Interacciones con la centrifugación y con los pasos de filtración
La centrifugación es un paso de cosecha crítico en la industria biotecnológica, particularmente a escala de fabricación.
King et al. contribuyeron con una evaluación importante de la importancia de los parámetros operativos para el procesamiento de interacciones con la centrifugación típico, quienes llevaron a cabo un análisis de sensibilidad global (GSA) de la centrifugación de caldos de células de levadura de mamíferos y de alta densidad.
Demostraron que el análisis global mostró diferencias importantes, debido a las interacciones, que los cálculos de sensibilidad de un solo parámetro más tradicionales.
También demostraron que el tamaño crítico de las partículas era el parámetro más importante en el procesamiento del caldo de células de mamíferos y que la velocidad de flujo era el parámetro más importante en el procesamiento del caldo de células de levadura. Naturalmente, tales conclusiones se limitan a los rangos en los que se realizó el GSA.
Dichos resultados son importantes para evaluar el efecto combinado del biorreactor y la centrífuga: el caudal operativo de la centrífuga y su rendimiento (normalmente el nivel de clarificación) deben elegirse en función de la dependencia interactiva de los parámetros relevantes del caldo celular.
Li et al. presentó un ejemplo instructivo del impacto acumulativo de la fermentación y la homogeneización en las interacciones con la centrifugación en un formato ultra reducido.
Se sabe que las condiciones de fermentación afectan la homogeneización, por ejemplo, las células recolectadas en la fase exponencial son más fáciles de homogeneizar que las células recolectadas en la fase estacionaria.
La homogeneización, a su vez, afecta a las interacciones con la centrifugación, así como a los pasos posteriores, como la cromatografía. Por lo tanto, es extremadamente importante imitar cuantitativamente el proceso a escala de banco o de fabricación en el formato USD.
Li et al. pudieron demostrar que los parámetros críticos se conservaron cuantitativamente al usar acústica enfocada para reemplazar la homogeneización.
Una variedad de pasos de filtración de flujo tangencial y sin salida se encuentran comúnmente en las secuencias de bioprocesos en la actualidad; Reis y Zydney brindan un resumen útil.
Crucell (ahora una subsidiaria de Johnson & Johnson) presentó un enfoque interesante para la separación celular a densidades extremadamente altas (aproximadamente 120 millones de células PER.C6 por ml).
La filtración profunda en biorreactores no puede hacer frente a cargas tan altas; mientras que las interacciones con la centrifugación puede, es probable que se vuelva costosa y lenta y resulte en una recuperación reducida.
La floculación también puede ser efectiva, pero luego presenta un desafío de separación adicional debido a los floculantes agregados.
En este trabajo, Schirmer et al. utilizaron resinas de intercambio iónico (IEX) como paso de pretratamiento para inducir la sedimentación celular y, por lo tanto, reducir la carga en un paso posterior de filtración en profundidad.
Las tasas de sedimentación (que son proporcionales a los volúmenes de sobrenadante informados en función del tiempo) para una variedad de resinas; el mejor de estos, la politeilenimina a base de silicio o Si-PEI, también demostró proporcionar una reducción del 40 % en los niveles de proteína de la célula huésped (HCP) mediante adsorción electrostática.
Este es un enfoque inusual para resolver un problema de cultivo celular, de densidad celular extremadamente alta, que por supuesto corresponde a tasas de generación de producto muy altas, al incorporar un paso que tradicionalmente se usa para pulir mucho más aguas abajo en la fase de recuperación, para abordar la alta densidad celular mientras sigue proporcionando autorización HCP.
Estudios posteriores con cantidades variables de Si-PEI demostraron que al aumentar la cantidad de resina se reducía el nivel de células mientras se mantenía la recuperación del producto.
Felo et al. analizó un proceso de cosecha de dos pasos, siendo el primer paso la centrifugación o la filtración profunda, y el segundo paso la clarificación secundaria por filtración profunda.
El caso base fue la recolección de un biorreactor de 5000 l con una línea de células CHO para producir un mAb. La Tabla 12.3 describe el rango de valores considerado en su análisis de sensibilidad.
El resultado esencial proporcionado en la Figura 12.5 muestra que las interacciones con la centrifugación es ligeramente mejor en este estudio para volúmenes de biorreactor superiores a 5000 l. Sin embargo, esta ventaja de costo disminuyó del 6,2 % al 2,4 % a medida que el título celular aumentó de 0,5 a 10 g l−1.