Optimiser la croissance cellulaire avec un agitateur biologique
Depuis des décennies, l’agitation est utilisée pour cultiver une variété de cellules, notamment des bactéries, des champignons et des cellules végétales et animales en suspension. Cette agitation contribue à augmenter la disponibilité des nutriments et à améliorer le transfert d’oxygène, ce qui permet d’obtenir des rendements cellulaires plus élevés qu’en incubation statique.
Les agitateurs biologiques permettent d’automatiser et de standardiser cette tâche. Ils constituent un choix facile à utiliser et peu coûteux pour les applications de base comme le criblage d’organismes, la conception de milieux, la préparation d’inoculums et le développement précoce de procédés. Il est difficile d’imaginer un laboratoire de biotechnologie qui n’utilise pas d’agitateurs, mais comment en tirer le meilleur parti?
Voici quelques éléments à prendre en compte lorsque vous utilisez un agitateur pour cultiver des cellules.
Modes d’agitation
Vous pouvez choisir entre trois types d’agitation différents : le balancement, l’agitation linéaire et l’agitation orbitale. Bien que ces mouvements diffèrent, ils sont réalisés de manière similaire : le liquide contenu dans un récipient est placé sur une plate-forme qui se déplace d’une manière particulière, ce qui agite le liquide.
Les agitateurs à bascule bougent dans un mouvement de balancier bidimensionnel ou tridimensionnel autour d’un point central. Ce mouvement crée un processus de mélange semblable à une vague qui est généralement utilisé pour les procédures de mélange et d’incubation en douceur, y compris l’extraction de l’ADN, la coloration et la décoloration, et le lavage des buvards et des gels. Pour la culture des cellules, vous pouvez même trouver des dispositifs de basculement spécialement conçus qui permettent de cultiver des cellules de mammifères dans des sacs à usage unique.
Les agitateurs linéaires, également appelés agitateurs à mouvement alternatif, déplacent le liquide d’avant en arrière dans un seul plan. Ces agitateurs ont largement disparu des laboratoires de culture cellulaire en raison de leur principal inconvénient : En accélérant, les agitateurs linéaires peuvent provoquer des éruptions imprévisibles de type geyser qui peuvent mouiller la fermeture du flacon, contaminant potentiellement l’échantillon et diminuant l’aération.
Les agitateurs orbitaux sont le choix le plus courant pour l’expansion cellulaire. Ces agitateurs font tourner la plate-forme dans un mouvement circulaire, créant ainsi un modèle de « tourbillon » constant. Ils sont disponibles avec une variété d’options pour des besoins de culture spécifiques, tels que le contrôle de la température, l’éclairage photosynthétique et le contrôle du CO2.
Vitesse d’agitation
L’agitation améliore non seulement le transfert d’oxygène mais maintient également des conditions homogènes dans le milieu grâce à un mélange continu. En général, des vitesses d’agitation plus élevées (ainsi que des orbites plus grandes) augmentent la surface d’échange de gaz, ce qui permet une meilleure aération et des rendements plus élevés.
Cependant, les vitesses plus élevées entraînent également des forces de cisaillement qui peuvent avoir une influence négative sur les micro-organismes, entraînant potentiellement des changements de morphologie, des variations de croissance, voire la mort des cellules. Si les cellules de bactéries et de levures peuvent supporter et même bénéficier de vitesses plus élevées, les cellules de mammifères sont plus sensibles et nécessitent des vitesses d’agitation plus faibles.
Mesures OTR dans un agitateur avec différentes vitesses de réglage dans un agitateur à orbite de 25 vs 50 mm. Les résultats indiqués sont la moyenne d’expériences dupliquées (test interne, Eppendorf, 2017)
Orbite d’agitation
Les agitateurs orbitaux ont des diamètres courants de 19, 25 et 50 mm. En règle générale, les orbites de 19 et 25 mm sont toujours le standard en microbiologie.
Les orbites plus grandes peuvent augmenter la surface des échantillons à des vitesses de 150 tr/min et moins, et sont donc utiles pour travailler avec des cellules sensibles aux forces de cisaillement. Les orbites plus grandes sont également le meilleur choix pour travailler avec des récipients de plus de deux litres et des récipients larges comme les flacons de Fernbach.
Mais des orbites plus grandes et des vitesses plus élevées n’entraînent pas toujours des taux de croissance plus élevés. La conception du flacon, le matériau du flacon et le volume de remplissage sont également des éléments importants à prendre en compte.
Conception des flacons
Introduits au début du siècle dernier, les flacons à agitation présentent de nombreux avantages. Ils sont disponibles dans une large gamme de tailles allant de 25 ml à 5 L, ce qui les rend applicables à une variété d’expériences allant du criblage et de l’expansion à la conception de milieux et au développement précoce de processus. De plus, ils sont abordables et adaptés à la culture de bactéries, de levures, de champignons et de cellules végétales et animales en suspension.
Les flacons Erlenmeyer typiques ont un corps conique, une base plus large et un col cylindrique. Cependant, des modèles spécialisés peuvent améliorer encore l’échange gazeux : Les flacons Fernbach ont des bases plus larges qui offrent une grande surface pour le transfert d’oxygène, et les flacons Eppendorf Ultra Yield et Optimum Growth ont des formes optimisées qui maximisent le rapport surface/volume.
Verre ou plastique
Les flacons en verre et en plastique ont tous deux leurs avantages. Pour la plupart des applications classiques de microbiologie, les flacons Erlenmeyer en verre autoclavables constituent un choix durable et réutilisable. Mais lorsque la contamination est importante, comme dans le cas de la production ou de la manipulation de cultures sensibles, les flacons stériles, à usage unique et jetables, munis de bouchons ventilés avec filtre de 0,2 µm, sont les plus pratiques et les plus sûrs.
Volumes de remplissage
Les volumes de remplissage les plus faibles sont les meilleurs pour les cultures qui ont un plus grand besoin d’aération. En utilisant un pourcentage plus faible du volume total d’un récipient, vous pouvez créer une plus grande surface d’échange gazeux, ce qui permet d’obtenir un meilleur rendement cellulaire.
En règle générale, il ne faut pas dépasser 20 % de la capacité nominale du flacon pour les cultures microbiennes. Pour un transfert d’oxygène maximal, réduisez le volume de remplissage à 10 % seulement et augmentez la vitesse de rotation autant que vos cellules peuvent le supporter avant de succomber aux forces de cisaillement.
Pour les cultures de mammifères sensibles aux forces de cisaillement, choisissez un volume de remplissage entre 30 et 40 % et une vitesse d’agitation ne dépassant pas 150 tr/min.
L’héritage d’Eppendorf
Tout a commencé en 1946 avec l’introduction du tout premier agitateur orbital par New Brunswick Scientific. Eppendorf a poursuivi cette tradition d’innovation et de fiabilité en introduisant également de nouvelles technologies. Fabriqués avec la qualité supérieure Eppendorf, les agitateurs de laboratoire New Brunswick continuent à occuper une position de leader sur pratiquement tous les marchés mondiaux.
