{"id":24866,"date":"2026-06-23T07:00:00","date_gmt":"2026-06-23T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/cellura.io\/?p=24866"},"modified":"2026-07-29T07:36:14","modified_gmt":"2026-07-29T07:36:14","slug":"characterization-of-suspension-limits-in-the-softxs-low-shear-bioreactor-system","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cellura.io\/fr\/characterization-of-suspension-limits-in-the-softxs-low-shear-bioreactor-system\/","title":{"rendered":"Caract\u00e9risation des limites de mise en suspension dans le syst\u00e8me de bior\u00e9acteur \u00e0 faible cisaillement SoftXS\u2122"},"content":{"rendered":"\t\t
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La suspension reste un d\u00e9fi majeur dans les cultures cellulaires modernes<\/strong><\/h5>\n\n

Le maintien d’une suspension homog\u00e8ne<\/strong> tout en pr\u00e9servant un environnement hydrodynamique doux<\/strong> demeure l’un des principaux d\u00e9fis des syst\u00e8mes de culture cellulaire en suspension.<\/p>\n\n

De nombreuses structures biologiques utilis\u00e9es dans la recherche et la bioproduction, notamment les cellules souches<\/strong>, les organo\u00efdes<\/strong>, les cellules immunitaires<\/strong>, les agr\u00e9gats cellulaires<\/strong> et les cultures sur microporteurs<\/strong>, sont sensibles aux contraintes m\u00e9caniques.<\/p>\n\n

Les bior\u00e9acteurs conventionnels \u00e0 cuve agit\u00e9e reposent g\u00e9n\u00e9ralement sur des turbines internes pour g\u00e9n\u00e9rer le m\u00e9lange, produisant des turbulences localis\u00e9es<\/strong>, des gradients de cisaillement<\/strong>, des zones de s\u00e9dimentation<\/strong> et des environnements fluides h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes<\/strong>.<\/p>\n\n

La plateforme SoftXS\u2122<\/strong> a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9e pour surmonter ces d\u00e9fis gr\u00e2ce \u00e0 un syst\u00e8me de rotation inclin\u00e9e sans turbine<\/strong> capable de g\u00e9n\u00e9rer une suspension continue dans des conditions de faible cisaillement<\/strong>.<\/p>\n\n

Un principe de m\u00e9lange diff\u00e9rent<\/strong><\/h5>\n\n

Contrairement aux syst\u00e8mes agit\u00e9s conventionnels, SoftXS\u2122 fonctionne sans turbines internes<\/strong>.<\/p>\n\n

La combinaison de :<\/p>\n\n

    \n\t
  • La vitesse de rotation<\/strong><\/li>\n\t
  • L\u2019angle d\u2019inclinaison<\/strong><\/li>\n\t
  • La dynamique de la surface libre<\/strong><\/li>\n\t
  • La g\u00e9om\u00e9trie du r\u00e9cipient<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

    g\u00e9n\u00e8re une advection chaotique<\/strong> et une resuspension continue des particules<\/strong> dans l\u2019ensemble du volume de culture.<\/p>\n\n

    Cette conception permet :<\/p>\n\n

      \n\t
    • Une suspension homog\u00e8ne<\/strong><\/li>\n\t
    • Un m\u00e9lange continu<\/strong><\/li>\n\t
    • Une r\u00e9duction des contraintes hydrodynamiques<\/strong><\/li>\n\t
    • L\u2019absence de cisaillement induit par une turbine<\/strong><\/li>\n\t
    • L\u2019absence de turbulences localis\u00e9es<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

      cr\u00e9ant un environnement plus homog\u00e8ne et m\u00e9caniquement plus doux pour les syst\u00e8mes biologiques sensibles.<\/p>\n\n

      D\u00e9monstration d’une suspension pr\u00e9visible \u00e0 diff\u00e9rentes \u00e9chelles<\/strong><\/h5>\n\n

      Afin d\u2019\u00e9valuer les performances de suspension, des microbilles fluorescentes de poly\u00e9thyl\u00e8ne pr\u00e9sentant une densit\u00e9 similaire \u00e0 celle des agr\u00e9gats biologiques ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es comme particules mod\u00e8les.<\/p>\n\n

      Trois populations de particules ont \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9es :<\/p>\n\n

        \n\t
      • ~100 \u00b5m<\/strong><\/li>\n\t
      • ~400 \u00b5m<\/strong><\/li>\n\t
      • ~1300 \u00b5m<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

        Les exp\u00e9riences ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es avec des volumes de r\u00e9cipient de 10 mL<\/strong>, 50 mL<\/strong> et 250 mL<\/strong>, dans des conditions hydrodynamiques identiques.<\/p>\n\n

        Les r\u00e9sultats ont d\u00e9montr\u00e9 :<\/p>\n

          \n\t
        • Une suspension homog\u00e8ne maintenue de 10 mL \u00e0 250 mL<\/strong><\/li>\n\t
        • Un comportement de changement d\u2019\u00e9chelle pr\u00e9visible<\/strong><\/li>\n\t
        • Une suspension stable sans turbines internes<\/strong><\/li>\n\t
        • Des performances hydrodynamiques constantes sur tous les formats de r\u00e9cipients<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

          Les particules de plus grande taille n\u00e9cessitaient des vitesses de rotation plus \u00e9lev\u00e9es pour surmonter la s\u00e9dimentation, tandis que les r\u00e9cipients de plus petit volume n\u00e9cessitaient des vitesses plus \u00e9lev\u00e9es afin de maintenir des conditions de suspension \u00e9quivalentes.<\/p>\n\n

          Il est important de noter qu\u2019un rapport H\/D de 0,7<\/strong> minimisait la vitesse critique de suspension (Nc)<\/strong> n\u00e9cessaire pour obtenir une suspension stable.<\/p>\n\n

          D\u00e9finition des plages de fonctionnement pour une suspension homog\u00e8ne<\/strong><\/h5>\n\n

          L\u2019\u00e9tude a identifi\u00e9 trois r\u00e9gimes de fonctionnement distincts.<\/p>\n\n

          R\u00e9gime homog\u00e8ne<\/strong><\/h6>\n\n
            \n\t
          • Suspension compl\u00e8te des particules<\/strong><\/li>\n\t
          • Aucune s\u00e9dimentation visible<\/strong><\/li>\n\t
          • M\u00e9lange stable sur toute la hauteur<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n
            R\u00e9gime limite<\/strong><\/h6>\n\n
              \n\t
            • S\u00e9dimentation partielle<\/strong><\/li>\n\t
            • Efficacit\u00e9 de suspension r\u00e9duite<\/strong><\/li>\n\t
            • Comportement de suspension transitoire<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n
              R\u00e9gime non homog\u00e8ne<\/strong><\/h6>\n\n
                \n\t
              • Accumulation importante de particules<\/strong><\/li>\n\t
              • Forte h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9 spatiale<\/strong><\/li>\n\t
              • Suspension incompl\u00e8te<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

                Ces r\u00e9sultats d\u00e9montrent que les performances de suspension sont principalement contr\u00f4l\u00e9es par la taille des particules<\/strong>, la vitesse de rotation<\/strong> et la g\u00e9om\u00e9trie du r\u00e9cipient<\/strong>.<\/p>\n\n

                Validation quantitative \u00e0 l\u2019aide de l\u2019imagerie laser<\/strong><\/h5>\n\n

                Afin de valider ind\u00e9pendamment l\u2019homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 de la suspension, l\u2019\u00e9tude a combin\u00e9 l\u2019imagerie par feuille laser<\/strong>, l\u2019analyse du coefficient de variation (CV)<\/strong> et le comptage des particules<\/strong>.<\/p>\n\n

                Les conditions de fonctionnement homog\u00e8nes ont syst\u00e9matiquement pr\u00e9sent\u00e9 :<\/p>\n\n

                  \n\t
                • De faibles valeurs de CV (<15 %)<\/strong><\/li>\n\t
                • Une s\u00e9dimentation n\u00e9gligeable<\/strong><\/li>\n\t
                • Une distribution uniforme des particules dans toute la colonne liquide<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

                  L\u2019analyse a \u00e9galement d\u00e9montr\u00e9 que le CV seul est insuffisant<\/strong> pour caract\u00e9riser pleinement la qualit\u00e9 de la suspension, car certaines conditions pr\u00e9sentant une s\u00e9dimentation partielle peuvent malgr\u00e9 tout afficher des valeurs de CV relativement faibles.<\/p>\n\n

                  La combinaison de l\u2019analyse du CV<\/strong> avec le comptage des particules<\/strong> fournit donc un cadre plus robuste pour d\u00e9finir la v\u00e9ritable homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 de la suspension.<\/p>\n\n

                  M\u00e9lange dynamique et suivi des particules<\/strong><\/h5>\n\n

                  Les exp\u00e9riences de suivi de particules individuelles ont confirm\u00e9 la nature dynamique du m\u00e9canisme de suspension de SoftXS\u2122.<\/p>\n\n

                  Les particules suivies ont explor\u00e9 en continu le volume accessible du bior\u00e9acteur sans rester confin\u00e9es de mani\u00e8re prolong\u00e9e dans des r\u00e9gions localis\u00e9es.<\/p>\n\n

                  Ce comportement d\u00e9montre :<\/p>\n\n

                    \n\t
                  • Un m\u00e9lange temporel efficace<\/strong><\/li>\n\t
                  • Un renouvellement spatial continu<\/strong><\/li>\n\t
                  • Une exposition homog\u00e8ne \u00e0 l\u2019environnement dans l\u2019ensemble du bior\u00e9acteur<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

                    Les r\u00e9sultats confirment que la suspension homog\u00e8ne au sein de SoftXS\u2122 est maintenue gr\u00e2ce \u00e0 une recirculation dynamique continue<\/strong> plut\u00f4t qu\u2019\u00e0 une distribution statique des particules.<\/p>\n

                    Quantification des contraintes de cisaillement hydrodynamiques<\/strong><\/h5>\n\n

                    L\u2019une des conclusions les plus importantes de cette \u00e9tude a \u00e9t\u00e9 la caract\u00e9risation de l\u2019environnement de cisaillement hydrodynamique g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par SoftXS\u2122.<\/p>\n\n

                    \u00c0 l\u2019aide de mod\u00e8les de dynamique des fluides d\u00e9riv\u00e9s de donn\u00e9es exp\u00e9rimentales de v\u00e9locim\u00e9trie par images de particules (PIV), l\u2019\u00e9tude a \u00e9tabli une relation directe entre la vitesse de rotation et la contrainte de cisaillement :<\/p>\n\n

                    Fsh = 0.077 \u00d7 \u03c9<\/strong><\/p>\n\n

                    Dans la plage de fonctionnement valid\u00e9e n\u00e9cessaire pour obtenir une suspension homog\u00e8ne compl\u00e8te (70\u2013250 rpm<\/strong>), la contrainte de cisaillement hydrodynamique est rest\u00e9e exceptionnellement faible.<\/p>\n\n

                    Plus important encore :<\/p>\n\n

                      \n\t
                    • Contrainte de cisaillement maximale calcul\u00e9e : 19.25 mPa<\/strong><\/li>\n\t
                    • L\u2019ensemble de la plage de fonctionnement de SoftXS\u2122 reste inf\u00e9rieur \u00e0 20 mPa<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

                      Cette valeur est nettement inf\u00e9rieure aux environnements de cisaillement g\u00e9n\u00e9ralement rapport\u00e9s pour les bior\u00e9acteurs conventionnels \u00e0 cuve agit\u00e9e et \u00e0 roue verticale.<\/p>\n\n

                      \"\"<\/p>\n\n

                      Figure 1.<\/strong> Contrainte de cisaillement hydrodynamique en fonction de la vitesse de rotation. La comparaison entre SoftXS\u2122 et les technologies conventionnelles de culture en suspension d\u00e9montre qu\u2019une suspension homog\u00e8ne compl\u00e8te peut \u00eatre obtenue tout en maintenant une contrainte de cisaillement inf\u00e9rieure \u00e0 20 mPa<\/strong> sur toute la plage de fonctionnement valid\u00e9e de SoftXS\u2122.<\/p>\n\n

                      La comparaison directe avec les technologies conventionnelles de culture en suspension a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 des environnements de cisaillement nettement plus \u00e9lev\u00e9s, mettant en \u00e9vidence la capacit\u00e9 de SoftXS\u2122<\/strong> \u00e0 combiner une suspension homog\u00e8ne<\/strong> avec une contrainte m\u00e9canique exceptionnellement faible<\/strong>.<\/p>\n\n

                      Conclusion<\/strong><\/h5>\n\n

                      Cette \u00e9tude d\u00e9montre que la plateforme SoftXS\u2122<\/strong> permet une suspension robuste<\/strong>, reproductible<\/strong> et \u00e0 faible cisaillement<\/strong> pour des volumes de travail allant de 10 mL \u00e0 250 mL<\/strong>, sans utilisation de turbines internes.<\/p>\n\n

                      Trois principaux enseignements se d\u00e9gagent de ce travail :<\/p>\n\n

                        \n\t
                      • Une suspension homog\u00e8ne reproductible \u00e0 toutes les \u00e9chelles \u00e9tudi\u00e9es<\/strong><\/li>\n\t
                      • Un comportement hydrodynamique pr\u00e9visible gouvern\u00e9 par la taille des particules et les conditions de fonctionnement<\/strong><\/li>\n\t
                      • Un m\u00e9lange efficace \u00e0 faible cisaillement obtenu par rotation inclin\u00e9e sans turbines<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n

                        L\u2019imagerie quantitative par feuille laser, les exp\u00e9riences de suivi des particules et la mod\u00e9lisation hydrodynamique confirment collectivement qu\u2019une suspension compl\u00e8te<\/strong>, un m\u00e9lange dynamique continu<\/strong> et une contrainte de cisaillement ultra-faible (<20 mPa)<\/strong> peuvent coexister au sein d\u2019une m\u00eame plateforme de bior\u00e9acteur \u00e9volutive.<\/p>\n\n

                        Ces r\u00e9sultats \u00e9tablissent SoftXS\u2122<\/strong> comme une technologie de bior\u00e9acteur \u00e9volutive et contr\u00f4lable \u00e0 faible cisaillement<\/strong> pour les applications n\u00e9cessitant la mise en suspension douce de mat\u00e9riaux biologiques sensibles.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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