-27