회전식 여과기를 이용한 고농도 동물세포배양의 수학적 해석

Mathematical Analysis of a High Density Animal Cell Culture with a Spin-Filter

회전식 여과기는 일종의 분리기로서 동물세포의 연속배양에 이용되어 높은 세포농도와 그와 비례한 높은 생산성을 가져다 준다. 회전식 여과기를 이용한 세포배양은 여러 인자들에 의해 세포농도의 변화가 결정되는데 이를 수학적으로 modeling하고 수치 모사와 sensitivity analysis를 통하여 조사하였다. 고농도 배양시 암모니아의 축적은 세포 성장을 크게 둔화시키고 최대세포농도도 따라서 낮게 된다. 운전 인자 중 세포유치율은 세포 성장속도와 최대세포농도의 크기에 가장 큰 영향을 끼침이 밝혀졌다. 비배지공급속도는 세포농도의 변화에 거의 영향을 끼치지 않으며 배지의 연속식공급과 계단식공급은 세포성장에 큰 차이를 보이지 않는다.

Spin-filters are used as cell separation devices for achieving high cell density and high productivity in animal cell culture. We have proposed a model for the cell growth in a spin-filter perfusion culture and examined the effects on cell growth by several parameters including ammonia inhibition, specific growth rate, specific feeding rate, and cell retention. Results from computer simulation and sensitivity analysis indicate that the cell retention affects the cell growth mostly while there is a significant inhibition on cell growth by the ammonia accumulated during the culture. The specific feeding rate has minimal effects on cell growth, which is consistant with the fact that the cell growth with a step feeding is quite similar to that with a continuous feeding.