包括植物细胞的凝胶胶囊的制作方法

文档序号:11438422阅读:421来源:国知局
本发明涉及包括植物细胞的凝胶胶囊(capsule),并且涉及用于培养所述植物细胞的培养方法。
背景技术
:目前,宏观藻类(或大型藻类)在自然环境中收获或在海洋农场中种植。关于微藻,它们则主要在露天池塘(露天池)或生物反应器中培养。露天池塘方法具有价廉的优点,但不具备提供生产高浓度藻类的能力。另一方面,露天池塘需要培养极端生物体来避免污染(由于通过限定,在培养基和外部之间不存在任何的物理屏蔽物,外部环境带来的污染)。在这些污染中,可提及的尤其是动物排泄物,或昆虫和/或动物的死亡的所产生的排出物。生物反应器方法提供了使藻类培养物与外部世界相隔离以及富集所述藻类的能力。在该方法中,植物细胞自由悬浮在培养基中,这被称为散养(bulk)法。然而,主要由于该方法需要不断搅拌培养物以及需要向培养物中提供生物体生长所需的气体和光,所以导致显著的生产成本。另一方面,收获方法远远不够容易,并且确实很贵(离心、切向过滤等)。最后,培养基的搅拌导致难以培养易碎藻类,这是由于该搅拌导致显著的细胞死亡。还存在培养哺乳动物细胞的三维方法,其中,所述细胞被包封并且在与胶囊的内膜接触时进行生长。然而,该类型的三维培养方法并不适用于培养植物细胞,尤其是单细胞生物体。技术实现要素:因此,需要一种这样的方法:该方法通过有利地提供增加植物细胞的浓度的能力,而能够改进植物细胞,尤其是藻类的生产。因此,本发明的目的是提供一种能够增殖(本文也可称之为生长)的手段,以及可选地,诱发至少一种植物细胞,优选至少一种藻类细胞的手段。本发明涉及一种胶囊,所述胶囊包括:内部相,所述内部相包括至少一种植物细胞;以及外部凝胶相,所述外部凝胶相在所述内部相的周围完全包封所述内部相,外部相包括至少一种表面活性剂和处于凝胶状态的至少一种聚合电解质。本发明的目的还涉及一种用于培养植物细胞的方法,以及一种用于生产感兴趣的化合物的方法,所述感兴趣的化合物则通过所述植物细胞(如果需要,则在诱发后)来生产。在本说明书的下上文中,内部相也称为胶囊的核,而外部凝胶相还称为胶囊的凝胶包层(壳),也称为膜。本发明的胶囊还被称为凝胶胶囊。根据一个实施方式,本发明的胶囊还被称为“简单”胶囊,其表示核由一个单一相组成。“简单”胶囊例如为国际申请wo2010/063937中所述的胶囊。本发明还涉及一种用于制备根据本发明的胶囊的方法。根据本发明的胶囊通常通过包括以下步骤的方法来制备:使包括至少一种植物细胞的第一溶液与包括至少一种表面活性剂和处于液体状态的至少一种聚合电解质的第二液体溶液接触;形成双层液滴(gouttedouble),所述双层液滴包括由所述第一溶液形成的内部相和由所述第二液体溶液形成的外部液体相;使所述双层液滴浸渍在凝胶化溶液中,所述凝胶化溶液包含能够使液体外部相的聚合电解质凝胶化的试剂,由此得到外部凝胶相;以及回收所形成的胶囊。在本说明书的上下文中,术语“双层液滴”用于表示由内部相和外部液体相构成的液滴,其中,外部液体相在内部相的周围完全包封该外部相。该类型液滴的生产通常根据滴落或喷射的流体动力学模式,通过两种溶液的同轴共挤出来进行,如专利申请wo2010/063937和fr2964017中所述。当双层液滴与凝胶化溶液相接触时,该凝胶化溶液中存在的能够使聚合电解质凝胶化的试剂则使得在外部液体相中存在的各种聚合电解质链之间形成键。处于液体状态的聚合电解质逐渐变成凝胶状态,从而引起外部液体相的凝胶化。不希望受任何具体理论的束缚,在聚合电解质逐渐变成凝胶状态期间,外部液体相中存在的聚合电解质的各个链变得彼此连接,从而形成交联网状物,也被称为水凝胶,其限制外部相中所包含的水。由此形成能够保持第一溶液的内部相的外部凝胶相。该外部凝胶相具有其自身机械强度,也就是说,其能够完全围绕该内部相,并且能够使一种植物细胞或多种植物细胞保持在该内部相中以使它们保持在凝胶胶囊的核中。使根据本发明的胶囊在凝胶化溶液中停留一段时间,直至外部相完全凝胶化。随后收集根据本发明的胶囊,并且可能地,将本发明的胶囊浸渍在通常基本由水和/或培养基组成的水性漂洗溶液中。通过,利用分别供应上述所提及的第一溶液和第二液体溶液的两个隔开的独立注射泵(实验室规模)或两个泵(工业规模)来控制初始形成双层液滴以及最终形成胶囊的各个相的尺寸。与第一溶液相关的注射泵的流量qi控制所得到的最终胶囊的内部相的直径。与第二液体溶液相关的注射泵的流量qo控制所得到的最终胶囊的外部凝胶相的厚度。流量qi和流量qo的相对且独立的调节和控制使得能够独立于胶囊的外部直径来控制外部凝胶相的厚度,并且调制内部相和外部相之间的体积比。本发明的胶囊通常具有小于5mm,更通常50μm至3mm,有利地100μm至1mm的平均尺寸。根据一个有利的实施方式,外部凝胶相具有5μm至500μm,优选7μm至100μm的平均厚度。根据一个有利的实施方式,内部相与外部相之间的体积比大于1,且优选小于50。内部相内部相(也被称为胶囊的核)通常由水性组合物构成,该水性组合物可为液体或有粘性的,包括至少一种植物细胞。表述“至少一种植物细胞”用于表示植物细胞系的至少一种细胞。内部相可包括来自同一细胞系或不同细胞系的多种植物细胞。包封的植物细胞构成了所谓的包封的生物质。植物细胞与动物细胞不同,尤其在于以下因素,存在果胶纤维素壁以及存在质体,该质体包括能够进行光合作用的叶绿体。根据一个实施方式,包含在内部相中的植物细胞是单细胞植物细胞。根据一个实施方式,本发明的胶囊包括至少一种藻类细胞(也称之为藻细胞),优选微藻细胞。根据本发明的一个变型实施方式,本发明的胶囊包括同一给定种或不同给定种的多种藻类细胞。藻类是能够进行光合作用的生物,其生命周期通常发生在水生环境中。在藻类的种类中,存在原核生物(蓝藻)或真核生物(多种非常不同的集合)。术语“微藻”用于表示微型藻类。它们可为单细胞或多细胞且未分化、光合的、真核的或原核的生物体。对于能够用于本发明的胶囊的藻类,可提及的是绿藻、红藻或褐藻。根据一个实施方式,其是原核藻类。根据另一实施方式,其是真核藻类。上述藻类优选为衣藻chlamydomonas属,诸如莱茵衣藻chlamydomonasreinhardtii,或者多甲藻peridinium属,诸如腰带多甲藻peridiniumcinctum。适用于实施本发明的其它藻类可选自由以下项所组成的组:微小亚历山大藻alexandriumminutum、沼泽茧形藻amphiprorahyalina、柱胞鱼腥藻anabaenacylindrica、钝顶节旋藻arthrospiraplatensis、疣突卡盾藻chattonellaverruculosa、小球藻chlorellavulgaris、原始小球藻chlorellaprotothecoides、短丝金藻chysochromulinabreviturrita、卡帕金丝藻chrysochromulinakappa、盐生杜氏藻dunaliellasalina、微小杜氏藻dunaliellaminuta、海洋球石藻emilianiahuxleyi(haptophyta)、链状裸甲藻gymnodiniumcatenatum、长崎裸甲藻gymnodiniumnagasakiense、雨生红球藻haematococcuspluvialis、等鞭金藻isochrysisgalbana、夜光藻noctilucascintillans、金色奥杜藻odontellaaurita、水稻oryzasativa、绿色鞭毛藻ostreococcuslucimarinus、路氏巴夫藻pavlovautheri、紫球藻porphyridiumcruentum、少根紫萍spirodelaoligorrhiza、极大螺旋藻spirulinamaxima、四肩突四鞭藻tetraselmistetrathele和假微型海链藻thalassiosirapseudonana。通常,内部相适用于在所述内部相中所包含的一种植物细胞或多种植物细胞的存活。优选地,内部相包括适用于植物细胞存活的缓冲溶液。通过可用的缓冲液,可以使用适用于植物细胞存活的本领域已知的任何缓冲液。内部相优选地具有5至10,更优选6至9的ph。根据尤其适用于培养植物细胞的一个实施方式,内部相包括适用于一种植物细胞或多种植物细胞的增殖的营养素。优选地,内部相包括在本发明的上下文中被称为mc1的培养基。术语“培养基”用于表示包括营养素的溶液,所述营养素适用于一种植物细胞或多种植物细胞的增殖并且履行ph缓冲液的功能。培养基mc1的渗透压优选地为10mosm(毫渗透压摩尔)至1000mosm。培养基mc1例如选自erdschreiber培养基、f/2培养基、tap(三羟甲基氨基甲烷-乙酸盐-磷酸盐)培养基、重构的海水、dm培养基(硅藻)、基本培养基以及它们的混合物中的任意一种。erdschreiber培养基是包括以下的溶液:nacl(11.4g/l)、三羟甲基氨基甲烷(5.90g/l)、nh4cl(2.92g/l)、kcl(0.73g/l)、k2hpo4.2h2o(72mg/l)、feso4.2h2o(1.9mg/l)、h2so4(0.04mg/l)、mgso4(7.65g/l)、cacl2(1.43g/l)、nano3(2mg/l)、na2hpo4(0.2mg/l)、土壤提取物(24.36ml/l)以及水(qsf1l)。土壤提取物是指通过过滤土壤和水的混合物所得到的滤液。可商购的f/2培养基(尤其购自于德克萨斯大学生命科学学院或者variconaqua)是包括以下的溶液:nano3(8.82×10-4mol/l)、nah2po4o.h2o(3.62×105mol/l)、na2sio3.9h2o(1.06×10-4mol/l)、fecl3.6h2o(1.17×10-5mol/l)、na2edta.2h2o(1.17×10-5mol/l)、cuso4.5h2o(3.93×10-8mol/l)、na2moo4.2h2o(2.60×10-8mol/l)、znso4.7h2o(7.65×10-8mol/l)、cocl2.6h2o(4.20×10-8mol/l)、mncl2.4h2o(9.10×10-7mol/l)、盐酸硫胺(2.96×10-7mol/l)、生物素(2.05×10-9mol/l)、氰钴胺(3.69×10-10mol/l)和水(qsf1l)。可商购的tap培养基(尤其购自于lifetech)是贝式(beijerinck)缓冲溶液(2×)(50ml)、磷酸盐缓冲液1mph7(1ml)(1ml)、微量元素溶液(1ml)、乙酸(1ml)和水(qsf1l)的混合物。在下文所提供的实施例中描述了贝式(beijerinck)缓冲溶液(2×)、磷酸盐缓冲液1mph7以及微量元素溶液的组成。tap培养基的ph为7.3。tap培养基的渗透压为60mosm。重构的海水是包括以下的溶液:nacl(11.7g/l)、三羟甲基氨基甲烷(tris)(6.05g/l)、nh4cl(3.00g/l)、kcl(0.75g/l)、k2hpo4.2h2o(74.4mg/l)、feso4.2h2o(2mg/l)、h2so4(0.05mg/l)、mgso4(7.85g/l)、cacl2(1.47g/l)和水(qsf1l)。重构的海水的ph在7.5至8.4之间变动。重构的海水的渗透压为676mosm。dm培养基(硅藻)是包括以下的溶液:ca(no3)2(20g/l)、kh2po4(12.4g/l)、mgso4.7h2o(25g/l)、nahco3(15.9g/l)、fenaedta(2.25g/l)、na2edta(2.25g/l)、h3bo3(2.48g/l)、mncl2.4h2o(1.39g/l)、(nh4)6mo7o24.4h2o(1g/l)、氰钴胺(0.04g/l)、盐酸硫胺(0.04g/l)、生物素(0.04g/l)、nasio3.9h2o(57g/l)和水(qsf1l)。基本培养基是贝式缓冲溶液(2×)(50ml)、磷酸盐缓冲液(2×)(50ml)、微量元素溶液(1ml)和水(qsf1l)的混合物。在下文所提供的实施例中描述了贝式(beijerinck)缓冲溶液(2×)、磷酸盐缓冲液(2×)以及微量元素溶液的组成。基本培养基的渗透压为37mosm。在对植物细胞期间进行包封期间(即,在进行任何用于培养植物细胞的过程之前),内部相通常包括103至109、优选104至108、更优选105至108,例如106至5×106植物细胞/毫升内部相。根据胶囊的尺寸,内部相通常包括1至107、优选5至106、30至5×105、50至105、75至5×104、100至104、150至104,或者甚至200至103个植物细胞/胶囊。优选地,在包封之前,对内部相的植物细胞进行计数;或者事实上,在打开该胶囊之后,对内部相的植物细胞进行计数。植物细胞的计数可通过马拉塞斯(malassez)细胞计数法来进行。马拉塞斯细胞计数腔室是能够对悬浮在液体中的细胞数进行计数的载玻片。在该载玻片上,刻有25个矩形的网格,其中,网格本身包含20个蚀刻的小方块。为了对植物细胞进行计数,在马拉塞斯细胞计数室上沉积总量在10μl和15μl之间包含植物细胞(处于悬浮)的内部相。沉降后,对10个矩形(具有蚀刻的网格)中的细胞数进行计数。有网格的矩形的体积为0.01μl,该数乘以10000以获得每毫升内部相中的植物细胞数。可替代地,通过测量吸光度能够完成对植物细胞的计数。根据比尔-朗伯定律,对于给定的波长λ,溶液的吸光度与其浓度和光路长度(光通过溶液的距离)成比例。因此,基于吸光度的测量方法(甚至称为光密度)能够测量内部相中植物细胞的浓度。为了做到这一点,需要简单地测量包含已知量的植物细胞的内部相的光密度,从而能够构建细胞浓度的函数的标准曲线。举例来说,在进行任何培养过程之前,内部相包括百万个细胞/每毫升内部相,其对应于每个直径为500μm的胶囊中包含约60个细胞。在进行如下文所述的培养方法之后,内部相通常包含5千万至1.5亿个细胞/毫升内部相。有利地,存在于胶囊的内部相中的植物细胞悬浮在该内部相中。术语“悬浮”在该内部相中用于表示植物细胞并不附着至胶囊的凝胶膜,并且不与所述膜长时间接触。因此,植物细胞完全浸渍在由内部相构成的培养基中,且沿所有的三个维度自由移动。通常,通过显微镜观察胶囊或者通过证实胶囊和其所容纳的植物细胞之间的差异化移动,本领域技术人员能够验证植物细胞确实在胶囊中以悬浮状态存在,例如,在鞭毛微藻的具体情况下,能够观察到它们的漂浮,这归因于它们鞭毛的运动。根据一个实施方式,内部相包括至少一种粘度剂,该粘度剂优选是生物相容性的,通常选自纤维素醚。粘度剂的存在提供了下述能力:通过降低内部相与外部相(包括溶液中的聚合电解质)之间的粘度差来提供有助于胶囊的制备。术语“粘度剂”用于表示可溶于内部相的能够调节内部相粘度的产品。具体地,其可为天然聚合物,例如葡糖胺聚糖(透明质酸、壳聚糖、硫酸乙酰肝素等)、淀粉、来自植物的蛋白、韦兰胶或任何其它天然胶;半合成聚合物,例如降解的淀粉及其衍生物,纤维素醚,例如羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羟乙基纤维素(hec)、羧甲基纤维素(cmc)和2-乙基纤维素;或者实际上甚至是合成聚合物,例如聚醚(聚乙二醇),聚丙烯酰胺和聚乙烯。优选地,内部相包括纤维素醚,诸如2-乙基纤维素。当存在粘度剂时,相对于内部相的总质量,粘度剂以0.01%至5%,优选0.1%至1%的质量浓度存在于内部相中。外部相外部相包括处于凝胶状态的至少一种聚合电解质(也被称为凝胶聚合电解质),以及至少一种表面活性剂。聚合电解质优选地,聚合电解质选自与多价离子反应的聚合电解质。在本说明书的上下文中,表述“与多价离子反应的聚合电解质”用于表示这样的聚合电解质:由于与含有多价离子(诸如钙、钡、镁、铝或铁的多价阳离子)的凝胶化溶液接触的影响,该聚合电解质在水性溶液中可由液体状态逐渐变为凝胶状态。在液体状态下,各个聚电解质链相对于彼此基本自由流动。在成型过程的特征剪切速率下,2wt%的聚电解质的水性溶液呈现出纯粘性行为。在无效剪切速率下,该溶液的粘度为50mpa.s至10000mpa.s,有利地为1000mpa.s至7000mpa.s。有利地,在液体状态下,各个聚电解质链的摩尔质量大于65000g/mol。凝胶化溶液例如是具有式xnmm的盐的水性溶液,其中:x选自由卤化物离子(氯化物、溴化物、碘化物和氟化物)和酒石酸根离子,乳酸根离子和碳酸根离子所组成的组;m选自由ca2+、mg2+、ba2+、al3+和fe3+阳离子所组成的组;以及n和m大于或等于1。在凝胶化溶液中,盐xnmm的浓度有利地为1wt%至20wt%,优选5wt%至20wt%。在凝胶状态下,各个聚电解质链与多价离子形成保持内部相并防止其流动的一致且紧密的三维网状物。各个链彼此保持在一起,并且因此不能相对彼此自由流动。聚合电解质优选为生物相容性聚合物,其例如通过生物学方法来生产。有利地,聚合电解质选自多糖,衍生自丙烯酸酯的合成聚合电解质(聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钾、或聚丙烯酸铵、或聚丙烯酰胺聚丙烯酸酯),或衍生自磺酸盐的合成聚电解质(例如,聚(苯乙烯磺酸钠))。更具体地,聚合电解质选自:碱性藻酸盐,例如藻酸钠或藻酸钾;胶凝糖和果胶。在聚合电解质是藻酸钠(naalg),并且其中试剂是氯化钙的情况下,在凝胶化过程中发生如下反应:2naalg+cacl2→ca(alg)2+2nacl藻酸盐由被称为“层状藻类”的褐藻(其英文名称也被称为“海草”)来生产。优选地,聚合电解质是碱性藻酸盐,该碱性藻酸盐有利地具有高于50%,尤其高于55%,或者甚至高于60%的α-l-古罗糖酸盐嵌段含量。例如,聚合电解质为藻酸钠。处于凝胶状态的聚合电解质通常为藻酸钙。根据一个优选的实施方式,在外部凝胶相中,聚合电解质的总百分比(以重量计)为0.5%至5%,优选小于3%。在外部凝胶相中,聚合电解质的总百分比(以重量计)例如介于0.5%至3%之间,优选介于1%至2%之间。表面活性剂外部相中表面活性剂的存在提供了以下能力:通过增加外部液体相在凝胶化溶液的双层液滴的冲击期间的抗性,来促进本发明的胶囊的制备。表面活性剂有利地是阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或其任何混合物。表面活性剂的分子量通常介于150g/mol至10000g/mol之间,有利地介于250g/mol至1500g/mol。在通常的方式下,相对于胶囊的总质量,外部相中表面活性剂的质量含量通常小于或等于2%,优选小于1%。在表面活性剂为阴离子表面活性剂的情况下,其例如选自烷基硫酸盐/酯,烷基磺酸盐/酯,烷基芳基磺酸盐/酯,碱性烷基磷酸盐/酯,二烷基磺基琥珀酸盐/酯,饱和或不饱和脂肪酸的碱土金属盐。这些表面活性剂有利地包括具有大于5个、甚至大于10个碳原子的至少一个疏水性烃链,以及至少一个亲水性阴离子基团,例如结合到疏水性链的一个端部的硫酸盐/酯、磺酸盐/酯或羧酸盐/酯。特别适合于有效实施本发明的阴离子表面活性剂是十二烷基硫酸钠(sds)。当表面活性剂是阴离子表面活性剂时,相对于胶囊的总质量,外部相中表面活性剂的质量含量通常为0.001%至0.5%,优选0.001%至0.05%。在该情况下,相对于胶囊的总质量,外部相中表面活性剂的质量含量优选小于或等于0.025%,优选小于或等于0.010%,或甚至小于或等于0.005%。在表面活性剂是阳离子表面活性剂的情况下,其可选自例如烷基吡啶鎓卤代物或烷基卤化铵的盐,例如正十二烷基乙基氯化铵或正十二烷基乙基溴化铵,十六烷基氯化铵或十六烷基溴化铵(十六烷基三甲基溴化铵,ctab)。这些表面活性剂有利地包括具有大于5个,甚至大于10个碳原子的至少一个疏水性烃链和至少一个亲水性阳离子基团,诸如季铵阳离子。当表面活性剂是阳离子表面活性剂时,相对于胶囊的总质量,外部相中表面活性剂的质量含量通常为0.001%至0.5%,优选0.001%至0.05%。在该情况下,相对于胶囊的总质量,外部相中表面活性剂的质量含量优选小于或等于0.025%,优选小于或等于0.010%,或甚至小于或等于0.005%。在表面活性剂是非离子表面活性剂的情况下,其例如可选自脂肪醇、脂肪酸、或者烷基酚、芳基酚的聚氧乙烯衍生物和/或聚氧丙烯衍生物,或者烷基葡糖苷、聚山梨酯和椰油酰胺。尤其适用于有效实施本发明的非离子表面活性剂为聚山梨醇酯20(吐温20)。当表面活性剂是非离子表面活性剂时,相对于胶囊的总质量,外部相中表面活性剂的质量含量通常为0.01%至2%,优选0.1%至1%。中间相根据一个实施方式,根据本发明的胶囊包括在内部相和外部凝胶相之间的中间相。该中间相形成中间包层,该中间包层是水性的,或者必要时为油性的,通常是生物相容性的,完全包封内部相,且被外部凝胶相完全包封。通常,凭借三重包封机,通过三种溶液的同轴共挤出工艺来获得该种胶囊:第一流构成内部相,第二流构成中间相且第三流构成外部相。国际申请wo2012/089820尤其描述了这种胶囊(也被称为“复合”胶囊)的生产。在三重包封机的出口处,三股流接触,然后一起形成多组分液滴,随后当该多组分液滴浸入到凝胶化溶液时,发生凝胶化,与上文所述的制备“简单”胶囊的方法相同。中间相可以包括至少一种植物细胞,优选藻类细胞,该植物细胞可以与存在于内部相中的植物细胞相同或不同。中间相也可包括如上文所述的至少一种粘度剂。当存在中间相且该中间相包括植物细胞时,该中间相优选地适用于所述植物细胞的存活。有利地,该中间相包括适用于培养所述植物细胞的培养基,通常包括上文涉及内部相所述的mc1培养基中的一种。当存在中间相且该中间相包括植物细胞时,该中间相通常包括1至107、优选5至106、30至5×105、50至105、75至5×104、100至104、150至104,或者甚至200至103个植物细胞/胶囊。根据一个实施方式,本发明的胶囊由以下组成:内部相,所述内部相包括至少一种植物细胞;以及外部凝胶相,所述外部凝胶相在所述内部相的周围完全包封所述内部相,所述外部相包括至少一种表面活性剂和处于凝胶状态的至少一种聚合电解质。根据一个实施方式,除了内部相和凝胶化的包层(外部凝胶相)之外,根据本发明的胶囊不包括任何其它包层(或甚至膜)。具体地,根据本发明的胶囊并不包括如fr2986165或wo2013/113855中所述的任意刚性包层。fr2986165和wo2013/113855中所述的刚性壳包层使得哺乳细胞能够固定和发育。因此,根据优选的实施方式,根据本发明的胶囊没有刚性包层,并且尤其是没有刚性中间包层。培养方法本发明的目的还涉及一种用于培养植物细胞的方法,所述方法包括将根据本发明的至少一个胶囊进行培养的步骤。术语“进行培养”用于表示以下动作:将本发明的胶囊放在在本发明的上文中被称为mc2的培养基中并持续在该胶囊中获得期望植物细胞浓度所需的时段,其中,该培养基通常适用于在适用于培养所述植物细胞的温度和光度的条件下,培养包封的植物细胞。根据待进行培养的植物细胞,本领域技术人员能够选择合适的培养基mc2,以及适用于该植物细胞增殖的温度和光度的条件。培养基mc2选自例如erdschreiber培养基、f/2培养基、tap(三羟甲基氨基甲烷-乙酸盐-磷酸盐)培养基、重构的海水、dm培养基(硅藻)、基本培养基以及他们混合物中的任意一种。培养基mc2的渗透压优选地介于10mosm和1000mosm之间。优选地,(mc1的渗透压)/(mc2的渗透压)之比在1/50和50之间,优选在1/10和10之间。根据一个实施方式,培养基mc2与培养基mc1相同。根据另一实施方式,培养基mc2与培养基mc1不同。有利地,选择不同的培养基以引发多种细胞内感兴趣的化合物的产生,其中,该多种细胞同时进行培养。通常,为了对胶囊进行培养,必要的是在培养基中放置10000至10000000个根据本发明的胶囊/每升培养基mc2。通常,在10℃至40℃,优选15℃至25℃的温度下,对胶囊进行培养。通常,在500μe.m-2.s-1(每秒每平方米的微爱因斯坦)的总暗度的光度条件下,对胶囊进行培养。通常,对胶囊进行培养1小时至1个月,通常24小时至一周的时段。在培养过程结束时,通常过滤胶囊来去除培养基mc2以收获胶囊,或者可通过回收胶囊的任意其它技术来收获胶囊。为了过滤胶囊,通常所使用的筛的孔口的尺寸小于本发明的胶囊(基本为球状)的平均直径。本发明人以令人惊奇的方式发现,在根据本发明的胶囊内培养植物细胞(尤其是藻类细胞)使得能够所获得的植物细胞的浓度高于在
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中所提及的散养生长方法中所生产的植物细胞的浓度。例如,在胶囊中获得5千万至1.5亿细胞/ml的细胞浓度,也就是说,是在散养生长方法所得到的细胞浓度的5倍至15倍。与常规方法相比,植物细胞的包封和这些植物细胞(尤其是藻类,诸如微藻)的胶囊内培养额外地还存在以下优点:保护包封的植物细胞受免受机械应力,诸如剪切应力,从而降低培养细胞过程中的细胞死亡;部分保护包封的植物细胞免受外部环境的影响,由于胶囊的膜具有选择渗透性(具体地,细菌不能渗透到胶囊中),从而有利地能够避免任何可能的污染,进而还降低了细胞死亡;尤其在更换培养基mc2或在收获期间,能够更容易地相对于藻类,调控胶囊的尺寸(数百微米)和它们的机械性质;以及可有效地实施生长后的处理过程和可能的去除阶段,以使胶囊防水,从而分离它们的内容物,以有助于它们保存至使用时间。现将详细示出本发明由于形成胶囊的膜的水凝胶的机械性质所具有的某些优点。水凝胶网状物赋予了本发明的胶囊以半固体机械性质,该半固体机械性质远优于植物细胞的机械性质。在实践中,由于具有为植物细胞(通常是易碎的)赋予显著机械抗性的能力,所以对于培养植物细胞(诸如藻类)具有显著的有益意义。虽然这些植物细胞的机械抗性天然地基于构成其膜的脂质双层(3nm的磷脂)的性质,但是当它们被包封在根据本发明的胶囊内时,它们现在受到厚度几微米到几十微米的大分子网状物(即胶囊的水凝胶膜)的保护。在具有低机械抗性的植物细胞的情况下,获得因子大于10,甚至在100至100000的抗性增益,这有利于操作的。通过上述方式获得的是“固体”物体,该“固体”物体可更容易地通过诸如混合、搅拌、过滤、洗涤和倾析等各种类型的工业规模过程进行处理和调控。同样可更容易地这些物体,因此调控它们包封的生物质,以便于样品的差异表征。这便提供了以下的能力:以便利且经济的方式对感兴趣的化合物的培养和/或诱发条件进行大量筛选研究。在通过包括物理-化学(吸光度、荧光)和/或生物(elisa))的各种模式完成每种胶囊的表征之后,基于所获得的响应进行例如统计处理方法或不同种群的分选。基于聚合电解质的链的网状物结构的多孔性质,本发明的胶囊的水凝胶膜显示出半渗透性。该网状物的特征在于经测量具有5nm和25nm之间的平均孔径,因此具有约20nm至25nm量级的截留尺寸。该孔隙允许植物细胞增殖所必需的溶解的气体、矿物质和营养素,诸如小生物分子(氨基酸和肽)以及分子量小于1mda(兆道尔顿)的小分子自由通过。然而,该膜保留了特征尺寸大于截留尺寸的任何元素,也即,分子量大于1mda的大分子或生物分子,或者甚至细胞生物体,诸如植物细胞,例如藻类,或者甚至细菌和真菌。在实践中,能够控制胶囊的外部和内部之间的交换,即控制培养基mc2和包封的生物质之间的交换对于培养植物细胞(如藻类)具有显著的有益意义。这使得通过穿过外部相能够向包封的生物质提供营养素、氧气或甚至光。同时能够允许分子从胶囊内部排出到培养基mc2,特别是用于去除由于包封的生物质的代谢/分解代谢而产生的废弃物。此外,通过搅拌培养基mc2可促进这些交换,而不会像散养方法中那样有害于植物细胞。还能够限制细胞生物穿过膜。因此,可以包封植物细胞和适用其增殖的所有内源性细菌群,同时在包封后避免外源细菌的任何污染。例如,能够在外源细菌污染之后洗涤含有植物细胞的胶囊,其中,先前,在散养方法中,相同的污染将导致所有细胞的破坏。最后,这种半渗透性还使得能够控制包封的物质(例如由植物细胞所产生的感兴趣的化合物)的释放。根据本发明的包封形式的植物细胞(尤其是藻类)的生产还使得能够限制群体检测(群体感测)的影响。在它们的生长期间,生物体通常释放抑制分子,该抑制分子限制了附近生物的增殖。这种生物学效应使得种群能够限制其密度,以避免与种群过剩相关的营养素缺乏和细胞死亡的影响。包封提供连续排出这些抑制分子的能力,而不会导致生物质的任何损失。洗涤也可用于去除代谢或分解代谢废弃物,并因此确定生物质的活性。因此,这种方法被认为是诱发本身的一种方法。此外,限制藻类培养的因素之一是所提供的光的量。在散养生长方法中,光通量由于“污垢(fouling)”而减弱,即,生物分子和微生物粘附在生物反应器的壁上。该层吸收光,从而导致植物细胞所获得的光通量下降。这种沉积的积累导致压力损失的增加(despertesdechargecroissantes),且增加了生产成本。然而,在根据本发明的胶囊中培养植物细胞能够:限制生物分子的沉积,生物分子部分地保持在胶囊的内部,此外,在该方法结束时能够回收这些生物分子;以及防止植物细胞沉积到在其中培养或储存胶囊的烧瓶的壁上(防污垢性),所述细胞优选地被包封。最后,还可设想这样的洗涤以从生物培养物中去除可能的污染,而不需直接调控该生物培养物。这些污染可能是化学源(诸如重金属类型的分子或其它化学排放物)、物理源(特定类型)或生物源(死细胞、外源性细菌等)。该方法因此可有助于限制操作损耗。用于生产感兴趣的化合物的方法本发明的目的还涉及一种用于生产感兴趣的化合物的方法,所述方法包括:将至少一个根据本发明的胶囊进行培养的步骤,所述胶囊包括能够生产所述感兴趣的化合物的至少一种植物细胞;可选地,诱发在所述胶囊中所包含的植物细胞的步骤;以及回收所述感兴趣的化合物的步骤。上述生产方法的进行培养的步骤通常对应于本发明的培养方法的进行培养的步骤。培养基mc2可与用于胶囊的核的培养基mc1相同或不同。在本说明书的上下文中,术语“诱发”用于表示通过植物细胞刺激感兴趣的化合物的生产,所述刺激通过放置在特定条件下来诱导,其中,该特定条件是源自于温度、压力或照明的调节的物理-化学条件,或甚至基于特定分子(被称为“诱发分子”)的存在。从而通过包封的植物细胞人工诱导感兴趣的化合物的生产。根据一个实施方式,诱发步骤发生在进行培养的步骤期间。该实施方式通过例如在诱发条件下进行培养的步骤,例如通过在不同于培养基mc1的培养基mc2(所述培养基mc2含有诱发分子)中进行培养的步骤来有效地实施。根据另一实施方式,诱发步骤发生在进行培养的步骤结束时,也就是说,在植物细胞已经在本发明的胶囊中增殖。该实施方式通过例如在常规条件下进行培养的步骤来有效地实施,也就是说,通过选择与培养基mc1相同的培养基mc2,随后,在培养的步骤结束时,通过在诱发条件下放置,例如通过用与培养基mc1不同的另一培养基替换培养基mc2来有效地实施。通过植物细胞的包封来促进这两个实施方式,从而更实用地调控该包封细胞。如上所述,由于包封,确实使植物细胞在胶囊的增殖更容易,然后能够将胶囊分成不同的批次或组,以基于各个批次用各种不同的培养基替换培养基mc2和/或应用各种不同的诱发条件,这是为了测试不同的诱发条件并且确定适合于生产本领域技术人员想要获得的感兴趣的化合物的条件。从而,在进行培养的第一步骤之后,去除植物细胞的步骤通常包括:在不同的条件下,在独立的组中对胶囊进行培养的步骤;检测和量化生产出的感兴趣的化合物的步骤;以及可选地,选择呈现最佳表型的个体。用于诱发植物细胞的步骤为例如将本发明的胶囊在不同于培养基mc1的培养基mc2中或在包含诱发分子的培养基中或在培养条件(温度、光照等)改动的相同的培养基mc1中进行培养。可在本领域技术人员熟知的诱发条件(例如,通过在培养基mc2中加入水杨酸、乙烯、茉莉酮酸酯或壳聚糖(例如,参见国际申请wo2003/077881))下,将根据本发明的胶囊进行培养。通常,通过本发明的生产方法生产的感兴趣的化合物经受一种或多种处理过程,例如纯化、浓缩、干燥、灭菌和/或萃取。这些化合物然后用于掺入到化妆品组合物,农药组合物或药物组合物中。关于感兴趣的化合物,本发明的胶囊特别提供了以下能力:生产用于化妆品应用的感兴趣的脂质,例如脂肪酸,例如亚油酸、α-亚油酸、γ-亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸、花生四烯酸;脂肪酸衍生物,例如神经酰胺;或甚至甾醇,例如菜子甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和谷甾醇。本发明的胶囊还提供产生有机硒,一种必需的微量营养素(微量元素)的能力。该化学元素不能人体合成,其特别是由于其抗氧化性能而在农业食品和化妆品行业中表现为感兴趣的活性物质。金属形式的硒是必需的微量元素,但硒的多种化合物具有极大的毒性,并且通过铅、砷或铜的电解处理残留物的再处理而获得。这就解释了为什么优选获得有机形式的硒(作为生物分子的组成)来用于生物应用。通常,硒特别是以硒代甲硫氨酸的形式并入氨基酸、肽和蛋白质中。基于待回收的感兴趣的化合物的性质和植物细胞的性质,本领域技术人员能够确定所述感兴趣的化合物的回收和纯化所需的一种或多种处理方法。根据一个实施方式,感兴趣的化合物的回收是通过常规的纯化方法,诸如液体/液体萃取(分离有机相/水性相)、酸-碱洗涤,溶剂浓缩和/或通过色谱法纯化来处理其中浸渍有胶囊的培养基(mc2)来进行。该实施方式尤其适用于感兴趣的化合物被植物细胞排泄并随后扩散出胶囊的情况。该实施方式具有保持胶囊和细胞的完整性的优点。根据另一实施方式,通过打开胶囊,然后通过打开细胞膜,然后通过常规纯化方法处理所获得的混合物来进行感兴趣的化合物的回收。可化学或机械地实现胶囊的打开。打开的化学方式例如为膜的解聚,通常通过与柠檬酸根离子的溶液接触来实现。打开的机械方式通常是研磨胶囊。细胞膜的打开通常通过研磨细胞来进行。该实施方式尤其适用于感兴趣的化合物被限制在植物细胞内的情况。本发明的目的还在于根据本发明的胶囊在生产植物细胞中的应用和/或在生产感兴趣的分子中的应用。通常,如上所述通过诱发植物细胞获得感兴趣的分子的产生。组合物本发明还还涉及包括至少一个根据本发明的胶囊的组合物。根据一个实施方式,根据本发明的胶囊已经通过根据本发明的用于生产感兴趣的化合物的方法进行处理。根据一个变型实施方式,在生产感兴趣的化合物之后,本发明的胶囊额外地还经过处理过程,该处理过程包括形成第二膜,该第二膜在其周围完全包封所述胶囊的整个凝胶膜。通常在能够与凝胶膜的组成形成静电键的化合物的存在下,通常在聚合电解质存在的情况下,通过凝胶化能够形成该第二膜。该变型带来的优点是:保护胶囊的核并且防止包含在该核中的感兴趣的化合物移出该胶囊。根据本发明的组合物通常是化妆品组合物、药物组合物或农业食品组合物。本发明还涉及根据本发明的胶囊在制备化妆品组合物、药物组合物或农业食品组合物中的应用。本发明还涉及包括胶囊提取物的组合物。术语“胶囊提取物”用于表示通常通过诱发植物细胞来生产的感兴趣的化合物,并且其回收如上所述。其还表示植物细胞,该植物细胞衍生自在本发明中所述的进行培养的方法中,并且可能的衍生自根据本发明的用于生产感兴趣的化合物的方法。从下文所提供实施例中,本发明其它特征和优点将更加清晰,其中,所提供的实施例是非限制性的且仅用于说明目的。具体实施方式实施例实施例1:包括微藻的凝胶胶囊的制备1.用于生产胶囊的溶液的制备外部相(膜)制备含1.69%藻酸钠(protanallf200fts,fmcbioploymer)(w/w)和1mm(或0.0288质量%)的sds(sigmaaldrich)的溶液,并随后经5μm进行过滤。该过滤步骤使得能够防止导致生产用喷嘴堵塞的颗粒或固体聚集体的存在,但是也用于对该相进行灭菌。还能在高于60℃的温度下对这些相进行加热以对它们进行灭菌。内部相(核)在tap培养基(mc1)中,制备通常浓度为1百万个细胞/ml的微藻溶液。加入2-乙基纤维素(0.5质量%)以通过避免内部相和外部相之间的粘度差异过大来促进这些相的共挤出并且使该过程稳定。尤其包封以下微藻:莱茵衣藻chlamydomonasreinhardtii(菌株wts24-、sta6和cw15)。2.胶囊的制备尤其如专利文件wo2010/063937和fr2964017所述,基于两种溶液的同轴共挤出来制备胶囊,以形成双层液滴。通过使用两个独立的注射泵(haphd-2000)来控制所形成的液滴的内部相的尺寸和外部相的厚度。构成核的流体的流量与构成膜的流体的流量之比rq固定为1.6。这使得能够得到膜厚与半径比小于0.9的胶囊,从而使得内部相的包封率最大化,进而使得微藻的包封率最大化。所得到的胶囊具有300μm(+/-50μm)的直径。利用200mm(最小浓度50mm)灭菌的氯化钙的凝胶化溶液使由此所形成的液滴凝胶化,其中,向该灭菌的氯化钙的凝胶化溶液中加入几滴10%(w/w)的吐温20(sigmaaldrich)的灭菌溶液。利用筛网/滤网来收集所形成的胶囊,并且随后将其倒入到下文所述的培养基之一中。实施例2:胶囊中微藻的生产1.溶液的制备磷酸盐缓冲液(2×)k2hpo414.34gkh2po47.26g纯水1l磷酸盐缓冲液1mph7:1mol/lk2hpo4溶液60ml1mol/lkh2po4溶液40ml贝式缓冲溶液(2×)nh4cl8gcacl21gmgso42g纯水1l微量元素溶液:为了制备微量元素溶液,混合溶液s2、溶液s3和溶液s4,随后加入溶液s1。使混合物沸腾几分钟。随后,强烈搅拌混合物并使温度保持70℃以上。然后通过加入所需量的浓度为20wt%的koh溶液将混合物的ph调节至6.5至6.8的值。加入纯水以将混合物的体积调节至1l。然后将混合物静置而不受干扰一周,直到它呈粉红色/紫色。最后过滤该溶液。2.培养基(mc2)tap(三羟甲基氨基甲烷-乙酸盐-磷酸盐)培养基:三羟甲基氨基甲烷2.42g贝式溶液(2×)50ml磷酸盐缓冲液1mph71ml微量元素溶液1ml乙酸1ml纯水qsf1l基本培养基:贝式溶液(2×)50ml磷酸盐缓冲液(2×)50ml微量元素溶液1ml纯水qsf1l3.根据本发明的包封的微藻的培养和生长以及散养模式的微藻的培养和生长另一方面,在适度搅拌的条件下,在25℃下,在允许气体交换的烧瓶中,在tap培养基或基础培养基(mc2)中对实施例1中所述的胶囊进行培养,其中,该实施例1中所述的胶囊含有根据初始细胞浓度调节至100万个细胞/ml的微藻莱茵衣藻chlamydomonasreinhardtii(菌株wts24-)(也就是说,每20ml烧瓶中含有约200个胶囊,或每1l培养基mc2含有10000个胶囊)。另一方面,根据散养生长模式,在相同条件下,对根据初始细胞浓度调整为100万个细胞/ml的相同的微藻莱茵衣藻chlamydomonasreinhardtii(菌株wts-24)进行培养。对于基础培养基,使用约3400流明的光源。通过比较胶囊中微藻占据的体积的变化以定性方式来检测细胞生长并且通过常规细胞生物学实验以定量方式来检测细胞生长。为了做到这一点,通过使胶囊与浓度为10wt%的柠檬酸盐(柠檬酸钠)溶液接触几秒钟来打开胶囊。柠檬酸根阴离子使钙阳离子络合,从而使膜的藻酸盐凝胶解聚。通过流式细胞术和马拉塞斯细胞计数法分析胶囊的内容物。在本发明的胶囊中,例如通过马拉塞斯细胞计数法测量,在一周结束时,微藻在胶囊中增殖至达到12000至25000万个细胞/ml之间的平均浓度。相比之下,在其它条件相同下,对于散养生长培养方法(细胞未包封,自由悬浮形式),微藻的浓度不超过1000万个细胞/ml。4.培养基(mc2)中胶囊稳定性的评估在tap培养基,在加入有10mmcacl2的tap培养基以及在加入有0.1wt%edta的tap培养基中评估胶囊的稳定性。在这3种培养基(mc2)中的每一种中,实施例1的胶囊至少3周保持稳定。5.微藻对胶囊提供的机械保护的评估将微藻莱茵衣藻chlamydomonasreinhardtii菌株wts24-以250000个细胞/ml(也就是说,1l的tap培养基中约10000个胶囊)的浓度在tap培养基上进行培养,其中,一方面该微藻以游离形式(散养形式),另一方面微藻为根据本发明的胶囊形式(实施例1的胶囊)。在sytox绿的存在下,在强烈搅动之前和之后对所获得的两个样品进行成像,sytox绿是利用nikonfitc(异硫氰酸盐荧光素)过滤器在荧光中可见的细胞死亡标记物。在搅动之前,观察到大多数微藻没有显示作为细胞死亡指示的绿色标记。因此,在搅动之前,极少数的细胞死亡,死亡微藻的比例仅对应于细胞周期。在搅拌之后,观察到,以散养方法生长的微藻样品中,大多数微藻显现出绿色,这表明在搅拌引起的强剪切力的影响下,大部分微藻死亡。相比之下,包封的微藻显示了与搅拌之前观察到的标记相当的绿色标记。尽管施加了强剪切,但几乎没有细胞死亡。如在微藻的初始悬浮液中,存在小部分的死亡藻类是正常的,并且仅认为是微藻的细胞周期的结果。在搅拌后对每个样品进行与细胞死亡相关的荧光的总体定量,并且表明在散养方式生长的微藻情况下细胞死亡显著高于包封的微藻情况下的细胞死亡。该实验用于验证胶囊赋予微藻的机械保护。6.膜的半透性:分子vs细菌将根据实施例1的胶囊(即,1ltap培养基中约10000个胶囊)在tap培养基上进行培养,其中,在tap培养基中,加入有细菌大肠杆菌escherichiacolirfp(红色荧光蛋白),即,属于大肠杆菌e.coli种的细菌已经遗传修饰,以便它们合成利用nikontritc(四甲基异硫氰酸罗丹明)过滤器可见。应注意的是,rfp细菌不能侵入胶囊的内部。另一方面,将根据实施例1的胶囊放置在含有1mm的罗丹明的溶液(使用nikontritc过滤器在荧光中可见)中数分钟,然后转移到油浴中并用显微镜进行成像。这些结果表明,与大肠杆菌e.colirfp细菌相反,罗丹明已经扩散通过藻酸盐膜,从而在胶囊的内部发现罗丹明。因此,根据本发明的胶囊是半透性的:它们允许分子,诸如来自培养基mc2的营养物的通过,而不允许细菌的穿过,从而具有在培养微藻期间防止任何细菌污染的优点。实施例3:用于生产脂质和有机硒的包封的微藻的诱发1.脂质的生产制备贝式缓冲溶液2×n0:cacl21gmgso42g纯水1l制备n0培养基:tris2.42g贝式溶液(2×)n050ml磷酸盐缓冲液1mph71ml微量元素溶液1ml乙酸1ml纯水qsf1l将包含微藻类莱茵衣藻chlamydomonasreinhardtii(菌株sta6)的根据实施例1的胶囊在tap培养基上进行培养48小时(也就是说,对于1ltap培养基,约10000个胶囊),然后,去除tap培养基,并且用n0培养基替换培养48小时。微藻然后产生以脂质体形式存在于所述微藻内的脂质。然后收集胶囊并在25%dmso和1μm尼罗红的存在下放置10分钟。然后将胶囊在显微镜下在明场和荧光模式下成像(光源:汞灯)。使用nikonuv-1a过滤器,荧光显示微藻的叶绿体。使用nikonfitc(异硫氰酸荧光素)过滤器来显示了尼罗红,该尼罗红用作存在通过诱发产生的脂质的证据。2.有机硒的生产某些微藻,例如腰带多甲藻peridiniumcinctum产生含有硒的分子。这样的微藻因此可以由矿物硒产生有机形式的硒。根据本发明包封产生含硒的分子的微藻,然后将其放置在富含矿物硒的培养基中培养,以便通过这些微藻诱导有机硒的生物累积。通过提取胶囊的细胞,然后使用物理方法,如原子吸收光谱法(aas)(参见niedzielski(2002),polishjournalofenvironmentalstudies:"atomicabsorptionspectrometryindeterminationofarsenic,antimonyandseleniuminenvironmentalsamples)或使用生物测定法(参见,(1983),hydrobiologia:"seleniumasagrowthfactorforplanktonalgaeinlaboratoryexperimentsandinsomeswedishlakes")来对包封的微藻中生物积累的硒进行量化。当前第1页12
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