Biorreactores de ondas mixtas
La introducción de ls biorreactores de ondas mixtas en 1999, siendo la primera tecnología SUB real, se centró completamente en el cultivo de células animales, de insectos y vegetales en cultivo en suspensión.
El biorreactor de «ondas» proporciona agitación mediante el movimiento suave de la bolsa (colocada en una bandeja basculante) y las células se pueden cultivar sin que se dañen con el cizallamiento de un agitador o las burbujas coalescentes.
Sin embargo, el SUB de «onda» está claramente restringido en la capacidad de transferencia de masa de oxígeno.
Singh informa un coeficiente de transferencia de oxígeno, kLa, en el rango de 1–5 h−1, lo que respalda el crecimiento celular de 3 × 10−6 células ml−1 para células NS0 y 2,7 × 10−6 células ml−1 para células HEK293.
Estudios más recientes en SUB de tipo “onda” informan sobre cultivos en los que se logró una densidad celular de hasta 1,5 × 10−7 células ml−1 (células CHO) en un proceso de perfusión incluso hasta 500 l de volumen de trabajo.
Durante la última década, se han introducido SUB agitados hasta volúmenes de trabajo de 2000 l.
Estos sistemas consisten en una bolsa desechable, que incluye un dispositivo de agitación, comparable a los diseños de biorreactores de ondas mixtas de acero inoxidable.
La bolsa se coloca en un revestimiento de tanque de acero inoxidable, que también contiene el dispositivo de transferencia de calor (camisa calentada eléctricamente o una camisa conectada a un termocirculador).
La geometría de estos reactores agitados de un solo uso es comparable a la de los biorreactores agitados tradicionales de acero inoxidable para cultivo celular, con una relación de aspecto de altura/diámetro de 1 : 1 a 2 : 1.
Algunos de los diseños tienen un agitador ubicado excéntricamente.
El agitador está conectado mediante una unidad magnética (GE Healthcare Life Sciences – XCellerexTM) o mediante un conjunto de sellado/cojinete de un solo uso (Sartorius Stedim Biotech SA; Thermo-Fisher Scientific Inc. – HycloneTM) como parte de la bolsa sí mismo.
El último diseño requiere una instalación y conexión más laboriosa del eje y el motor, pero da como resultado un diseño de bolsa más simple.
El agitador en sí está hecho o moldeado de polietileno o policarbonato, ambos materiales USP clase VI. Por lo general, para el cultivo celular se aplican uno o dos impulsores de paletas inclinadas de 45∘.
Las bolsas cuentan con puertos para la adición de medios y bases, y para el muestreo, respectivamente.
La gasificación se realiza con un microaspersor o con un anillo aspersor, una placa porosa o un tubo abierto debajo del agitador.
Las líneas de entrada y salida de gas están equipadas con filtros preesterilizados.
El filtro de gas de salida generalmente se calienta para evitar la condensación y, posteriormente, el bloqueo de los poros del filtro.
Los coeficientes típicos de transferencia de masa de oxígeno de estos SUB son comparables con los biorreactores de cultivo celular reutilizables tradicionales y oscilan entre 4 y 30 h−1, según la velocidad del agitador y la geometría de las aspas.
La potencia de entrada en estos reactores oscila entre 2 y 70 Wm -3.
La escalabilidad de estos SUB es comparable a la de los biorreactores de tanque de acero inoxidable agitado clásicos. Las células CHO se cultivaron en un volumen de trabajo de 250 l.
El cultivo fue comparable con los cultivos de 2 l y 2000 l en reactores de vidrio y acero, respectivamente.
Estos cultivos muestran resultados comparables en términos de crecimiento y productividad en estos reactores en comparación con un cultivo de 4 l en un biorreactor de ondas mixtas de laboratorio de tanque agitado de vidrio.
En el denominado “proceso XD”, se logró una densidad celular de 1,2 – 1,4 × 108 células ml−1 en un SUB de 50 l, lo que resultó en títulos de producto de un anticuerpo tipo IgG de >10 gl−1.
Una remodelación del diseño del rociador de un Hyclone SUB de una frita a un rociador de anillo arrojó resultados similares en términos de transferencia de masa de gas a los logrados en el XDRTM.
La transferibilidad entre diferentes SUB en una escala de 1000 l fue demostrada por Minow et al.
La transferencia de un proceso por lotes alimentado con células de ovario de hámster chino de un XDR a un Hyclone SUB se basó en mantener la transferencia de masa de oxígeno o la entrada de energía.
Finalmente, se identificó un rango de operación de entrada de potencia volumétrica de 10–31 Wm−3 para el Hyclone SUB.
Esto fue un 35% más alto que el del XDR.
Recientemente, se investigó la comparabilidad del cultivo de células de Spodoptera frugiperda-9 junto con el sistema de vector de expresión de baculovirus, que expresa una fosfatasa alcalina secretada, en un biorreactor de mezcla de ondas y el un biorreactor de un solo uso agitado.
Se encontraron tasas de crecimiento, consumos de sustrato y actividades de fosfatasa máximas comparables en ambos biorreactores.