Ziel einer Kultivierung im Bioreaktor ist es, mit Hilfe von Zellen tierischer/pflanzlicher Herkunft) oder Mikroorganismen (Bakterien/Hefen) ein Produkt herzustellen. Dieses Produkt kann vielfältiger Art sein, es kann sich z.B. um Antikörper für Impfungen oder für diagnostische Zwecke oder um Proteine für den Einsatz in Medikamenten handeln.

Das wichtigste Ziel während einer Kultivierung ist, dass sich die Zellen gut vermehren und dass sie das gewünschte Produkt auch tatsächlich produzieren. In den beiden gezeigten Diagrammen ist ein typischer Kulturverlauf dargestellt. Die Kenngröße für die Sauerstoff (O2)-Versorgung wurde zur besseren Übersicht in beide Diagramme eingebracht.


Wie im ersten Diagramm zu sehen ist, beginnt man die Kultivierung mit einer geringen Zellzahl (lebend und tot), wenig Abfallprodukt (Laktat), geringer Sauerstoffversorgung und hoher Nährstoff(Glukose)-Konzentration. Während der Kultivierungszeit vermehren sich die Zellen, benötigen Sauerstoff und verbrauchen Nährstoffe. Die Anzahl der toten Zellen beträgt in der dargestellten Kultivierung während fast der gesamten Zeit weniger als ein Zehntel der lebenden Zellen, was auf eine gute Zellkultur hinweist. Nach 53 Stunden ist ein weiterer notwendiger Nährstoff (der hier nicht aufgeführt wurde) verbraucht, so dass sich das Zellwachstum deutlich verlangsamt und der Anteil der toten Zellen verstärkt ansteigt. Da die Zellen nicht mehr so schnell wachsen wie vorher, benötigen sich auch nicht mehr so viel Sauerstoff und das Signal für die Sauerstoffversorgung fällt.

Im unteren Diagramm sind die für die optimale Sauerstoffversorgung notwendigen Gasmengen dargestellt. Der Betrieb des Bioreaktors erfolgt mit einer konstanten Gasmenge.


Diese setzt sich zusammen aus: Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2) und Luft. Während des steten Zellwachstums steigt der Sauerstoffbedarf an. Anfänglich wird dies durch eine Erhöhung des Luftstroms bei gleichzeitiger Reduzierung des Stickstoffstroms ermöglicht. Später reicht der in der Luft enthaltene Sauerstoffanteil nicht mehr aus und es muss zusätzlich reiner Sauerstoff in den Bioreaktor eingebracht werden, parallel dazu wird der Anteil der Luft dann wieder reduziert.

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