美国FiberCell中空纤维细胞培养系统

FiberCell 公司介绍 美国FiberCell Systems公司由John Cadwell于2000年3月创立。FiberCell系统采用全新的、先进的高过滤速率的纤维，具有更快速物质交换，适合更高密度的细胞/细菌培养，为细胞/细菌提供更类似体内的生长环境。FiberCell公司在欧洲设有制造工厂，并与马里兰大学合作拥有实验室，FiberCell公司还是美国宇航局（NASA）国际空间站细胞培养系统的供应商。

美国FiberCell中空纤维细胞培养系统，为细胞/细菌提供更类似体内（More in-vivo like）的生长环境。

FiberCell 系统工作原理

• 蠕动泵、培养筒、培养基储液瓶通过导管连接构成一个连续流动的体系。

• 中空纤维作用类似于微血管，纤维直径大约200μm，并可选择不同通透率的纤维。

• 培养基流经中空纤维内部，而细胞培养在纤维内或外；在培养的细胞与流动的培养基之间形成一个半透膜的屏障。乳酸、葡萄糖等小分子可以自由穿透纤维。

• 立体几何形纤维适用于贴壁与悬浮细胞培养。

• 细胞生长在中空纤维外时，分泌的产物如单克隆抗体与蛋白质等大分子聚集在小体积的ECS（Extracellular space，纤维管外空间）中，浓度可高于平板或滚瓶培养100倍。

 

FiberCell 系统产品特点

FiberCell系统模拟体内生理循环系统，为细胞提供更类似体内（More in-vivo like）的生长方式，具有其他系统无法比拟的特点。

• 可高密度培养细胞（10⁸个/ml）

• 降低细胞对血清的要求，易于适应无蛋白培养基，例如CDM-HD（FiberCell系统专用血清替代物）

• 可稳定细胞培养系统的pH

• 无需细胞传代，提高细胞活率，减少细胞凋亡

• 单位时间可处理大量细胞（高达10¹¹）

• 细胞可连续培养数月或以上

• 细胞分泌产物的浓度增加10-100倍

• 封闭系统提高生物安全性

• 整个系统体积小巧，可置于标准二氧化碳细胞培养箱进行气体交换

• 操作简便，每次操作仅需15分钟

   

货号：P3202

FiberCell系统双向泵可同时带动两个中空纤维培养筒，体积小，可调节流速，适合放在任何标准大小的培养箱中。

双向泵尺寸：625px×1050px×525px（W x L x H），重量：4.3kg。

小型培养筒(Small Cartridges)

货号：C2025

0.1μm孔径达到最大交换率，纤维膜表面积共2000px²，纤维材质为聚**(PVDF)，利于蛋白质、细胞因子和抗体的附着。适合于在剪切力下培养内皮细胞。

货号：C2025D

截留分子量为20kD，聚砜（polysulfone）材质，纤维膜表面积共11250px²，可用于放大实验前的预实验。

中型培养筒(Medium Cartridges)

货号：C2008

纤维为聚砜材质，截留分子量为 5kD ，适合于贴壁和悬浮细胞系，如CHO，HeLa和293培养，可支持多达109个细胞生长，每天能产生100μg/ mL或更多的重组蛋白。

货号：C2011

纤维为聚砜材质，截留分子量为20 kD，可用于收集单抗或较大重组蛋白，可支持多达10⁹个细胞生长，每天产生1-20 mg重组蛋白，2天产生5-50mg单抗。C2011也是做PKPD的**培养筒。

货号：C5011

与C2011材质相同，但气体交换管长度是C2011的两倍，专为杂交瘤放大培养设计，生产力提高2倍，可收获抗体浓度是C2011的两倍。

货号：C3008

材质为纤维素（Cellulosic）纤维，截留分子量为 5 kD，纤维素纤维对于许多溶剂具有抗性，对某些化合物具有非常低的非特异性结合，适用于PKPD研究。

大型培养筒(Large Cartridges)

货号：C2003/C2018

纤维为聚砜材质，C2003截留分子量为5 kD，用于生产25-100kD之间的重组蛋白，C2018截留分子量为20kD，可用于生产较大重组蛋白（100kD或更大），纤维膜表面积共1.2m²，能支持多达5×1010个细胞生长，可收获ECS体积为60ml，大约5-20mg重组蛋白。

培养筒型号选择

血清替代物 CDM-HD Serum Replacement

特点	优势
化学成分限定	无批次间差异
无蛋白	产物纯化简便
无动物来源	无不明来源支原体与病毒
干粉状	保质期长
4℃储存	储存条件简单

Optimized for Hollow Fiber Bioreactors

• Increased buffering capacity maintains optimum conditions for protein and antibody production.

• No detergents or other cell membrane stabilizing agents that sometimes interfere with assays or precipitations.

• Composition balanced for high density culture.

CDM-HD 血清替代物包含成分	CDM-HD 血清替代物不含成分
氨基酸与代谢物	蛋白
维生素	水解产物
微量元素	不确定试剂
微量营养素	动物来源成分
缓冲能力	类固醇激素与多肽
重组生长因子	酚红
碳水化合物，含1g/L glucose	表面活性剂
所有组分分子量不超过3kd	合成聚合物等高分子量物质

 

Notes:

• CDM-HD will not require any adaptation but is optimized for cells growing at high density. For best results switch to CDM-HD after cells have reached a high density inside the FiberCell^® Systems hollow fiber bioreactor, typically after one week of culture or so.

• CDM-HD does not contain any carbon source. When working with a low glucose medium such as RPMI it is important to supplement the glucose concentration to 4.5 grams per liter.

• CDM-HD is protein free and does not contain any cell attachment factors. When innoculating cells in medium containing CDM-HD add 10% FBS to the cell innoculum only. This will provide the required attachment factors for adherent cells. This is not required for suspension cells though hybridoma cell lines should be treated as adherent cells.

• CDM-HD can be used in other culture systems such as spinner culture and roller culture. For these applications add plurionic F60 or some other cell membrane protecting surfactant.

• CDM-HD is protein free. The secreted protein of interest may be the only significant protein present in your cell culture supernatant. You should re-evaluate your purification protocols as entire steps can sometimes be eliminated, increasing yield. Keep in mind that CDM-HD is protein free and contains no ferritin so the free iron levels will be higher than in standard mediums. Pay attention to any chelating agents that may be part of your buffers or purification protocol.

隐孢子虫培养（Cryptosporidium-culture）

Cryptosporidium Culture

The FiberCell hollow fiber system has been used to construct a long-term human gut model with these features:

• An intestinal epithelial cell layer (HCT-8) cultured on the extra-capillary surface of the fibers with aerobic nutrient supply.

• A separate anaerobic nutrient rich medium to simulate the gut lumen.

• Intestinal epithelial cells differentiate into crypt-villus units covered with microvilli.

• The fiber surface area (2100 cm2) provides efficient nutrient, metabolite and gas exchange between the cell layer and the re-circulating medium.

SEM images of HCT-8 cells cultured in HFBR

Intestinal epithelial cells infected with Cryptosporidium parvum

After 8 weeks of growth, the cartridge was cut open and slices of thin sections of the hollow fibers examined by Scanning Electron Microscopy. The intestinal epithelial cells had differentiated into crypt-villus units with microvilli (MV) covering them.

(A) Proximal end of the cartridge shows many craters (C) in the epithelial cell layer, typical of a C. parvum infection.

(B) Distal end of the cartridge has less epithelial damage and developmental stages are visible assacs covering the villi (DS).

Continuous culture of Cryptosporidium parvum using hollow fiber technology:Morada, M. et al.; Int J Parasitol. 2016 Jan;46(1):21-9

FiberCell系统适用于长期大量收获外泌体，可收获外泌体长达数月。

中空纤维细胞培养系统是干细胞与293细胞等生产外泌体的理想反应器。由于外泌体不能透过纤维，可收获高浓度的外泌体，并且细胞碎片显著降低。外泌体还能长时间持续收获，保持活性不变。

 

使用培养瓶生产外泌体时，需加入血清，因而存在外源外泌体与蛋白杂质，最终产物需要纯化。而细胞在FiberCell系统中培养时，循环培养基中的外泌体不会进入细胞生长的空间，并且该系统也易适用于无血清环境，或使用血清替代物（CDM-HD，FiberCell）培养，从而得到高纯度与高浓度的外泌体，中型培养筒的单次收获相当于200-250个T175 flask。

中空纤维富集的外泌体，纯化后以NTA分析（A）和透射电镜（B）验证其物理特性。相较于平盘培养，中空纤维可以更有效地富集外泌体（C）。

参考文献

Large-scale preparation of extracellular vesicles enriched with specific micro-RNA: Yoo, KW et al. ; Tissue Engineering. 2018 

Scalable, cGMP-compatible purification of extracellular vesicles carrying bioactive human heterodimeric IL-15/lactadherin complexes: Watson,D.C. et al.; J Extracell Vesicles. 2018 Feb 28;7(1) 

Use of a Hollow Fiber Bioreactor to Collect Extracellular Vesicles from Cells in Culture: Yan IK et al.; Methods Mol Biol. 2018;1740:35-41

Clinical Scale Production and Wound Healing Activity of Human Adipose Derived Mesenchymal Stem Cell Extracellular Vesicles from a Hollow Fiber Bioreactor. 

Efficient production and enhanced tumor delivery of engineered extracellular vesicles: Watson DC et al.; Biomaterials 105, 2016: 195-205 

体外PK/PD模型是指借助体外装罝来模拟药物在体内的药代动力学过程和药效动力学的研究方法。与传统的抗菌药物药效学研究方法相比，该模型能够直接体现体内抗菌药物动态变化过程中与细菌或细胞的相互作用，且不受实验动物的限制。

FiberCell系统可以实现单一药物或同时两种药物的体外PK/PD模型， 更精确的监控剂量和代谢状况。