¿Cuáles son los diferentes procesos del biorreactor?

En este blog, discutimos los procesos de biorreactores para cultivos celulares. Un cultivo celular está limitado por factores tales como que las células vivas tengan un ciclo de vida y consuman nutrientes y secreten toxinas dañinas. Estos diferentes procesos del biorreactor son el resultado de estas limitaciones o pretenden solucionarlas. Hay cuatro modos diferentes para hacer funcionar un biorreactor; batch, fed-batch, perfusión y continuo.

• Un proceso por lotes es el proceso más simple. Para un proceso por lotes, el biorreactor se llena con una cantidad predeterminada de medios. A continuación, las células se inoculan en el biorreactor. El cultivo celular crece hasta que se consumen los nutrientes y luego se cosecha la corrida. No se agrega ni elimina nada del biorreactor durante un proceso por lotes. Las células pasan por cuatro fases principales. Estos se conocen como: retraso, crecimiento, estacionario (que es cuando se secreta el producto) y finalmente, muerte.

• Un proceso de alimentación por lotes es similar a un proceso por lotes, con una parte extra añadida. Para un proceso de lote alimentado, el biorreactor se llena con medios y se inocula con células. A medida que las células crecen y consumen el medio inicial en el sistema, se introducen nuevos 'alimentos' de nutrientes según sea necesario a lo largo de la corrida. La adición de nutrientes (alimentos) a lo largo del proceso evita el agotamiento de los nutrientes y proporciona un crecimiento celular adicional. Esto puede extender la duración del proceso, lo que da como resultado una mayor capacidad de densidad celular y un mayor rendimiento del producto. Un proceso de alimentación por lotes es el proceso más común, ya que es uno de los más simples y puede tener mejores resultados que un proceso por lotes. Existen diferentes estrategias para un cultivo por lotes alimentados: alta densidad celular, lote alimentado constantemente y lote alimentado exponencial. La alta densidad celular se logra agregando una alimentación de alta concentración para no diluir las células. El lote de alimentación constante implica simplemente agregar un flujo constante de alimentación durante todo el proceso. Finalmente, el lote de alimentación exponencial implica hacer coincidir la tasa de alimentación con la tasa de consumo de alimentación, de modo que a medida que las células crecen exponencialmente, la tasa de alimentación aumenta exponencialmente.

• La perfusión implica la eliminación de compuestos no deseados, como el ácido láctico, lo que permite que el proceso dure más que el lote alimentado. Esto permite una mayor densidad celular y un mayor rendimiento del producto. Implica reciclar algunos de los medios y utilizar filtros de flujo tangencial para eliminar compuestos no deseados. La bomba y el filtro utilizados en la perfusión son muy importantes para no destruir las células ni obstruir el filtro y ayudar a mantener la esterilidad. Las bombas peristálticas o de diafragma se pueden utilizar junto con un filtro de flujo tangencial (TFF). de un solo uso tecnologías, el flujo tangencial alterno (ATF) es un método de perfusión común emparejado con un biorreactor de un solo uso. Debido a este flujo de desecho de medios fuera del biorreactor, hay una alimentación fresca constante de medios al biorreactor para mantener el volumen. Sin embargo, este proceso no es continuo ya que el biorreactor no alcanza un estado estable a medida que crecen las células y alcanzará un límite en la densidad celular.

• Procesamiento continuo es cuando el biorreactor alcanza un estado estacionario, donde la tasa de crecimiento de las células es igual a la tasa de muerte. Hay una corriente continua de alimentación al biorreactor y una alimentación continua de producto fuera del biorreactor. El bioprocesamiento continuo se encuentra actualmente en las primeras etapas de desarrollo; sin embargo, el proceso tiene el potencial de continuar indefinidamente, fabricando el producto a un ritmo constante. Un proceso continuo es beneficioso ya que no hay tiempo de inactividad entre lotes, no hay tareas de limpieza costosas y laboriosas, y no hay variabilidad de lote a lote en su producto.

Obtenga más información sobre los biorreactores en el blog ¿Cuáles son los diferentes tipos de biorreactores? por Marie-Laure Collignon y Alex Williams.