Biorreactores – Mejoras en el cultivo celular
La lista de posibles interacciones y Mejoras en el cultivo celular es grande y compleja. Se pueden ver que múltiples interacciones de muchos tipos han sido reportadas en la literatura. Se necesitan más datos cuantitativos de este tipo para evaluar qué tan global debería ser el proceso de diseño, especialmente para productos en etapas tempranas del proceso de desarrollo, por ejemplo, ensayos clínicos de Fase I o II.
Estas compensaciones en biorreactores y mejoras en el cultivo celular aclaran que un bioproceso debe diseñarse globalmente: es poco probable que optimizar cada paso individualmente conduzca a un conjunto óptimo global de condiciones operativas. Un paso muy pobre puede comprometer la eficiencia de todo el bioproceso; por lo tanto, es mejor aceptar alguna disminución en el desempeño en otros pasos para mejorar sustancialmente el desempeño de este pobre paso.
Hay excepciones en cuanto a mejoras en el cultivo celular, esta interactividad entre los pasos; por ejemplo, mostró que la ingeniería celular podría mejorarse sin impactos negativos aguas abajo. Pero se debe demostrar esta falta de interactividad, que aún requiere una visión integrada de los cambios propuestos.
Tradicionalmente, los medios de cultivo celular se complementaron con el uso de suero, o con el uso de proteínas séricas como la transferrina, para mejorar las tasas de crecimiento y brindar cierta protección contra el estrés de cizallamiento. Sin embargo, estos medios eran altamente variables y complicados en el procesamiento posterior. El uso de medios químicamente definidos ha disminuido la variabilidad en todo el bioproceso.
No obstante, algunos aditivos, como los agentes antiespumantes, aún pueden tener efectos nocivos en el procesamiento posterior, por ejemplo, en la filtración y la cromatografía.
La compensación entre el aumento de la tasa de crecimiento específico y la tasa y la calidad del producto es un tema de gran importancia actual.
Srivastava et al. encontraron experimentalmente que se podían mantener altas productividades específicas y altas tasas de glicosilación para varias líneas celulares a través de la optimización de las estrategias de alimentación, es decir, no encontraron que tenían que reducir significativamente las productividades específicas para mantener altos niveles de glicosilación.
Este es un resultado extremadamente interesante, ya que la sabiduría convencional es que tal pérdida es esperable.
Matemáticamente, uno esperaría finalmente alcanzar parte de una superficie de Pareto, sobre la cual la mejora de un componente de una función objetivo multicriterio conduce inevitablemente al empeoramiento de al menos otro componente.
(Es posible que estos resultados experimentales aún no hayan alcanzado una superficie de Pareto, en cuyo caso se podrían esperar Mejoras en el cultivo celular
adicionales hasta que se alcance dicha superficie).
Es de esperar que se publiquen más resultados de este tipo, lo que permitirá que el campo alcance una comprensión más estable de esta compensación crítica.
Otra indicación de tal compensación fue publicada recientemente por Nocon et al. Construyeron un modelo a nivel de genoma para el metabolismo central de Pichia pastoris y lo utilizaron para evaluar el impacto de la sobreproducción de proteínas heterólogas en el metabolismo primario. Los resultados mostraron objetivos de sobreexpresión en la vía de las pentosas y el ciclo TCA, y objetivos de inactivación en varios puntos de ramificación en la vía de la glucólisis.
Hacer los cambios apropiados condujo a una mayor producción de la proteína heteróloga y a Mejoras en el cultivo celular, (superóxido dismutasa humana citosólica) en cinco de nueve objetivos. Sería fascinante evaluar el impacto adicional de la incorporación de variantes de proteínas, como glicoformas, para discutir el posible equilibrio entre la calidad y la cantidad del producto discutido anteriormente.
Un ejemplo interesante de ingeniería celular es la sobreexpresión de la vía de translocación de arginina gemela (Tat) en Escherichia coli.
La vía Tat, que puede exportar proteínas potencialmente valiosas que no pueden ser exportadas por la vía Sec, tiene una baja capacidad en la forma nativa.
La ingeniería de las células para sobreexpresar la vía Tat condujo a una mejora del 25 % en la tasa de crecimiento y un aumento de 40 veces en la acumulación periplásmica de la proteína deseada. Además, la integridad de la membrana no se vio afectada en las pruebas con niveles crecientes de cizallamiento.
Un modelo a escala reducida de centrifugación continua de pilas de discos predijo que la sobreexpresión de la vía Tat no afectaba a los pasos de recuperación.
Este es un caso en el que la optimización de un paso no tuvo consecuencias perjudiciales en los pasos posteriores.