CC BY
86
УДК 573.088.6
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ УСТАНОВОК ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МУЛЬТИПОТЕНТНЫХ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ
КЛЕТОК (ММСК)
Е.Б. Петров, кандидат сельскохозяйственных наук
В.В. Миронов, доктор технических наук
В.Ю. Сидорова, доктор сельскохозяйственных наук
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: vniimzh@mail.ru
Аннотация. В основе технологии получения мяса in vitro лежит способность мультипотентных мезен-химальных стволовых клеток (ММСК) дифференцироваться в клетки мышечной ткани. Техническим средством для реализации технологического процесса является биореактор. Различают биореакторы с механическим или пневматическим перемешиванием. Наиболее близким для реализации технологического процесса культивирования ММСК предлагается пневматический биореактор, так как отсутствие механической мешалки снижает риск ряда нежелательных факторов: травмирование клеток и проникновения в биореактор посторонних микроорганизмов. В пневматических биореакторах в культуральной среде не возникает сильных сдвигов слоев жидкости. Эрлифтные биореакторы наилучшим образом подходят в случае суспензий микроорганизмов с большой плотностью. Перемешивание в них более эффективно и проблема слипания пузырьков не столь велика в сравнении с барботажными колоннами. При совершенствовании существующих и разработке новых конструкций биореакторов для культивирования ММСК необходимо учитывать следующие требования: во-первых, созданные условия аэрации и перемешивания культуральной жидкости должны способствовать сохранению физических межклеточных связей и не допускать повреждений морфологической структуры клеток, а во-вторых, необходимо предусмотреть максимальное обеспечение клеток и вымывание продуктов метаболизма из клеточного окружения, причем вытеснение отработанных газов из газовой полости биореакторной емкости должно препятствовать накоплению токсичных газов - отходов дыхания клеток и оптимизировать аэрацию растущих клеток в приповерхностном слое культуральной жидкости. Соблюдение данных требований позволит существенно повысить производительность биореактора и качество целевых продуктов. Ключевые слова: биореактор, мясо in-vitro, ММСК, аэрация, мешалка, барботажная колонна, эрлифтный реактор.
Прогнозом научно-технологического развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2030 года определено, что экстенсивный путь развития животноводства в мире близок к исчерпанию в связи с нехваткой сельскохозяйственных угодий, большими выбросами парниковых газов (14,5% от общей антропогенной эмиссии) и других загрязняющих веществ, санитарно-эпидемиологическими рисками. При этом существует острая потребность в увеличении производства животноводческой продукции для обеспечения растущего населения Земли животными продуктами высокого качества и питательной ценности.
Ответом на эти вызовы является крупномасштабное индустриальное животноводство замкнутого цикла, отличающееся меньшим, при соблюдении технологий, воздействием на окружающую среду и одновременно значительно более высокой экономической эффективностью. Такие способы производства зачастую критикуются общественными организациями и группами активистов с позиций этики обращения с животными. Защитники животных выступают против интенсивных методов, поскольку скот и птица зачастую содержатся в замкнутых, с отсутствием дневного света помещениях, с ограничением подвижности, использованием
травмирующих практик, направленных на увеличение конверсии кормов и привеса.
Зарождающимся трендом в сфере новых гуманных технологий животноводства и индустриального животноводства, как такового, является развитие технологий выращивания животных тканей в искусственных средах, так называемый «бифштекс из пробирки». Пока эти технологии далеки от коммерциализации, но соответствующие стартапы уже привлекают десятки миллионов долларов венчурного капитала, и ожидается их выход на уровень готовности к коммерческому использованию в течение ближайшего десятилетия [1].
В основе данной технологии лежит способность стволовой клетки (СК) к самообновлению и дифференцировке в специализированные ткани. Разновидностью стволовых клеток являются мультипотентные мезенхи-мальные стволовые клетки (ММСК), которые способны дифференцироваться в том числе в клетки мышечной ткани.
Техническим средством для реализации технологического процесса получения мяса in vitro является биореактор, назначение которого - создание оптимальных условий для жизнедеятельности культивируемых в нем клеток, а именно - обеспечение дыхания, подвод питания и отвод метаболитов путем обновления газовой и жидкой составляющих в биореакторе. При этом нежелательно подвергать клетки механическому воздействию.
Целью настоящих исследований являлось проведение сравнительного анализа существующих изобретений установок для культивирования клеток ММСК на основе литературно-патентного поиска.
Все биореакторы можно отнести к одному из двух основных типов:
- реакторы с механическим перемешиванием;
- реакторы с пневматическим перемешиванием (барботажные колонны, эрлифтные реакторы).
В настоящее время в промышленности чаще всего используются биореакторы первого типа, но появляется интерес и к эрлифт-
ным биореакторам. Механическое перемешивание обеспечивается с помощью механической мешалки, а в эрлифтных биореакторах для аэрации и перемешивания используют газ (обычно воздух), который подается под давлением через разбрызгиватель в дне сосуда. При этом во всем объеме происходит непрерывная циркуляция жидкой среды. Барботажные колонны сходны с эрлифт-ными реакторами, но их недостатком является отсутствие циркуляции культуральной среды.
Для обеспечения стерильности, постоянства рН, температуры и других параметров используют разные способы в зависимости от конструкции биореактора. Для синтеза ре-комбинантных белков применяют двухступенчатые процессы ферментации, осуществляемые в тандемных эрлифтных биореакторах или в одном реакторе с механическим перемешиванием.
Известна конструкция биореактора для культивирования животных клеток фирмы Bioengineering с автоклавируемым стеклянным сосудом, который применяется для культивирования с подпиткой или непрерывного культивирования клеток млекопитающих [2]. Биореакторы оснащены разными устройствами аэрации и перемешивания рабочих сред, работа которых позволяет культивировать клетки животных в суспензионной культуре.
Биореактор представляет собой емкость с мешалкой (рис. 1). Для минимизации стресса при ранении перемешивание осуществляется либо мешалкой подъемного типа, либо мешалкой толкающего типа. Пределы регулировки - 20-200 мин-1. Механическая мешалка приводится в движение магнитным приводом, расположенным в нижней части. Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой, а также непрерывным благодаря наличию тензодатчиков. Биореактор используется для культивирования взвеси клеток или клеток, иммобилизованных на микроносителях. Для задержания биомассы при непрерывном культивировании используют роторные или спиральные фильтры.
Рис. 1. BLBIO-XGCC. Клеточный биореактор фирмы Bioengineering с магнитной мешалкой и стеклянным сосудом
Биореактор выполнен из нержавеющей стали марки 316L и боросиликатного стекла.
Культивирование животных клеток в суспензионной культуре не лишено многих недостатков, например:
- культивирование клеток сопровождается малой скоростью роста при низкой концентрации клеток, что требует применения дополнительных устройств для выделения клеточной массы из отработанной жидкости и утилизацию больших объемов фильтрата, содержащего как неиспользованные дорогие компоненты питательной среды, так и токсичные метаболиты, что существенно повышает себестоимость целевых продуктов;
- для выделения выращенной биомассы из отработанной жидкости в биореакторе применяют роторные или спиральные фильтры, что повышает опасность бактериального загрязнения получаемых продуктов;
- клетки после фильтрации необходимо очищать от низкомолекулярных веществ, а фильтры подвергать тщательной промывке и стерилизации для инактивации патогенных микроорганизмов, что также повышает себестоимость целевых продуктов и способствует загрязнению окружающей среды производственными отходами;
- использование микроносителей при культивировании опорозависимых клеток в суспензионной культуре не только усложня-
ет технологию выделения целевых продуктов, но и существенно снижает асептическую надежность производственного процесса.
Известен «мембранный биореактор», снабженный внутренней и внешней камерами, разделенными диализной мембраной. Мембрана обеспечивает беспузырьковую аэрацию и задержание биомассы при непрерывном культивировании клеток. С помощью мембраны токсические, низкомолекулярные метаболиты удаляются, а высокомолекулярные соединения удерживаются во внутренней камере. Перемешивание в каждой камере осуществляется мешалкой. Питательная среда и воздух поставляются во внешнюю камеру. Биореактор может использоваться для выращивания клеток животных как в суспензии, так и закрепленных на микроносителях.
В мембранном биореакторе для концентрирования клеток вместо роторных и спиральных фильтров используют диализную мембрану. Мембрана в процессе культивирования неподвижна и подвержена закреплению растущих клеток на ее поверхности. При толщине слоя клеточной биомассы более 1 мм клетки, соприкасающиеся с мембраной, имеют лимит по углеводному питанию, а клетки приповерхностного слоя - лимит по питающим газам, что существенно снижает производительность биореактора и качество продуктов ферментации. Для перемешивания клеточных суспензий в ферментационной камере применяют мешалку, работа которой сопровождается ударными нагрузками на клетки, что ограничивает использование биологических продуцентов и исключает культивирование эукариотиче-ских клеток.
Известна установка для культивирования клеток или микроорганизмов (рис. 2), содержащая камеру, представляющую собой эластичную емкость, размещенную на жестком каркасе и разделенную на питательный, ростовой и накопительный отсеки [3]. В ростовом отсеке расположен материал для иммобилизации клеток, накопительный отсек выполнен с возможностью независимого газо-
обмена, а жесткий каркас имеет два излома, размещенные между отсеками, и установлен с возможностью изменения угла наклона к горизонту от 0° до 45°. Части каркаса под накопительным и ростовым отсеками снабжены вибраторами.
Рис. 2. Установка для культивирования клеток или микроорганизмов: 1 - эластичная емкость; 2, 3, 4 - ростовой, питательный, накопительный отсеки; 5 -внешние зажимы; 6 - материал для иммобилизации клеток; 7 - каркас емкости; 8 - шарнир; 9 - механизм
перемещения; 10, 11 - устройства (штуцеры) для аэрации и стерилизации отсека; 12 - штуцер для ввода
инокулят; 13 - устройство (штуцер) для долива питательного раствора; 14 - устройство для слива, сбора урожая; 15 - вибраторы; 16, 17 - штуцеры для возможности химической стерилизации
Установка работает следующим образом. В предварительно простерилизованную емкость 1 вводится стерильная питательная среда из отсека 3 и инокулят через штуцер 12, посев инокулята производится один раз. В процессе выращивания культуры каркас 7, на котором зафиксирована емкость 1, периодически меняет величину и знак угла наклона а от 0одо 45о с заданной скоростью и амплитудой при помощи механизма перемещения 9, вращаясь вокруг шарнира 8. Наклон каркаса позволяет регулировать скорость и толщину слоя стекающего питательного раствора, при угле более 45о происходит срыв ламинарного потока и возможно перемещение материала для иммобилизации, что является нежелательным для проведения процесса выращивания культур.
При этом происходит перетекание питательной среды из отсека 3 в ростовой отсек 2, причем скорость поступления питательного раствора регулируется зажимом 5. Аэрация биомассы осуществляется стерильным воздухом через штуцера 10 и 11 либо в непрерывном режиме, либо воздух внутри ростового отсека периодически заменяется на свежий.
После окончания процесса культивирования отпускают зажим 5 между ростовым 2 и накопительным отсеками 4 так, чтобы вся биомасса из 2 отсека переместилась в 4, затем зажимом 5 опять пережимают емкость и после этого через штуцер 14 сбрасывают биомассу, используя вибратор 15. При этом стерильность ростового отсека 2 не нарушается. Затем отсеки вновь перекрывают, причем накопительный отсек, имеющий автономный газообмен (штуцера 16, 17), в осушенном виде подвергается химической стерилизации. Процесс культивирования может быть продолжен по аналогичному циклу с добавлением по мере необходимости питательной среды, но без внесения инокулята.
Техническим преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с прототипом является то, что выполнение емкости из эластичных материалов, способных сохранять стерильность в течение всего периода выращивания, позволяет заменить дорогостоящий металл корпуса и совместить различные технологические операции внутри одной установки. Кроме того, выполнение каркаса в виде подвижной конструкции позволяет регулировать поступление питательного раствора из одного отсека в другой через ростовой без применения специальных насосов. Наличие питательного и накопительного отсеков позволяет периодически осушать ростовой отсек 2 при сохранении фиксированного угла наклона, что улучшает аэрацию клеток.
Известен «Эрлифтный биореактор» [4], в котором перемешивание осуществляют потоком воздуха, а не лопастью мешалки, что
Эрлифтные культивиро-
создает условия для эффективного массопере-носа и щадящих сил рассечения. Для управления циркуляцией жидкости используют вытяжную трубу, направляющую поток пузырьков по центру. Конструкция биореактора имеет широкую верхнюю часть, действующую как сепаратор газов. Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой или непрерывным. биоректоры используются для вания суспензий клеток.
Известен также биореактор эрлифтного типа [5], представленный на рисунке 3, содержащий биореакторную емкость 1, выполненную в виде горизонтально расположенной трубы, торцевые отверстия которой герметизированы загрузочным люком 2 и технологическим фланцем 3; установленную на емкости 1 теплообменную рубашку 4; бактериальный фильтр 5 отработанных газов; аэратор из силиконовых уплощенных газопроницаемых трубок 6, равномерно расположенных внутри емкости и соединенных с коллектором 7 газов; бактериальный фильтр 8 питающих газов; насос 9 для наддува газопроницаемых трубок; камеру 10 для приготовления смеси питающих газов; трубопроводы 11; управляемые клапаны 12, 13; штуцеры 14 для отвода рабочих газов из полости емкости 1; штуцер 15 для слива продуктов культивирования; штуцер 16 для ввода в биореакторную емкость 1 питательной среды; прибор 17 управления клапанами. Вход коллектора 7 через трубопровод 11, управляемый клапан 13, бактериальный фильтр 8 и насос 9 сообщен с камерой 10, а также через управляемый клапан 12 сообщен со штуцером 14. Бактериальный фильтр 5 отработанных газов соединен с другим штуцером 14. Прибор управления клапанами 17 соединен с управляемыми клапанами 14-16.
Рис. 3. Биореактор для культивирования клеток, преимущественно эукариотических (поз. по тексту)
Штуцеры для подключения рабочих газов и жидкостей закреплены на технологическом фланце и подключены к сетевым трубопроводам. Газопроницаемые трубки аэратора изготовлены, например, из физиологически инертного силиконового каучука СКТН-Ф. В качестве камеры для приготовления смеси питающих газов используют, например, С02-инкубатор. В биореакторе возможно проведение двух видов процессов, таких, как суспензионное культивирование и твердофазное культивирование. При суспензионном культивировании в биореакторную емкость 1 вносят заданные объемы питательной среды и посевных клеток, в камере 10 готовят смесь газов заданного состава, а на приборе 17 управления задают частоту открытия и закрытия клапанов 12 и 13. В процессе культивирования открывается клапан 13 и питающий газ из камеры 10 посредством насоса 9 через фильтр 8 по трубопроводу 11 поступает в коллектор 7, в котором распределяется по уплощенным газопроницаемым трубкам аэратора 6. При наддуве газами уплощенные трубки 6 раздуваются, поверхность газопроницаемых трубок 6 покрывается сплошным слоем мельчайших пузырьков газов, обеспечивая эффективное растворение газов в рабочей суспензии.
Одновременно раздутие газопроницаемых трубок 6 обеспечивает перемещение суспензии по поверхности газопроницаемых трубок аэратора 6. В процессе обтекания суспензией газопроницаемых трубок 6 суспензия принудительно перемешивается в щадящих условиях, не допуская повреждений морфологической структуры клеток. Далее клапан 13 закрывается и открывается клапан 12. Надутые газопроницаемые трубки 6 принимают исходную уплощенную форму, а питающий газ, находящийся в трубках 6, по трубопроводу через клапан 12, штуцер 14, биореакторную емкость 1 и фильтр 5 отводится в атмосферу. Протекая через биореакторную емкость 1, питающий газ контактирует с суспензией клеток по всей площади фазового раздела (газ-жидкость), вытесняет отработанные газы из газовой полости биореакторной емкости, что препятствует накоплению токсичных газов-отходов дыхания клеток и оптимизирует аэрацию растущих клеток в приповерхностном слое рабочей суспензии. Переключение клапанов 12 и 13 осуществляется прибором 17 управления клапанами непрерывно с заданной частотой, что позволяет управлять процессами аэрации и перемешивания суспензий в широком диапазоне.
В условиях реализации непрерывного процесса культивирования клеток через штуцер 16 в биореакторную емкость 1 подают питательную среду с заданным расходом, которая перемешивается с суспензией при каждом цикле расширения и уплощения газопроницаемых трубок аэратора 6. Штуцер 15 слива продуктов культивирования установлен на уровне погружения надутых газопроницаемых трубок аэратора 6 в суспензию, что позволяет при каждом открытии клапана 13 через штуцер 15 производить дробный слив продуктов культивирования и стабилизировать рабочий уровень суспензии в биореакторной емкости 1.
Биореакторная емкость 1 может быть снабжена разным количеством газопроницаемых трубок аэратора 6. Так, увеличение числа трубок аэратора 6 и уменьшение при этом объема рабочей суспензии в биореак-
торной емкости 1 позволяет осуществить плавный переход от суспензионного культивирования клеток к перфузионному, характеризующемуся существенным повышением плотности растущих клеток. Клетки в перфу-зионных условиях культивирования образуют тканевые формы, что существенно расширяет сферу применения продуцирующих культур и биореактора.
Известна конструкция биопринтера (рис. 4), предназначенного для печати различных живых тканей и органов с различными габаритами и содержащих несколько видов клеток [6]. По мнению автора, такая конструкция позволит за относительно короткий промежуток времени получить зрелые дифференцированные клетки, не склонные к образованию злокачественной опухоли.
Биопринтер содержит блок перепрограммирования клеток и блок вывода клеток на подложку, а также последовательно соединенные блок загрузки и хранения колонии соматических клеток, блок перепрограммирования клеток с установленными на нем устройством введения одного или более факторов перепрограммирования и устройством введения ингибитора метилтрансферазы GSK126, имеющий по меньшей мере один отсек перепрограммирования, блок культивирования плюрипотентных стволовых клеток с установленными на нем устройством введения агента, изменяющего эпигенетический статус клетки, устройством введения белка Вах, устройством введения белка Вак, устройством введения монооксида азота, устройством введения ингибитора пролиферации и устройством введения ингибитора апоптоза, имеющий, по меньшей мере, один отсек культивирования клеток и механизм смены питательной среды для клеток, блок дифференцировки клеток с установленным на нем устройством введения одного или более факторов роста, имеющий по меньшей мере один отсек дифференцировки клеток, блок хранения дифференцированных клеток, имеющий по меньшей мере один отсек хранения дифференцированных клеток, блок вывода клеток на подложку с установленным на нем устройством введения гидрогеля на
подложку, выполненный с возможностью работы по принципу трехмерного струйного принтера, и систему управления.
Рис. 4. Схема биопринтера: 1 - блок загрузки и хранения колонии соматических клеток; 2 - блок перепрограммирования клеток; 3 - блок культивирования плюрипотентных стволовых клеток; 4 - блок дифференцировки клеток; 5 - блок хранения дифференцированных клеток; 6 - блок вывода клеток на подложку; 7 - устройство введения факторов перепрограммирования; 8 - устройство введения ингибитора метилтрансферазы в8К126; 9 - устройство введения агента, изменяющего эпигенетический статус клетки; 10 - устройство введения белка Вах; 11 - устройство введения белка
Вак; 12 - устройство введения монооксида азота; 13 - устройство введения ингибитора пролиферации; 14 - устройство введения ингибитора апоптоза;
15 - механизм смены питательной среды для клеток;
16 - устройство введения одного или более факторов
роста; 17 - устройство введения гидрогеля; 18 - систему управления; 19 - раздаточная головка; 20 - иммунофлюоресцентный анализатор
Выводы. Эукариотические клетки, к которым относятся ММСК, во многом отличаются от прокариотических и грибных клеток, так как они медленнее растут, у них большая чувствительность к ранению, вызываемому кавитацией жидкой среды, ударами мешалок, отбойников и пузырьками газов. Эти свойства клеток оказывают влияние на конструкцию биореакторов, особенно на конструкцию устройств для аэрации и перемешивания рабочих сред, которые в процессе культивирования не должны оказывать раз-
рушающего воздействия на морфологическую структуру клеток. Проведенные сравнительные исследования существующих конструкций биореакторов позволяют установить, что из предложенных на сегодня технических решений наиболее близким для реализации технологического процесса культивирования ММСК заявлен пневматический биореактор, так как отсутствие механической мешалки снижает риск ряда нежелательных факторов: травмирование клеток и проникновения в биореактор посторонних микроорганизмов. В пневматических биореакторах в культураль-ной среде не возникает столь сильных гидродинамических возмущений (сдвига слоев жидкости друг относительно друга), при этом в эрлифтных биореакторах перемешивание происходит более равномерно по всему объему. Эрлифтные биореакторы наилучшим образом подходят в случае суспензий микроорганизмов с большой плотностью или вязкостью. Перемешивание в них более эффективно, и проблема слипания пузырьков не столь велика в сравнении с барботажными колоннами.
В свою очередь, общим недостатком известных на сегодняшний день биопринтеров является их неспособность автоматически осуществлять полный цикл преобразования колонии соматических клеток в конечный продукт (орган или ткань), а также высокая вероятность развития канцерогенеза в получаемых клетках.
Таким образом, при совершенствовании существующих и разработке новых конструкций биореакторов для культивирования ММСК необходимо учитывать следующие требования:
- созданные условия аэрации и перемешивания культуральной среды, в которой находятся клетки, должны способствовать сохранению физических межклеточных связей, не допуская повреждений морфологической структуры клеток;
- необходимо обеспечить максимальное снабжение клеток питающими газами и удаление продуктов метаболизма из клеточного окружения, причем, вытеснение отработанных газов из газовой полости биореакторной емкости должно препятствовать накоплению токсичных газов-отходов дыхания клеток и оптимизировать аэрацию растущих клеток в приповерхностном слое культуральной среды.
Соблюдение данных требований позволит существенно повысить производительность биореактора и качество целевых продуктов.
Литература:
1. Прогноз научно-технологического развития АПК РФ на период до 2030 года, утв. приказом Минсельхо-за России от 12.01.2017 г. №3
2. Клеточный биореактор BLBIO-XGCC фирмы Bioengineering с магнитной мешалкой и стеклянным сосудом. URL: www.bio-rus.ru
3. Пат. 2021350 РФ. Установка для культивирования клеток или микроорганизмов / Василенко С.М. и др. Заяв. 22.07.91; Опубл. 15.10.94
4. Пат. 1302691 РФ. Биореактор / Борман Е. и др. Опубл. 28.02.94.
5. Пат. 117916 РФ. Биореактор для культивирования клеток, преимущественно эукариотических / Реди-кульцев Ю.В. Заяв. 23.12.11; Опубл. 10.07.12
6. Пат. 2558290 РФ. Биопринтер / Журавлев Д.А. Заяв. 05.08.14; Опубл. 27.07.15
Literatura:
1. Prognoz nauchno-tekhnologicheskogo razvitiya APK RF na period do 2030 goda, utv. prikazom Minsel'hoza Rossii ot 12.01.2017 g. №3
2. Kletochnyj bioreaktor BLBIO-XGCC firmy Bioengineering s magnitnoj meshalkoj i steklyannym sosudom. URL: www.bio-rus.ru
3. Pat. 2021350 RF. Ustanovka dlya kul'tivirovaniya kle-tok ili mikroorganizmov / Vasilenko S.M. i dr. Zayav. 22.07.91; Opubl. 15.10.94
4. Pat. 1302691 RF. Bioreaktor / Borman E. i dr. Opubl. 28.02.94.
5. Pat. 117916 RF. Bioreaktor dlya kul'tivirovaniya kle-tok, preimushchestvenno ehukarioticheskih / Redikul'cev YU.V. Zayav. 23.12.11; Opubl. 10.07.12
6. Pat. 2558290 RF. Bioprinter / ZHuravlev D.A. Zayav. 05.08.14; Opubl. 27.07.15
THE COMPARATIVE ANALYSIS OF EXISTING INVENTIONS OF INSTALLATIONS FOR THE MULTIPOTENT
MESENCHYMAL STEM CELLS CULTIVATION (MMSC) E.B. Petrov, candidate of agricultural sciences V.V. Mironov, doctor of technical sciences V.Y. Sidorova, doctor of agricultural sciences
All-Russian scientific-and-research institute of livestock mechanization
Abstract. The base of producing meat in vitro technology is the ability of multipotent mezenshymal stem cells (MMSCs) to differentiate themselves into muscle cells. The technical tool of this process realization is the bioreactor. It are distinguished the bioreactors with mechanical or pneumatic stirring. The closest for this MMSC cultivation technological process realization is offered pneumatic bioreactor, because the mechanical stirrer lack reduces the several undesirable factors' risk: cells injury and foreign microorganisms into the bioreactor penetration. In the pneumatic bioreactors in the culture medium it does not occur strong changes of fluid layers. Airlift bioreactors are the best in the case of high density microorganisms' suspensions. Mixing them is more effective and the problem of bubbles coalescence is not so large in compared with barbotage columns. At codevelop-ment of existing MMSC cultivation bioreactors and development of new ones it must designs considering the following requirements: first, the given conditions of culture fluid's aeration and mixing will maintain physical intercellular connections and do not damage the cells morphological structure, and secondly, it is necessary to provide the maximum cells' security and metabolic products' washout from the cellular environment, moreover, the of exhaust gas displacement from the b i-oreactor gas' cylinder capacity must prevent the toxic gases accumulation - wastes of cellular respiration and optimize the aeration of the growing cells in the culture liquid layer surface. The compliance of these requirements will significantly improve the bioreactor performance and target products quality.
Keywords: bioreactor, the in-vitro meat, MMSC, aeration, stirrer, a barbotage column, airlift reactor.
