Disseny i desenvolupament de minibioreactors amb instrumentació per a l'optimització de cultius cel· lulars

L’activitat de recerca i desenvolupament en el camp de la biotecnologia genera de forma altament dinamica noves cel· lules i productes d’interes en multiples sectors. En aquest context, cal explorar en temps raonables i amb mitjans altament tecnificats i estandarditzats, el potencial productor de les diferents cel· lules modificades, en quant al seu creixement, la capacitat produccio i la qualitat dels productes obtinguts. Establir les condicions d’un proces productiu basat en cel· lules requereix completar un nombre d’etapes molt elevat: des de la seleccio del model cel· lular i la realitzacio de treballs de biologia molecular fins a assolir un proces productiu amb unes condicions optimitzades. En aquest treball es presenta el disseny i desenvolupament d’un sistema de multiples minibioreactors orientats a escometre les primeres fases del desenvolupament del bioproces de forma rapida, sistematica i amb informacio rellevant sobre l’evolucio de les principals variables de cultiu, de manera que sigui possible realitzar, entre altres experiments, la seleccio de clons, caracteritzacio del seu comportament en cultiu, optimitzacio de medis de cultiu, i proves de toxicitat de molecules sobre els perfils dels cultius. El disseny del sistema de multiples minibioreactors presentat reuneix els avantatges dels sistemes habituals de cultiu a petita escala, com son el treball amb volums reduits i la capacitat de realitzar diversos cultius en paral· lel, aixi com els avantatges del treball amb reactors de major volum, com son l’homogeneitat i el coneixement que les principals variables del cultiu estan en valors no limitants per a aquest. Aixi doncs, s’ha donat una elevada importancia a que els minibioreactors disposin d’un sistema d’agitacio que permeti assegurar l’homogeneitat del seu contingut, i a disposar de sistemes de seguiment. Aquests permeten d’una banda coneixer els valors de les variables dels cultius, i d’altra banda la caracteritzacio del comportament de les cel· lules estudiades, obtenint dades utils per al disseny dels bioprocessos corresponents que puguin ser transferires amb exit els processos cap a majors escales, i permetent prosseguir el cami cap a l’escala de produccio sense que apareguin incidencies, basicament perdues de productivitat, degudes a la manca de coneixement existent habitualment en les cultius a petita escala. Previament a iniciar l’etapa de desenvolupament tecnologic, s’ha realitzat un estudi preliminar per tal de tenir un major coneixement de les prestacions necessaries dels equips, tant pel que fa a la funcionalitat dels sistemes que proporcionen les condicions necessaries per al creixement dels cultius (agitacio i aeracio), com pel que fa a la potencialitat i limitacions dels sistemes de seguiment seleccionats. D’entrada, l’objectiu ha estat seguir el pH i l’oxigen dissolt com a variables del cultiu, la concentracio cel· lular per a coneixer el creixement, i el consum d’oxigen com a indicador metabolic, si be el pH tambe es una variable que dona informacio interessant relativa al metabolisme i fisiologia dels cultius. Donats els diferents enfocaments de desenvolupament possibles en funcio dels models cel· lulars a emprar, se n’ha seleccionat un d’ells, les cel· lules animals. Aixi, el disseny detallat del sistema de minibioreactors s’ha orientat cap a aplicacions amb aquest model cel· lular, i aquesta eleccio tambe s’ha tingut en compte en el capitol de desenvolupament, on s’han posat a punt els sistemes per a permetre la realitzacio d’aquest tipus de cultius (basicament agitacio i aeracio), realitzant una caracteritzacio hidrodinamica dels minibioreactors desenvolupats. D’altra banda, tambe en aquest capitol es presenta el desenvolupament de les tecniques per a seguir la concentracio cel· lular, el pH, l’oxigen dissolt i consum d’oxigen. La darrera part d’aquest treball, una vegada desenvolupades i validades les diferents tecnologies, consta de la realitzacio de cultius emprant diferents tipus de cel· lules, valorant la reproduibilitat de l’equip i discutint la informacio que aquest proporciona quan una linia cel· lular es cultiva a condicions diferents. Finalment, tambe cal remarcar que aquest treball obre les portes al desenvolupament de noves prestacions per al sistema de multiples minibioreactors desenvolupat, com son el control del pH i de l’oxigen dissolt, i la possible utilitzacio del sistema per al cultiu de bacteris i llevats.