بیوراکتور با تغذیه تدریجی، سیستمی مناسب برای بهینه‌سازی کشت سلولی زعفران

افزایش توده سلولی و متابولیت‌های ثانویه گیاهی از مهم‌ترین اهداف سیستم کشت سلولی می‌باشد. در راستای پژوهش‌های گذشته، در این مطالعه، نخست نتایج آزمایشات عوامل بهینه‌شده برای رشد توده سلولی که در فلاسک تعیین شده بودند، در سیستم بیوراکتور به‌صورت یک‌جا ارزیابی شدند. به‌منظور افزایش شاخص رشد سلولی، به بیوراکتور محتوی یک لیتر محیط کشت SH حاوی NAA(۱ mg/l)+BA(۰.۵ mg/l)+Sucrose (۳%) و بافر MES (۲.۵ mM)، ۵۰ گرم سلول اضافه گردید. از روز هفتم، تغذیه تدریجی سلول‌ها با محلول ساکاروز ۳ درصد آغاز شد. در تمام دوره کشت، میزان هوادهی ۰.۵ vvm بود.

در هفته پنجم ۰.۵% عصاره مخمر به محیط کشت اضافه شد و بعد از ۷ روز بیوراکتور تخلیه شده و شاخص رشد سلولی اندازه‌گیری گردید. در مرحله دوم، اثر تیمارهایی که بیشترین نقش را در تولید کروسین در فلاسک داشتند، در بیوراکتور بررسی شدند. بدین منظور ۵۰ گرم سلول به بیوراکتور حاوی یک لیتر محیط کشت SH با ترکیب IAA(۱ mg/l)+Kin(۰.۵ mg/l)+Lactose (۳%) و بافر MES (۲.۵ mM) اضافه گردید. هیچ‌گونه هوادهی در طی دوره کشت اعمال نگردید. از انتهای هفته اول تغذیه تدریجی سلول‌ها با محلول ساکاروز ۳ درصد آغاز شد.

در هفته پنجم عصاره مخمر (۱.۵ درصد) به بیوراکتور اضافه شد و بعد از ۵ روز میزان کروسین سلول‌ها اندازه‌گیری شد. با استفاده از این روش، شاخص رشد سلولی به ۳.۴ رسید و میزان کروسین از ۱.۰۵ میلی‌گرم در گرم وزن خشک سلول به ۴۳.۳ میلی‌گرم افزایش یافت. در این تحقیق مشخص شد بهینه‌سازی کشت سلولی زعفران در بیوراکتور، تاثیر بسزایی در افزایش رشد توده سلولی و تولید ماده موثره کروسین دارد.

Increasing cell biomass and secondary plant metabolites is one of the primary goals of cell culture systems. In line with previous studies, this research initially evaluated the optimized factors for cell biomass growth determined in flask experiments within a bioreactor system. To enhance the cell growth index, 50 grams of cells were added to a bioreactor containing one liter of SH culture medium with NAA (1 mg/l), BA (0.5 mg/l), Sucrose (3%), and MES buffer (2.5 mM). From day seven, gradual cell feeding with a 3% sucrose solution began.

Throughout the culture period, aeration was maintained at 0.5 vvm. In the fifth week, 0.5% yeast extract was added to the medium, and after seven days, the bioreactor was drained, and the cell growth index was measured. In the second phase, the effects of treatments that had the most significant impact on crocin production in flask experiments were evaluated in the bioreactor. For this purpose, 50 grams of cells were added to a bioreactor containing one liter of SH culture medium with IAA (1 mg/l), Kin (0.5 mg/l), Lactose (3%), and MES buffer (2.5 mM).

No aeration was applied during the culture period. From the end of the first week, gradual cell feeding with a 3% sucrose solution began. In the fifth week, 1.5% yeast extract was added to the bioreactor, and after five days, the crocin content of the cells was measured. Using this method, the cell growth index reached 3.4, and the crocin content increased from 1.05 mg per gram of dry cell weight to 43.3 mg. This study demonstrated that optimizing saffron cell culture in a bioreactor significantly enhances cell biomass growth and the production of the active compound crocin.