Biorreator de cultura celular

Tipos de biorreatores de cultura celular

Um biorreator de cultura celular é um dispositivo ou recipiente de cultura celular inventado para fornecer um ambiente ideal e controlado para o crescimento e multiplicação de células. É usado principalmente no campo da biotecnologia para engenharia biológica, engenharia de tecidos e engenharia genética, entre outros. Existem vários tipos de biorreatores, cada um com suas características distintas.

• Biorreator de Tanque Agitado:

  Um biorreator de tanque agitado é um recipiente em forma de C composto por aço inoxidável, vidro ou plástico de uso único. Normalmente, é equipado com um agitador e um motor para garantir a mistura uniforme e a distribuição de nutrientes, oxigênio e resíduos por toda a cultura. O movimento constante das células também fornece tensão de cisalhamento que ajuda no crescimento e metabolismo celular. Os biorreatores vêm em diferentes volumes para atender às diversas necessidades. O tamanho também pode ser personalizado para atender a requisitos específicos. Enquanto alguns têm topos abertos, outros têm topos de parede fechados ou permeáveis ​​a gases. Eles são amplamente utilizados na cultura celular em escala industrial.

• Biorreator de Saco Ondulante:

  Os biorreatores de saco ondulante são compostos por sacos plásticos flexíveis. Como os biorreatores de tanque agitado, esses sacos também são parcialmente preenchidos com fluido de cultura celular. Uma incubadora com uma plataforma que pode ser movida para frente e para trás aplica então uma força de movimento suave aos sacos. Esse movimento causa uma leve agitação dos sacos, expondo as células à solução de cultura e ao ar. Além do baixo custo de produção e da fácil limpeza, os biorreatores de saco ondulante também oferecem altas taxas de transferência de gás e bons padrões de mistura. Eles são adequados para cultivar células dependentes de ancoragem e populações heterogêneas de células.

• Biorreator Aspirado:

  Um biorreator aspirado possui um aspirador que produz bolhas de gás para garantir a oxigenação adequada e a mistura do meio de cultura celular. Funciona usando uma bomba para lançar para trás e para frente o fluido de cultura, a fim de eliminar as bolhas de gás e facilitar a dissolução do oxigênio no fluido de cultura. Isso oferece um benefício duplo de fornecer nutrientes para o crescimento celular e fornecer oxigênio suficiente às células. Embora esses tipos de biorreatores sejam frequentemente usados ​​para culturas microbianas de alta densidade, eles também podem ser adaptados para culturas de células de mamíferos e insetos quando modificados adequadamente.

• Biorreator de Leito Fluidizado:

  Em um biorreator de leito fluidizado, pequenas partículas de suporte atuam como carreadores de células imobilizadas. O líquido de cultura é então bombeado para cima através do vaso para garantir a fluidização das partículas de suporte e a mistura em suspensão. O líquido de cultura percola as células e as partículas de suporte, permitindo a difusão de nutrientes e a troca de massa. Esse tipo de biorreator é ideal para a produção em grande escala de enzimas e anticorpos.

Especificação e manutenção de biorreatores de cultura celular

As especificações dos biorreatores para culturas celulares variam dependendo do modelo e do design. Abaixo estão algumas especificações-chave, juntamente com os requisitos típicos de manutenção:

• Materiais

  A maioria dos biorreatores é feita de aço inoxidável, plástico, vidro ou ligas, que são biologicamente compatíveis e estéreis. Os componentes são limpos regularmente e inspecionados para verificar se há danos. Eles são substituídos prontamente para evitar contaminação.

• Tamanhos

  Geralmente, os biorreatores de cultura celular estão disponíveis em escalas pequenas (litros) e grandes (centenas de litros). Operações em batelada, alimentada, contínua e de perfusão são realizadas em biorreatores pequenos, como biorreatores in vitro para engenharia de células e tecidos.

  Modelos de biorreatores grandes são adequados para realizar a produção em grande escala de células ou tecidos. Eles são usados ​​durante as aplicações comerciais, por exemplo, a produção de anticorpos monoclonais e outras proteínas terapêuticas. A programação e a intensificação dos bioprocessos são cuidadosamente monitoradas. Os registros são mantidos para garantir que as células ou tecidos sejam produzidos na quantidade desejada.

  Ao operar biorreatores em larga escala, apenas pessoal treinado está envolvido no processo. Eles estão familiarizados com os requisitos específicos da célula ou tecido que está sendo produzido. Todos os procedimentos operacionais padrão são seguidos, incluindo a formulação e a esterilização do meio.

• Sistemas de controle

  Biorreatores modernos possuem sistemas de controle avançados com recursos automatizados, como laços de retroalimentação de computador e monitoramento. Sistemas de controle básicos, como medições manuais de pH e adição de reagentes, são realizados em biorreatores com recursos automatizados limitados. Independentemente do tipo de sistema de controle disponível, operadores e técnicos garantem que o controlador, sensores, atuadores e outros componentes automatizados funcionem bem. Eles calibram os sensores e controladores de acordo com as especificações do fabricante. Além disso, eles revisam a lógica de controle e a sequência automatizada para garantir que sejam personalizadas e seguras para o processo.

• Agitação

  Embora alguns biorreatores celulares dependam da gravidade ou do movimento aleatório para a mistura, outros possuem sistemas de agitação automatizados. As propriedades de mistura são analisadas e otimizadas rotineiramente para garantir que as células cresçam uniformemente no meio. Além disso, o motor do biorreator, caixas de engrenagens, acoplamentos e correias de acionamento são verificados para sinais de desgaste ou danos aos sistemas de mistura e agitação. Quaisquer problemas são resolvidos antes que os componentes de agitação falhem e comprometam as culturas.

• Transferência de oxigênio

  A transferência de massa de oxigênio é crítica para o bioprocessamento para garantir o crescimento microbiano e celular. Os operadores garantem que haja transferência de oxigênio suficiente e realizam a manutenção oportuna dos sistemas de aeração e agitação. Os sistemas de aspersão são verificados para obstrução, danos ou vazamentos. Além disso, os parâmetros operacionais, como taxas de fluxo de ar e pressões, são otimizados para a composição do gás e o bioprocesso desejado. Para células que precisam de outros gases além do oxigênio, os sistemas de mistura de gás são verificados para garantir que as taxas de fluxo, pressões e composições sejam precisas.

Cenários em que biorreatores de cultura celular são usados

Os biorreatores para cultura celular são comumente usados ​​nas seguintes áreas:

• Indústria farmacêutica

  Os biorreatores de cultura celular são amplamente utilizados no desenvolvimento e produção de medicamentos. Os biorreatores fornecem um ambiente controlado para o crescimento e produção de vários medicamentos terapêuticos, como anticorpos, vacinas e proteínas recombinantes. A cultura celular em biorreatores em larga escala também permite a produção de alto rendimento para atender às demandas do mercado farmacêutico.

• Indústria alimentícia

  Na indústria alimentícia, os biorreatores de cultura celular são utilizados no desenvolvimento de carne cultivada ou proteína baseada em células. A tecnologia de fermentação de biorreatores de cultura celular é empregada para cultivar células animais e formar tecido muscular fora do corpo do animal. Essa abordagem oferece uma alternativa à agricultura animal tradicional e aborda questões de sustentabilidade e ética.

• Aplicações ambientais

  Biorreatores para cultura celular podem ser usados ​​para fins ambientais, como tratamento de resíduos e remediação. Por exemplo, sistemas baseados em biorreatores podem ser empregados para tratar água residual usando células cultivadas para degradar poluentes orgânicos. Além disso, os biorreatores podem ser utilizados para biorremediação para limpar solos ou água contaminados por meio da cultura de células microbianas.

• Terapia celular e engenharia de tecidos

  Os biorreatores de cultura celular desempenham um papel crucial nas aplicações de terapia celular e engenharia de tecidos. Eles fornecem um ambiente propício para expandir e diferenciar células-tronco ou células primárias usadas na medicina regenerativa. Os biorreatores também suportam o andaimeamento e o crescimento de células para formar construções de tecidos ou organoides que podem ser usados ​​para transplante ou teste de medicamentos.

• Universidades e institutos de pesquisa

  Universidades e institutos de pesquisa utilizam a tecnologia de biorreatores de cultura celular para diversos fins de pesquisa. Isso inclui estudos fundamentais sobre o comportamento celular, metabolismo e interações, bem como pesquisa aplicada para desenvolver novos processos ou produtos biotecnológicos. Os sistemas de biorreatores oferecem aos pesquisadores as ferramentas para manipular e controlar os ambientes celulares em diferentes escalas.

Como escolher biorreatores de cultura celular

Ao escolher um biorreator para cultura celular, vários fatores são importantes para garantir que o biorreator selecionado atenda aos requisitos específicos do organismo, à aplicação pretendida e ao orçamento e recursos disponíveis.

• Organismo e Sistema de Cultura:

  Identifique o organismo que será cultivado no biorreator, como bactérias, leveduras, células animais ou células vegetais. Diferentes organismos têm requisitos de crescimento distintos. Além disso, considere o sistema de cultura necessário para a aplicação, como células aderentes em tecidos ou células em suspensão. O sistema de cultura escolhido pode afetar a escolha do design e da tecnologia do biorreator.

• Escalabilidade:

  Considere o tamanho do biorreator necessário. Ele deve ser grande o suficiente para produzir o volume de cultura celular desejado, mas não tão grande a ponto de ser desperdiçado. O biorreator escolhido também deve se ajustar à escala de produção atualmente utilizada e a quaisquer necessidades futuras.

• Recursos Técnicos:

  Ao selecionar um biorreator, considere os recursos técnicos importantes que ele possui. Isso inclui coisas como o design do reator, a forma como ele é misturado, como ele é controlado e como ele é amostrado. O biorreator específico escolhido deve atender às necessidades da cultura celular e aos objetivos da pesquisa ou produção.

• Restrições de orçamento e recursos:

  Ao selecionar um biorreator, é importante considerar o orçamento e os recursos disponíveis. Para fazer uma escolha informada, avalie cuidadosamente os custos do biorreator, incluindo sua compra, operação, manutenção e quaisquer despesas associadas ao processamento a jusante. Avalie se o biorreator selecionado exigirá experiência ou pessoal especializado para operar e considere a disponibilidade de recursos internos.

P&R

P: Quais são as tendências no design de biorreatores?

R: Tendências recentes no design de biorreatores indicam uma preferência por biorreatores de cultura celular em grande escala. A demanda por biorreatores usados ​​em cultura celular está aumentando significativamente, especialmente nos setores farmacêutico e biotecnológico.

P: Quais são as forças do mercado de biorreatores de cultura celular?

R: A força-chave do mercado de biorreatores de cultura celular é sua diversidade de aplicações. Há uma demanda significativa por bioprodutos como vacinas, anticorpos e terapias baseadas em células impulsionando a necessidade de sistemas de biorreatores avançados.

P: Quais são as oportunidades no mercado de biorreatores de cultura celular?

R: O mercado de biorreatores de cultura celular possui vastas oportunidades. O desenvolvimento de biorreatores de uso único está revolucionando a indústria ao reduzir o risco de contaminação e aumentar a flexibilidade para a fabricação por contrato. Além disso, a tendência em direção à automação, digitalização e aplicação de inteligência artificial em sistemas de biorreatores cria um potencial de mercado substancial para inovação e soluções.

P: Quais são os desafios no mercado de biorreatores de cultura celular?

R: O mercado de biorreatores de cultura celular enfrenta alguns desafios. O alto custo de sistemas de biorreatores avançados pode limitar sua acessibilidade para pequenas e médias empresas. Além disso, garantir a escalabilidade do sistema para atender às diferentes demandas de produção, mantendo a eficiência do processo, é outro desafio.