En el campo de la biotecnología, la elección del biorreactor adecuado es crucial para optimizar la producción de proteínas recombinantes, anticuerpos monoclonales y otros productos biotecnológicos. Dos de los modos de funcionamiento más comunes en el bioprocesamiento son la perfusión y la alimentación por lotes. Ambos tienen ventajas y limitaciones específicas que los hacen más adecuados para diferentes aplicaciones. En este blog, exploraremos las diferencias clave entre estos dos métodos de cultivo celular.
La perfusión: Un proceso continuo
El proceso de perfusión implica la adición continua de nutrientes frescos y la eliminación simultánea de productos metabólicos y células muertas del biorreactor. Esto se hace manteniendo un volumen de cultivo constante. En otras palabras, el medio de cultivo se sustituye periódicamente para mantener unas condiciones óptimas de crecimiento y productividad celular.
Una de las principales ventajas de la perfusión es su capacidad para mantener densidades celulares elevadas y un entorno estable durante largos periodos de tiempo. Esto se traduce en un aumento de la productividad, especialmente para productos que requieren una alta calidad constante. Al funcionar de forma continua, las células se mantienen en un estado fisiológico óptimo, lo que puede mejorar la calidad del producto y reducir las variaciones de rendimiento.
Además, la perfusión es ideal para procesos en los que es crucial mantener concentraciones bajas de productos tóxicos o subproductos metabólicos. Este método también permite prolongar la fase productiva de las células, lo que puede ser ventajoso en la producción de biológicos complejos.
Sin embargo, la perfusión tiene algunas desventajas, como la necesidad de un equipo más complejo y unos costes de funcionamiento más elevados debido a la continua entrada y salida de medios de cultivo. Además, el control del proceso puede ser más complicado, y es necesario garantizar que los sistemas de filtración utilizados para eliminar las células y los restos no afecten negativamente a la viabilidad celular o a la calidad del producto final.
Lote alimentado: Un proceso semicontinuo
Por otro lado, el proceso por lotes alimentados es un modo de funcionamiento semicontinuo en el que los nutrientes se añaden al biorreactor en incrementos, sin retirar el medio de cultivo. En lugar de mantener un volumen constante, el volumen del cultivo puede aumentar durante el proceso. El objetivo es prolongar la fase de crecimiento exponencial de las células y, posteriormente, la fase de producción del producto deseado.
La alimentación por lotes se utiliza mucho por su sencillez y eficacia. Permite un buen control de la concentración de nutrientes y de la tasa de crecimiento celular, lo que es crucial para optimizar la producción de biomasa y productos. Evitando la acumulación excesiva de productos tóxicos y controlando la tasa de alimentación de nutrientes, se puede mejorar significativamente la productividad global.
Este método es especialmente útil en la producción de productos que no toleran bien las condiciones de alta densidad celular o son más susceptibles a la acumulación de productos tóxicos. Además, en comparación con la perfusión, el fed-batch suele requerir menos inversión en equipos y es más fácil de aplicar a escala industrial.
Sin embargo, la alimentación por lotes también presenta retos. Por ejemplo, la acumulación de productos de desecho puede provocar la inhibición del crecimiento celular o la degradación del producto si no se maneja adecuadamente. Además, las variaciones en la adición de nutrientes pueden provocar fluctuaciones en la calidad del producto, lo que puede ser un problema en aplicaciones que requieran una gran constancia.
Conclusión
La elección entre un biorreactor de perfusión y uno de alimentación por lotes depende en gran medida del tipo de producto biológico que se vaya a producir, así como de los requisitos específicos del proceso. Aunque la perfusión ofrece ventajas en cuanto a productividad y estabilidad del proceso, su complejidad y coste pueden ser limitantes. Por otra parte, el fed-batch es más sencillo y barato, pero puede ser menos eficaz en términos de control de calidad y productividad que la perfusión.
En última instancia, los ingenieros y científicos de bioprocesos deben evaluar cuidadosamente sus necesidades específicas de producción para seleccionar el modo de funcionamiento más adecuado.
Preguntas Frecuentes (FAQ)
Un biorreactor fed-batch es un sistema de cultivo en el que se añaden nutrientes de forma controlada a intervalos regulares sin retirar el medio de cultivo. Esto permite prolongar la fase de crecimiento celular y optimizar la producción del producto deseado.
El biorreactor fed-batch es sencillo de implementar, permite un control preciso sobre la concentración de nutrientes y es ideal para procesos industriales que requieren flexibilidad y una menor inversión en equipos.
Las principales ventajas incluyen la capacidad de mantener densidades celulares elevadas, reducir la acumulación de productos tóxicos y mejorar la calidad del producto final al mantener un entorno estable durante la producción.
Generalmente, un biorreactor de perfusión es más caro de operar debido a la necesidad de equipos adicionales y un control de procesos más complejo.
Los biorreactores de perfusión son ideales para productos de alta calidad y estabilidad, mientras que los fed-batch se prefieren por su simplicidad y menor coste inicial.
Fuentes de información
ScienceDirect. (s.f.). Funcionamiento Fed-Batch. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fed-batch-operation
ScienceDirect. (s.f.). Bioprocesamiento continuo. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369703X19302311
