Fermentador de biorreactor

Biorreactores de tanque agitado continuo
El biorreactor de tanque agitado continuo es el diseño clásico y sigue siendo el biorreactor más utilizado. La mayoría de los centros de producción y estrategias de producción acreditadas por la FDA para productos biofarmacéuticos se basan en biorreactores de tanque agitado. En consecuencia, el proceso de ampliación desde el laboratorio hasta los sistemas de tamaño de fabricación también se basa en este diseño. Este biorreactor cilíndrico utiliza un dispositivo de mezcla giratorio instalado en la parte superior o inferior. La relación de cosas suele estar entre 3:5.

Biorreactores de columna de burbujas
Los biorreactores de columna de burbujas son biorreactores de columna alta en los que se añade gas en la fase inferior para fines de mezcla y aireación. El recipiente utilizado para los biorreactores de columna de burbujas es generalmente cilíndrico con una proporción de elementos de 4-6.

Biorreactores de transporte aéreo
Los biorreactores de transporte de aire son similares a los reactores de columna de burbujas, pero se diferencian en que incluyen un tubo de aspiración. El tubo de aspiración suele ser un tubo interno o un tubo exterior que mejora el movimiento y la transferencia de oxígeno y ecualiza las fuerzas de corte dentro del reactor.

Biorreactores de lecho fluidizado
El biorreactor de lecho fluidizado es similar al biorreactor de columna de burbujas excepto que la función superior se acelera para reducir la velocidad del fluido. El diseño de los biorreactores fluidizados es tal que los sólidos quedan retenidos dentro del reactor al mismo tiempo que el líquido sale. Estos biorreactores son apropiados para llevar a cabo reacciones que involucran biocatalizadores suspendidos en fluidos, incluidas enzimas inmovilizadas, células inmovilizadas y bandadas microbianas.

Biorreactores de lecho compacto
Un colchón de desechos sólidos, con biocatalizadores sobre o dentro de la matriz de sólidos, empaquetado en una columna, constituye un biorreactor de colchón empaquetado. Los sólidos utilizados pueden ser geles porosos o no porosos y serán de naturaleza comprimible o inflexible. Un caldo nutritivo fluye continuamente sobre el biocatalizador inmovilizado. Los productos adquiridos en el biorreactor de lecho compacto se lanzan al fluido y se eliminan. Si bien el deslizamiento del fluido puede ser hacia arriba o hacia abajo, se prefiere el flujo hacia abajo por gravedad.

Expansión celular y siembra.
Los biorreactores se utilizan para expandir y proliferar células para obtener una población celular suficiente para la ingeniería de tejidos. Esto es particularmente importante cuando se utilizan células primarias o células madre. Los biorreactores pueden garantizar una distribución celular uniforme en los andamios.

Construcción de tejido 3D
Los biorreactores permiten el ensamblaje capa por capa de construcciones de tejido en 3D. Permiten la colocación precisa de células, factores de crecimiento y biomateriales para crear estructuras tisulares complejas que imitan los tejidos nativos.

Vascularización
Generar redes de vasos sanguíneos funcionales dentro de tejidos diseñados es fundamental para garantizar un suministro adecuado de nutrientes y oxígeno. Los biorreactores pueden promover el desarrollo de redes vasculares proporcionando flujo controlado y tensión de corte.

Suministro controlado de oxígeno y nutrientes.
Los biorreactores mantienen gradientes de oxígeno y nutrientes dentro de las construcciones de tejidos, lo cual es esencial para la viabilidad celular y el desarrollo de los tejidos. También pueden eliminar los productos de desecho de manera eficiente. Los biorreactores pueden aplicar fuerzas mecánicas, como compresión, tensión y cizallamiento, para imitar condiciones fisiológicas.

Ampliar la producción
Los biorreactores se emplean para aumentar la producción de tejido para aplicaciones clínicas. Garantizan que los tejidos diseñados cumplan con los estándares de calidad y cantidad necesarios para el trasplante. Los biorreactores son herramientas versátiles en ingeniería de tejidos que permiten la creación de tejidos y órganos complejos y funcionales.

● En primer lugar, las células deben obtenerse y cultivarse en pequeños matraces que contengan medios de cultivo celular, lo que proporciona a las células un entorno rico en nutrientes en el que pueden proliferar cómodamente.

● Cuando las células comienzan a crecer más que los matraces, se transfieren a una casa más grande, que podría ser un matraz más grande o un biorreactor pequeño. Este proceso de "calibración" se conoce como "tren de siembra" y garantiza que las células siempre crezcan en condiciones óptimas.

● Antes de que las células entren en un biorreactor, el recipiente se programa para cumplir con parámetros específicos y se agregan medios.

● Cuando las condiciones son adecuadas, las células se introducen en el biorreactor y se les permite proliferar, ya sea en estructuras, si son el tipo de células a las que les gusta adherirse a las superficies, o en suspensión, como nuestras células, que proliferan felizmente mientras flotan a través del biorreactor. medios en movimiento. Las condiciones se monitorean constantemente durante la duración del "funcionamiento" o ciclo del biorreactor. Dependiendo del diseño del biorreactor y del proceso utilizado para cultivar las células, se pueden tomar otras medidas para mantener las condiciones óptimas.

● Cuando las células alcanzan una densidad óptima, se "cosechan" o se retiran y limpian, o se separan del medio y los desechos que puedan haberse acumulado durante el experimento. Luego, los científicos pueden utilizar las células para diversos fines. En nuestro caso, utilizamos la biomasa para elaborar tiras de pollo, kebabs y otros tipos de carne familiares.

Características del producto
El valor y el volumen del producto que se produce influyen en los requisitos de diseño. Las bebidas a base de alcohol de bajo valor y gran volumen pueden requerir fermentadores más simples sin necesidad de condiciones asépticas. Por otro lado, los productos de alto valor y bajo volumen a menudo requieren procesos más complejos y condiciones asépticas para mantener la calidad del producto.

Niveles de sustrato y producto
Es necesario controlar cuidadosamente los niveles de sustratos (sustancias de partida) y productos en la mezcla de reacción. Niveles inadecuados de sustratos o la presencia de exceso de productos pueden dificultar el proceso. Es crucial mantener condiciones óptimas para el desarrollo celular, las enzimas intracelulares y la formación de productos, como proporcionar nutrición adecuada, sales, oxígeno y mantener la temperatura, la concentración de reactivos y el pH adecuados dentro de un rango estrecho.

Sustancias, inhibidores y efectores.
Sustancias específicas, inhibidores, efectores y productos metabólicos pueden tener un impacto en la velocidad y la naturaleza de las reacciones y la regulación intracelular. Estos factores deben considerarse en el diseño para garantizar un rendimiento óptimo del proceso.

Sustratos y contaminantes no convencionales
Los microorganismos utilizados en biorreactores pueden metabolizar sustratos no convencionales o incluso contaminantes presentes en materias primas, como celulosa, minerales, almidón, desechos y contaminación del aire. Diseñar biorreactores que puedan manejar dichos sustratos, incluidos medios altamente viscosos, es importante para un bioprocesamiento eficiente y eficaz.

Características de los microorganismos
A diferencia de las enzimas y productos químicos aislados, los microorganismos pueden ajustar la estructura y función de sus enzimas en respuesta a las condiciones del proceso. Esta adaptabilidad puede afectar su productividad y selectividad. Además, los microorganismos son susceptibles a mutaciones, que pueden ocurrir bajo ciertas condiciones, lo que requiere consideraciones de diseño cuidadosas.

Influencias ambientales
Los microorganismos suelen ser vulnerables a altas tensiones de cizallamiento, así como a influencias químicas y térmicas. Diseñar biorreactores que minimicen estas tensiones y proporcionen un ambiente estable y controlado es crucial para mantener una actividad microbiana óptima.

Sistemas de reacción
Los biorreactores suelen implicar sistemas gas-líquido-sólido, siendo la fase líquida predominantemente acuosa. Es necesario diseñar mecanismos apropiados de mezcla, aireación y separación para garantizar una transferencia de masa y una cinética de reacción eficientes.

Dinámica y crecimiento
Los biorreactores continuos, en particular, pueden exhibir un comportamiento dinámico complejo debido al flujo continuo y las condiciones variables. Además, durante la conversión bioquímica, la masa de células microbianas puede crecer, lo que produce efectos como crecimiento en las paredes, floculación y autólisis. Estos fenómenos relacionados con el crecimiento deben tenerse en cuenta en el diseño del biorreactor.

Trabajar con fermentadores requiere un estricto cumplimiento de las precauciones de seguridad establecidas para salvaguardar el bienestar del personal y mantener un entorno de trabajo seguro. El equipo de protección personal (EPP) juega un papel vital a la hora de minimizar el riesgo de exposición a sustancias potencialmente peligrosas. Es esencial que los operadores usen EPP adecuados, como guantes, gafas protectoras y batas de laboratorio, para protegerse de salpicaduras de productos químicos, partículas en el aire y cualquier peligro biológico potencial.

Además, la manipulación y eliminación adecuadas de los productos químicos son de suma importancia para prevenir accidentes y minimizar el impacto ambiental. Es fundamental seguir los protocolos establecidos para el almacenamiento, manipulación y eliminación seguros de los productos químicos utilizados en el proceso de fermentación. El mantenimiento y la calibración regulares del equipo también son esenciales para garantizar que los fermentadores funcionen de manera óptima y evitar posibles fallos de funcionamiento que puedan comprometer la seguridad.

Además de estas medidas, se deben realizar auditorías de seguridad de rutina para identificar posibles peligros o áreas de mejora. Estas auditorías ayudan a evaluar la eficacia de los protocolos de seguridad existentes e identificar oportunidades para mejorar las medidas de seguridad. Al monitorear y evaluar continuamente las prácticas de seguridad, las organizaciones pueden abordar de manera proactiva cualquier inquietud de seguridad y mantener una cultura de seguridad en el lugar de trabajo.

Mantener los fermentadores y cumplir con estrictos protocolos de seguridad es crucial para el funcionamiento eficiente y seguro de los procesos de fermentación. Los procedimientos minuciosos de limpieza y esterilización, junto con la implementación de precauciones de seguridad integrales, contribuyen a un entorno de trabajo seguro y garantizan la integridad del proceso de fermentación. Al priorizar las medidas de mantenimiento y seguridad, las organizaciones pueden minimizar los riesgos, proteger al personal y lograr resultados consistentes y confiables en sus operaciones de fermentación.