Tecnología celular a escala en biorreactores.
La tecnología celular a escala en biorreactores es la ampliación de una terapia celular alogénica a granel que proporciona un modelo de negocio atractivo, con grandes lotes de productos fabricados en biorreactores utilizando un proceso similar a los adoptados por los fabricantes actuales de biofármacos que utilizan cultivo celular en suspensión libre.
Hay varios tipos de fermentadores disponibles, cada uno con diferentes ventajas y desventajas. Estos diferentes tipos se describen a continuación.
Los biorreactores de movimiento oscilante se utilizan como tecnología no invasiva y de un solo uso para el cultivo de células en suspensión.
La mezcla se logra mediante el movimiento de balanceo y, por lo tanto, no requiere partes móviles internas, lo que lo hace muy apto para la fabricación desechable.
El control se logra mediante el monitoreo no invasivo de los parámetros del proceso, como la temperatura y la concentración de oxígeno disuelto (dO2) (generalmente expresado como% con respecto a la saturación con aire (100%)), en un proceso funcionalmente cerrado, que se utiliza para aplicaciones GMP.
Los tipos de células dependientes del anclaje se pueden cultivar en microportadores en suspensión, aunque existen algunos problemas asociados con los microportadores que se quedan varados en la base durante el ciclo de balanceo, además, debido a la suave mezcla del balanceo, la recolección de células de la superficie del microportador puede tener que tenga lugar en un recipiente biorreactor.
Se han desarrollado biorreactores accionados neumáticamente para el cultivo celular en suspensión libre para proporcionar un entorno de mezcla llamado de «bajo cizallamiento», impulsado por burbujeo de aire en un impulsor vertical con base de rueda.
El movimiento de la rueda mezcla el contenido del biorreactor y ayuda a la transferencia de oxígeno y CO2permitiendo el muestreo y control del proceso.
El movimiento también es capaz de suspender microportadores, que proporcionan una superficie para que las células crezcan.
El burbujeo necesario para impulsar el mezclador es una consideración importante para el diseño y funcionamiento de biorreactores, ya que se sabe que las burbujas que estallan son perjudiciales para la viabilidad celular.
Teniendo en cuenta que el burbujeo de gas es fundamental para el funcionamiento de biorreactores de accionamiento neumático, estas implicaciones deben considerarse cuidadosamente.
Debido al impulsor vertical, el funcionamiento de estos biorreactores a volúmenes reducidos puede verse algo afectado, lo que también podría afectar la operatividad.
Un ejemplo de esto es el paso de recolección de células, que típicamente requiere una reducción de volumen in situ antes del desprendimiento de células, como se explica más adelante.
Combinado con la baja entrada de energía de la rueda que gira lentamente, este requisito podría dificultar el desprendimiento y la recolección de productos de terapia celular en biorreactores de accionamiento neumático.
Se han empleado lechos empaquetados y fluidizados para la producción de terapia celular debido a las altas densidades celulares que se pueden lograr durante la expansión.
En estos sistemas, las células adherentes se cultivan en material de empaque, mientras que el medio de cultivo se perfunde a través del biorreactor, para alcanzar densidades de células cercanas a 108células ml − 1.
La perfusión del medio de cultivo permite el seguimiento y control de las condiciones del proceso, que, como se mencionó anteriormente, es de importancia crítica en el desarrollo de un proceso de fabricación reproducible.
A pesar de las ventajas de las densidades celulares elevadas, esta estructura introduce un riesgo de ensuciamiento y la formación de gradientes de concentración axiales y radiales, especialmente a gran escala.
Además, la recolección de células de estos sistemas puede ser problemática debido a las altas densidades celulares presentes y la dificultad de introducir los fluidos de desprendimiento de manera efectiva en los lechos.
La recolección es una consideración clave que necesita tanta consideración como el cultivo celular, ya que la calidad celular debe mantenerse durante todo el proceso de expansión y recolección.
Estos sistemas se están desarrollando actualmente junto con programas clínicos, con ensayos clínicos que utilizan células placentarias expandidas para el tratamiento de la enfermedad arterial periférica, la hipertensión pulmonar y la lesión muscular.
Los biorreactores de tanque agitado son, con mucho, la plataforma más común utilizada para el cultivo de células de mamíferos, ya sea en suspensión libre o en microportadores basados en los bioprocesos actuales.
Existen convenios bien establecidos para la ampliación del funcionamiento.
Muchas empresas están aplicando este conocimiento actual al desarrollo de productos de terapia celular, utilizan habitualmente biorreactores a 50 litros.
Estos sistemas proporcionan un entorno homogeneizado para el cultivo celular, con tecnología existente disponible para el seguimiento y control de procesos.
El cultivo de células madre en tanques agitados se ha demostrado en suspensión para ESC, iPSC, MSC y HSC.
La expansión y recolección de células adherentes también se ha demostrado para la producción de MSC en biorreactores de tanque agitado, aunque las densidades celulares logradas hasta la fecha son relativamente bajas.
Sin embargo, las densidades celulares en los biorreactores agitados aumentan constantemente y probablemente experimentarán mejoras similares en el rendimiento del producto a las que se han experimentado en los bioprocesos tradicionales de cultivo celular.
Teniendo en cuenta los sólidos datos heredados que existen y las décadas de experiencia que respaldan su operación a gran escala, es probable que se produzcan varias terapias celulares alogénicas a granel en biorreactores de tanque agitado.