Biorreactores de un solo uso, diseño, aplicaciones y desarrollo.
Los biorreactores de un solo uso, durante la última década, se han introducido con éxito en los procesos de producción y desarrollo de procesos biofarmacéuticos.
Los biorreactores de un solo uso están hechos de una bolsa de plástico, que está montada sobre una plataforma vibratoria o está rodeada por una carcasa para estabilizar su forma cuando se opera a alta presión.
Las dos partes en su conjunto sirven como un biorreactor, que más o menos mantiene las mismas características que los biorreactores tradicionales de tanque agitado, aunque existen limitaciones en las tasas de transferencia de masa de oxígeno alcanzables y los tamaños de cultivo.
Para lograr una cierta estabilidad de las bolsas de plástico, se suelen aplicar tipos especiales de películas de polietileno de alta densidad.
Todas las conexiones se realizan con tubería flexible; Los filtros desechables garantizan la esterilidad y los sensores también son desechables en la mayoría de los casos.
Las bolsas se esterilizan mediante radiación 𝛾. Por lo tanto, ya están preesterilizados en el sitio donde se realiza el cultivo.
Las bolsas se pueden vaciar después de su utilización antes del procesamiento posterior y se desechan.
Los biorreactores de un solo uso se clasifican en función de la tecnología de mezcla empleada, por ejemplo, (i) los biorreactores fijados en revestimientos de tanques (con varias construcciones para el dispositivo agitador) se denominan «agitados», (ii) los fijados en un agitador longitudinal se denominan «mezcla de ondas”, y (iii) los biorreactores de un solo uso conectados a un agitador orbital se denominan“ sacudidos orbitales ”.
Son varias las ventajas de los SUB, especialmente relevantes en la producción biofarmacéutica y los correspondientes procedimientos de certificación y validación, que reducen el esfuerzo administrativo en el sitio de producción.
Estos son principalmente la eliminación de los requisitos de limpieza, la rapidez de respuesta, la flexibilidad y la reducción de los riesgos de contaminación (cruzada).
Además, dado que no se necesita esterilización con vapor in situ, se requieren menores costos operativos y de inversión. Esto permite un aumento más rápido de la capacidad sin inversiones masivas.
Por lo tanto, la restricción de tamaño (el volumen máximo de SUB todavía está limitado a muy pocos metros cúbicos) puede contrarrestarse mediante la paralelización, aunque la viabilidad y la viabilidad económica deben investigarse caso por caso.
Los factores negativos, que se observaron durante los primeros años de aplicación de los biorreactores de un solo uso, como el riesgo de rotura de materiales plásticos y la migración de lixiviables y extraíbles, han perdido relevancia debido a la mejora de materiales y diseño de los equipos.
Sin embargo, a veces estos problemas aún pueden ocurrir y son objeto de mayor investigación y desarrollo.
Se ha entrevistado a líderes de la industria para indicar el grado (porcentaje) en el que los procesos (parte ascendente) se basan en la aplicación de tecnología de un solo uso en un estudio realizado por Langer.
Aunque en la producción comercial todavía se utilizan ampliamente equipos de acero inoxidable (en función de la capacidad instalada anteriormente y, por lo tanto, ya existente antes de la introducción de la tecnología de un solo uso), los biorreactores de un solo uso son claramente dominantes en los procesos de producción de material clínico.
Desde la introducción de la tecnología de «olas» en la década de 1990, se han introducido varios tipos de biorreactores.
Aunque, en primera instancia, solo se utilizaron biorreactores de tipo oscilante, los sistemas de agitación, que incluyen un eje desechable y palas agitadoras, se han vuelto cada vez más importantes.
Hasta la fecha, los sistemas agitados están disponibles en tamaños de 20 a 2000l, y algunos usuarios seleccionados han introducido sistemas aún más grandes como sistemas beta.
Los sistemas de tipo balancín están disponibles en tamaños con volúmenes de trabajo de <1 l hasta algunos cientos de litros.
También se aplican diseños de biorreactores alternativos, como sistemas de agitación orbital y sistemas híbridos, donde se utilizan burbujas de aire para lograr la mezcla.
Además, especialmente para aplicaciones de laboratorio, también están disponibles recipientes de policarbonato con volúmenes de trabajo de 100 ml hasta 15 l.
Recientemente, la aplicación de material de un solo uso en el rango de microlitros y mililitros bajos se está volviendo más importante como biorreactores.
El mayor grado de paralelización se obtiene en una placa de micropocillos. Sin embargo, apenas pudo interpretar esto como un biorreactor en las primeras versiones introducidas al mercado.
El propósito tampoco era la aplicación de cultivos microbianos. Sin embargo, desde entonces, nuevos desarrollos abrieron posibilidades para aplicar estas tecnologías de un solo uso para el cultivo a pequeña escala.
La mayoría de los SUB introducidos hasta ahora solo se aplican para procesos basados en cultivos de células de mamíferos.
Como los procesos microbianos (aeróbicos) normalmente requieren una entrada de energía al menos diez veces mayor para la mezcla y la transferencia de masa entre la fase líquida y gaseosa que los procesos de mamíferos, los SUB actuales no son adecuados para crear tales condiciones.
Aproximadamente el 40% de todos los productos biofarmacéuticos que se encuentran en la Fase III de desarrollo clínico se basan en procesos microbianos.
Se trata de una amplia variedad de productos, como proteínas terapéuticas y de diagnóstico, proteínas terapéuticas de bajo peso molecular, vacunas humanas y veterinarias y muchos otros productos.
Por lo tanto, también existe una fuerte demanda de equipos de un solo uso, que sean aplicables a procesos microbianos, ya que las ventajas de usar SUB también tienen en cuenta este tipo de procesos.