Biorreactores de agitación orbital de un solo uso
Además de los biorreactores de mezcla de ondas y los SUB agitados, se han introducido varios otros tipos de biorreactores desechables para aplicaciones de cultivo celular durante los últimos 10 a 15 años como es el caso de los biorreactores de agitación orbital.
En un sistema de biorreactor agitado de 200 l, se lograron recuentos de células CHO de 7 × 106 células ml−1.
Se encontró una escalabilidad razonable al escalar desde tubos de 50 ml de 10 ml de volumen de trabajo hasta 200 l.
Sin embargo, los valores de kLa también están restringidos a menos de 25 h−1 en este sistema.
En promedio, los cultivos de células de mamíferos se caracterizan por una tasa específica de absorción de oxígeno de 5 a 10 pmol célula-1 día-1 (células CHO).
Al asumir una densidad celular requerida de 10 × 106 células ml−1, esto se traduce en un coeficiente de transferencia de oxígeno requerido de 15–30 h-1.
Por lo tanto, la mayoría de los SUB pueden admitir tales densidades de celdas.
Sin embargo, la transferencia de dióxido de carbono (CO2) parece ser más crítica.
La tasa de producción específica de CO2 para las células CHO es de 4–6 pmolcell−1 día−1.
La tasa de transferencia de masa del CO2 es el 89% de la del oxígeno.
El exceso de CO2 en el gas de escape (debido a la producción de las celdas) puede ser del 20 al 40%.
Por tanto, la capacidad de transferencia de CO2 requerida será inferior a la esperada:
Como resultado de la ecuación el coeficiente de transferencia de masa requerido para el CO2 debe ser al menos 1,5 veces mayor que el del oxígeno para garantizar una eliminación adecuada.
Aparte de esto, se necesita suficiente aire para eliminar el CO2 de la fase gaseosa (especialmente para los sistemas de superposición de aire).
De esto se puede concluir que la transferencia de CO2 necesita un kLa 2 de al menos 40-50h-1 a una densidad celular de 10-7 células ml-1 en biorreactores de agitación orbital.
Especialmente, en la última etapa del proceso, la presión parcial de CO2 en el líquido puede aumentar a valores de 100 a 150 mm Hg.
Una alta presión parcial de CO2 conduce a un aumento de la concentración de HCO-1 en el biorreactor, y por tanto a un mayor consumo de alcalino.
Como resultado, la osmolaridad en el cultivo puede aumentar de tal manera que comienza a tener un efecto decreciente sobre la viabilidad de las células.
Por lo tanto, se necesitan estrategias de control, que incluyen el mantenimiento de la composición del gas mediante la eliminación del exceso de CO2 y el control del pH.
Es obvio que en el caso de procesos de perfusión en biorreactores de tanques de acero inoxidable, donde se obtienen densidades celulares de 108 células ml−1, se necesitan requisitos especiales para evitar la limitación de oxígeno y la inhibición por CO2 o HCO3En muchos procesos de cultivo celular a gran escala, los biorreactores de tipo onda se utilizan para la expansión.
Estos procesos en biorreactores de agitación orbital son bastante laboriosos y se requieren al menos 6 a 8 pasos para sembrar un biorreactor a gran escala (200 ly más).
En un desarrollo conjunto de, se desarrolló un proceso de siembra simplificado, donde se pueden evitar varios pasos, lo que resulta en menos mano de obra necesaria y un menor riesgo de contaminación.
Mediante la aplicación de cuerpos de plástico removibles, que pueden colocarse debajo de la bolsa de cultivo celular, se crea un canal estrecho, disminuyendo el volumen inicial del cultivo en una bolsa de 25 l.
El volumen inicial aplicable en esta bolsa se reduce a 150 ml.
Al retirar los cuerpos de plástico, la bolsa se infla aún más hasta su forma final.
Un aumento de volumen gradual se vuelve factible con esta técnica.
La aplicación de estos «bloques de canales» reduce el número de pasos de semillas en 3 o 4.
La adición de medio paso a paso se puede realizar automáticamente (según la densidad celular) o diariamente.
Una bolsa/recipiente mediano solo debe acoplarse una vez y no es necesario transferir las células de los matraces agitadores a la bolsa o de una bolsa a otra.
Debido a la flexibilidad de las bolsas, el volumen de una bolsa se puede aumentar con un factor de 100 a 150.
Un procedimiento de aumento de volumen por ese factor no es factible para SUB agitados, porque de lo contrario el impulsor no estaría tocando la fase líquida.
En general, la entrada de energía cambiaría debido a las diferentes conexiones de los agitadores a la fase líquida.