Biorreactores para procesos de perfusión.
En las últimas décadas se han introducido muchos tipos de biorreactores para procesos de perfusión.
Comenzando con el llamado filtro giratorio (malla giratoria en el eje del agitador), se han aplicado con más o menos éxito dispositivos en biorreactores para procesos de perfusión como hidrociclones, sedimentadores, centrífugas, dispositivos de filtración, sistemas de fibra hueca, separación acústica y sistemas de flujo tangencial alterno.
Aunque ha habido un debate continuo entre los organismos reguladores y el desarrollo de procesos, cada vez se presta más atención a los procesos de tipo perfusión en los últimos años.
Las ventajas de los procesos de tipo perfusión o los procesos por lotes repetidos son obvias.
Debido a una productividad volumétrica significativamente mayor, se reducen los costos de producción.
Además, la calidad del producto puede ser más uniforme: las células permanecen continuamente en las mismas condiciones ambientales.
Hoy en día se vuelve cada vez más aceptado en el bioprocesamiento farmacéutico, principalmente debido a sus propiedades positivas en términos de reducción del ensuciamiento de los filtros y la capacidad de definir el corte del filtro.
Esto permite no solo la concentración de células sino también el aumento de la concentración del producto.
Aunque el ATF se aplica en SUB, la carcasa del filtro queda por esterilizar en autoclave.
Además, deben asegurarse las conexiones estériles al biorreactor para procesos de perfusión.
Sin embargo, el control del proceso del ATF es bastante complejo.
Un dispositivo de filtro interno está disponible para bolsas basculantes.
Este filtro flota en la superficie del líquido.
La desventaja de un filtro flotante de este tipo es que el filtro reduce la superficie para la transferencia de masa.
El ensuciamiento de estos filtros parece ser problemático.
Se han evaluado biorreactores para procesos de perfusión de fibra hueca de un solo uso para la producción de virus de influenza A de alto título.
Se cultivaron células MDCK infectadas con el virus de la influenza H1N1 en el espacio extracapilar a títulos de 1.8 × 1010 viriones ml-1.
El virus de la influenza se recolectó realizando múltiples cosechas durante el transcurso del cultivo.
Aunque los cultivos de células vegetales a menudo se cultivan como cultivos en suspensión a una mayor densidad celular en un rango más amplio de valores de pH y a una temperatura más baja, la mayoría de los biorreactores para procesos de perfusión adecuados para el crecimiento de cultivos de células animales también son adecuados para el crecimiento de células vegetales.
La alta relación superficie-volumen en los SUB de ondas mixtas favorece la iluminación en el cultivo.
En general, las bajas fuerzas de cizallamiento obtenidas en muchos SUB también favorecen el crecimiento de las células vegetales.
Los informes describen la aplicación un biorreactor en cultivos celulares de tabaco, uva y manzana hasta un volumen de 10 l. Se obtuvo un peso fresco máximo de 26 g l-1 d-1 en un cultivo discontinuo de una línea celular de tabaco.
Se cultivó una línea celular de uva Vitis vinifera a una tasa de crecimiento de 40 g l-1 d-1 de peso fresco en un biorreactor de mezcla de ondas, la tasa de crecimiento más alta reportada para células vegetales en un SUB.
Los cultivos de células en suspensión inmovilizadas de especies de la familia Taxaceae produjeron concentraciones de producto muy altas de casi 21 mgl−1 de paclitaxel.
Dado que los biorreactores de un solo uso agitados orbitalmente se pueden ampliar fácilmente, un estudio reciente se investigó el rendimiento del cultivo de una línea celular BY-2 de tabaco para la producción del anticuerpo monoclonal humano M12.
El crecimiento celular y la acumulación de proteína recombinante fueron comparables con el cultivo en matraz de agitación estándar en el cultivo aumentado 200 veces.
Se lograron pesos frescos de células finales de 300 – 387 g l-1 y rendimientos M12 de 20 mg l-1.
La baja fuerza de cizallamiento y la alta área superficial también conducen a la viabilidad del cultivo de células con una alta demanda de luz, como las algas fototróficas.
Estudios recientes describieron la aplicación de barras de luz basadas en LED en tres SUB diferentes para la propagación de algas diatomeas.
Los coeficientes de transferencia de masa volumétrica para todos los sistemas estuvieron por encima de 8 h−1, como lo mencionan los autores.
Se obtuvieron curvas de crecimiento idénticas para los cultivos de Phaeodactylum tricornutum en un biorreactor a una tasa de crecimiento máxima de 𝜇max = 0,773 d-1.
La diferencia en los resultados probablemente se deba a las diferentes fuentes de luz, de las cuales la luz fluorescente emite más energía en los espectros de luz y rojo, que las células pueden utilizar a través de los fitocromos que absorben la luz roja y azul.
Una bolsa fue rodeada completamente por 16 barras de luz LED en un biorreactor para procesos de perfusión equipado con una bolsa para un volumen de trabajo de 1 l.
Se cultivaron las algas verdes Chlorella vulgaris y Euglena gracilis para la producción de paramylon, un polisacárido.
Debido a la generación de calor de las varillas LED, que estaban ubicadas directamente en la superficie de la bolsa, se necesitaba capacidad de refrigeración.
Se obtuvo una tasa de crecimiento de 0,33 g l-1 d-1, lo que parece típico para los cultivos de C. vulgaris.
También se comprobó la factibilidad para el cultivo de E. gracilis. Sin embargo, los requisitos del control de temperatura pueden exceder la capacidad de los dispositivos instalados en varios SUB.
Los problemas que surjan de esto se pueden contrarrestar mediante una optimización adecuada.
Además de las células de plantas y algas, se han utilizado SUB de ondas mixtas para cultivar células de raíces peludas.
Se hizo funcionar un biorreactor SUB en un modo que permitía la inmersión temporal («flujo y reflujo»).
La iluminación se realizó con luz fluorescente externa.
El cultivo de raíces peludas de Hyoscyamus muticus y Panax ginseng se realizó a un volumen de trabajo entre 0,1 y 0,5 l durante 28 y 56 días, respectivamente.
Los rendimientos fueron hasta tres veces más altos que en los reactores de pulverización de vidrio.
En el mismo estudio se describe la aplicación exitosa de bolsas con malla integrada que soportan la inmovilización radicular.