Evaluation of a hollow fiber oxygenator for use in bubble—free mammalian cell bioreactors

Authors


Abstract

The oxygen transfer capabilities of a hollow fiber oxygenator for intended use in bubble-free aerated bioreactors have been evaluated experimentally. The oxygenator (480 mL), which is the main component of an artificial heart/lung unit used routinely in cardiopulmonary bypass procedures, was assessed for use in a recycle stream to determine if the oxygen requirements in bubble-free hybridoma cell bioreactors could be supported on a large scale. Oxygen transfer to simulated medium in a 15 L bioreactor was found to depend primarily on the liquid recirculation rate (1 to 5 L/min) and was not seriously affected by the air flowrate in the oxygenator (0.5 to 15 L/min). Based on the experimentally determined mass transfer coefficient across the membrane, it was found that the oxygenator could support a 100 L fermentor at an average cell density of 2xl06 cells/mL with a specific uptake rate of 4.8 mgO2/(109 cells - h).Furthermore, if oxygen enriched air were to be used in the oxygenator, a single unit could support cell densities beyond 8xl06cells/mL in a 100 L working volume fermentor.

Abstract

On a étudié de façon expérimental les capacités de transfert d'oxygène d'un oxygénateur à fibre creuse devant ètre utilisé dans des bioréacteurs aérés sans bulles. L'oxygénateur est l'élément principal d'une unité coeur/poumon artificielle utilisée couramment dans les procédures de pontage cardiopulmonaire. On a évalué l'oxygénateur (480 ml) à des fins d'utilisation dans un courant de recirculation pour déterminer si un tel oxygénateur peut répondre à la demande en oxygène dans des bioréacteurs de cellules hybridomes sans bulles à grande échelle. On a trouvé que le transfert d'oxygène dans un milieu simulé dans un bioréacteur de 15 l était principalement fonction de la vitesse de recirculation du liquide (de 1 à 5 l/min) et qu'il ne dépendait pas trop du débit d'air dans l'oxygenateur (de 0,5 à 15 l/min). À partir du coefficient de transfert de matière déterminé expérimentalement dans la membrane, on a trouvé que l'oxygénateur pouvait convenir à un fermenteur de 100 l à une densité de cellules moyenne de 2 × 106 cellules/ml avec une vitesse d'absorption spédfique de 4,8 mgO2/(109 cellules - h). En outre, si de l'air enriche par l'oxygène est utilisé dans l'oxygénateur, une seule unité pourrait suffire pour des densités de cellules supérieures à 8 × 106 cellules/ml dans un fermenteur de 100 L.

Ancillary