Tendencias recientes en el diseño y operación de biorreactores.

Los principios básicos del diseño de fermentadores se han desarrollado en los últimos años en métodos más elaborados debido a varias nuevas premisas. Uno es el acceso a las computadoras para cálculos complejos. Esto ha permitido cálculos previamente demasiado pesados y exigentes para realizar y demasiado inconcebibles para predecir. Por eso, el trabajo de diseño se puede llevar a cabo en un tiempo muy reducido y con un esfuerzo cerebral mucho menor, con el fin de dilucidar las redes metabólicas, la dinámica de fluidos y los modelos cinéticos de la célula más complejos. Sin embargo, la interacción entre este conocimiento extendido y herramientas recién creadas y los problemas que requieren solución hasta ahora solo han sido explotados marginalmente. Otro es el costo de fabricación de locales para equipos. La producción masiva de unidades desechables se ha vuelto considerablemente menos costosa utilizando nuevos materiales de construcción de plástico duraderos y el montaje automatizado de equipos de biorreactores.

La influencia de los modelos tradicionales de los diversos diseños de los dispositivos de un solo uso, ha cambiado la mentalidad en la planificación de la ingeniería de la planta con respecto a las estimaciones de las inversiones en equipos y los costos operativos. La aparición de los sistemas de onda con biorreactores desechables en tamaños desde 1 hasta 2000 l. tomó sorprendentemente mucho tiempo a pesar de las obvias ventajas que brindan a todos los involucrados: los operadores, las empresas usuarias y los suministros de unidades.

En principio, el mismo tipo de progreso en la técnica de fabricación, la capacidad de producción en masa de materiales poliméricos a bajo costo, permite la microfabricación de dispositivos pequeños, como microbiorreactores y microbiochips. Esto tiene implicaciones en particular impuestas en los procesos de I + D al facilitar las pruebas paralelas de cepas, líneas celulares y medios, así como los parámetros básicos de cultivo. La optimización del biorreactor y el bioprocesamiento, mediante estas herramientas, puede acelerarse significativamente. El acceso a una electrónica más compacta y estable, también debido a la disponibilidad de técnicas de fabricación en masa y fabricación en miniatura en la industria electrónica y de software, facilita la transferencia de señales en el entorno microelectrónico de instrumentación de biorreactores. Las capacidades de los programas de software y la implementación del procesamiento de datos han avanzado considerablemente y se podría anticipar que se mejorarán sustancialmente.

Los más eficientes y mejores principios educativos de los bioingenieros le dan a la industria biotecnológica la oportunidad de mejorar el diseño y desarrollo de procesos.

Los modelos de ingeniería matemática, en la práctica industrial, han sido vistos a veces como algo que causa retrasos, dificultades e inconvenientes en lugar de ser herramientas de diseño eficientes. La metodología estadística sin embargo, es una excepción. El análisis estadístico multivariado de datos y el análisis factorial se han vuelto populares en la industria y son ampliamente aceptados como una herramienta para optimizar o al menos mejorar los procesos. Esto es muy apoyado por software fácil de usar que es fácil de aprender y aplicar. Otra razón es, por supuesto, que funciona y conduce a la reducción de costos. Estos métodos pueden aplicarse definitivamente en el diseño y funcionamiento de biorreactores de muchas maneras.

Otra tendencia cercana a esto es el apoyo inesperado al diseño por parte de los organismos reguladores al hacer que la industria farmacéutica aplique los principios de calidad por diseño (QbD) y la tecnología analítica de procesos. Como lo implican los términos, la calidad debe asociarse con el diseño y, como se declara repetidamente, debe incorporarse al diseño del proceso. Se realiza definiendo claramente la interdependencia de los parámetros críticos con la ayuda de medidas estadísticas para determinar el espacio de parámetros donde se mantiene la calidad. En especial, la metodología factorial estadística, el llamado diseño de experimentos (DoE), es una herramienta eficiente para lograr la QbD. El PAT es la herramienta habilitadora para QbD. Además de técnicas como DoE, otros métodos y medios analíticos proporcionan datos relevantes para el parámetro crítico en el proceso y el producto. Además, una vez que el diseño y el espacio operacional están establecidos, el producto debe controlarse dinámicamente para que permanezca dentro de él. Esto requiere métodos de monitoreo adecuados y enfoques de control confiables. Para esto, las metodologías generales están disponibles y se aplican en la industria. QbD se ha convertido en una parte integral del trabajo regulatorio y utilizado por los equipos de desarrollo en la industria farmacéutica. Aunque se denominan de manera diferente en otras aplicaciones de biotecnología, como en la producción de alimentos, bioquímica, enzimas y bioenergía, los mismos aspectos de calidad y los métodos de diseño y desarrollo pueden aplicarse y probablemente se apliquen en gran medida. Lo mismo se puede esperar para la mayoría de las industrias manufactureras.