Cultivos microbianos en reactores orbitales y agitados.

Cultivos microbianos en reactores orbitales y agitados.

Los cultivos microbianos también se han realizado con éxito en biorreactores de un solo uso orbitales y agitados. Galliher describe un cultivo de E. coli en un dispositivo de un volumen de trabajo de 50 l.

Se logró una densidad celular de OD600 = 120, que corresponde a un peso celular seco de aproximadamente 40 g l−1.

Pseudomonas fluorescens se cultivaron en este dispositivo mencionado, en la que finalmente se obtuvo un peso celular seco final de más de 100 g l−1.

Los cultivos fueron similares a los rendimientos del proceso, que se obtuvieron en biorreactores tradicionales de tanque agitado.

Se aplicó una alimentación lineal en un biorreactor agitado y una alimentación exponencial para un biorreactor agitado en cultivos de E. coli, en los que se logró una densidad óptica final de hasta OD600 = 140.

La tasa máxima de crecimiento, que es aproximadamente la mitad de la reportada para un biorreactor, corresponde a la relación de las tasas máximas de transferencia de masa de oxígeno antes mencionadas para ambos sistemas.

Otro informe describió la aplicación exitosa de un reactor de tanque agitado para cultivos microbianos desechable de un volumen de trabajo de 250 ml para la producción de proteínas terapéuticas y anticuerpos monoclonales utilizando células CHO, Pichia pastoris y E. coli.

El rendimiento del cultivo en lo que respecta al crecimiento, la viabilidad celular y el título del producto fue similar al de los biorreactores convencionales. En el cultivo bacteriano se pueden lograr altas densidades celulares por encima de 400 g l-1 de peso celular húmedo.

También se aplicaron SUBs para procesos de cultivos microbianos anaeróbicos y hongos con bajas tasas de crecimiento. Los basidiomicetos Flammulina velutipes y Pleurotus sapidus, sensibles al esfuerzo cortante, se cultivaron en una escala de 5 l.

Se observaron diferencias en cuanto a morfología, actividades enzimáticas y crecimiento en cultivos fúngicos.

En el reactor de bolsa, se observó un crecimiento en forma de pequeños gránulos independientes, mientras que los cultivos STR mostraron una agregación intensa.

Los cultivos de F. velutipes alcanzaron una mayor concentración de biomasa en los cultivos microbianos y actividades peptidolíticas hasta el doble en comparación con los cultivos en un reactor de tanque agitado.

Otro concepto de reactor muy adecuado para la aplicación en el cultivo de hongos es el biorreactor Quorus, que está equipado con módulos de fibra hueca que contienen membranas capilares.

El crecimiento ocurre en la interfaz líquido-sólido de una membrana capilar a medida que las células se acumulan en la superficie de la membrana externa.

La producción de xilanasa recombinante en Aspergillus niger fue de 2 a 3 veces mayor en una escala de 2 l que en un enfoque por lotes en un reactor de tanque agitado.

Se comprobó la aplicación exitosa para la producción de 𝛽-lactamasa con Lactococcus lactis.

Además, la aplicación de SUBs para cultivos marinos tiene beneficios en comparación con el cultivo en bioreactores de tanque agitado de tanque de acero.

Dado que el alto contenido de sal no se puede disminuir en todos los casos, la aplicación de reactores de acero inoxidable es crucial debido a la corrosión.

Sin embargo, las alternativas como los reactores de vidrio suelen estar restringidas a una escala de 20 l.

La tecnología CELL-tainer aplicada para el cultivo de la microalga heterótrofa sensible al cizallamiento Cryptecodinium cohnii en medios marinos ha demostrado ser exitosa.

Aunque la limitación de nutrientes no se puede realizar debido a restricciones fisiológicas en este caso, la transferencia de gas fue suficiente para lograr un peso seco celular de más de 45 g l-1 a tasas de crecimiento máximas de 0,05 h-1.

Esta aplicación es un buen ejemplo de que la tecnología de un solo uso no se limita a los procesos farmacéuticos y al cultivo de semillas, sino que puede proporcionar una alternativa adecuada en muchas aplicaciones específicas.

Debido a la facilidad de instalación, los SUB se pueden aplicar sin mucho esfuerzo financiero para el desarrollo del proceso inicial.

La alternativa de un sistema de biorreactor tradicional adoptado, que tiene que soportar las condiciones de esterilización in situ, requiere generalmente costos de inversión más altos, que no pueden cubrirse en esta etapa del desarrollo del proceso.

En los últimos años, se caracterizaron, comprendieron mejor y ampliaron muchos sistemas SUB diferentes.

Sin embargo, la caracterización de ingeniería aún no ha llegado a su fin.

Una mejor comprensión del flujo de fluidos y el comportamiento de la transferencia de masa es de gran importancia para una predicción correcta de la dinámica en diversas condiciones de cultivo y, lo que es más importante, para mejorar el diseño de los SUBs.

Será necesario un grado similar de comprensión del flujo de fluidos como en el caso de los biorreactores agitados convencionales para lograr un grado similar de optimización y confiabilidad de los biorreactores de un solo uso.

El término «completamente entendido» en términos de entrada de energía, mezcla y transferencia de masa, ya que es válido para biorreactores de tanque agitado a escala de laboratorio, definitivamente no es cierto para ninguna escala y tipo de SUB todavía.

Sin embargo, las numerosas aplicaciones de los SUB en aplicaciones industriales y la amplia distribución en la comunidad científica reflejan el gran potencial de esta tecnología en muchas áreas de la biotecnología.

Los diversos diseños permiten numerosas aplicaciones adecuadas.

Si bien el título de producto alcanzable podría aumentarse para muchos productos en los últimos años, se redujeron las escalas de producción de muchos bioprocesos.

Hoy en día, existen muchos productos que se producen en lotes de unos pocos metros cúbicos por año, lo que hace que la utilización de SUB sea adecuada para fines de producción.

Sin embargo, además de la producción y el cultivo de semillas, los SUB son adecuados para la aplicación en la investigación y el desarrollo de procesos.

En este caso, las básculas suelen estar restringidas a unos pocos (cientos) litros.

La contaminación cruzada podría ser un factor más crucial que en la producción debido a los procedimientos no estandarizados y no automatizados.

Además, el entorno podría no tener las mismas condiciones estériles que las de una instalación de producción.

En este caso, la preesterilización y la factibilidad de trabajar en diferentes escalas como se muestra para reactores de onda mixta sin necesidad de un cambio de reactor reducen significativamente los riesgos de contaminación (cruzada).

El aumento del uso de SUB en la fabricación por contrato por este motivo, por ejemplo, en la escala de producción para ensayos clínicos, está en curso.

Cultivos microbianos en reactores orbitales y agitados.