Tendencias de desarrollo de reactores de cultivo de células animales

Durante mucho tiempo, la idea básica y el método de optimización y amplificación del proceso de fermentación es un método de operación estática basado en la dinámica clásica y en el control óptimo del proceso. punto. En esencia, esto es sólo una extensión del concepto de macrodinámica química en la ingeniería de fermentación. Por ejemplo, cuando se utiliza amoníaco para ajustar el pH, la atención se centra en el valor de pH óptimo, mientras que se ignoran los cambios dinámicos en la dosis de amoníaco y su relación con otros parámetros. En la medición y control de la concentración de oxígeno disuelto (OD), la atención se centra en el valor óptimo de OD o valor crítico, mientras que se ignora la tasa de consumo de oxígeno durante el metabolismo celular. Obviamente, existen grandes limitaciones cuando se utilizan en procesos de fermentación donde el metabolismo de las células vivas es el cuerpo principal, y se debe prestar atención a la existencia de un flujo metabólico celular. Con el desarrollo de la tecnología de detección de procesos y la tecnología informática, el Centro Nacional de Investigación de Tecnología de Ingeniería Bioquímica (Shanghai) ha diseñado un nuevo concepto de dispositivo de fermentación (organizado y producido por Shanghai Guoqiang Biochemical Engineering Equipment Co., Ltd., con la forma de FUS- 50L(A) ), para estudios multiescala de procesos biológicos. Este dispositivo parte de la perspectiva de la detección logística en biorreactores, tiene más de 14 detección o control de parámetros en línea y apuesta por desarrollar un dispositivo que se adapte a diversas características del reactor e integre varias teorías de procesos y teorías de control. Durante el proceso de fermentación de guanosina, se descubrió la migración del flujo metabólico celular a partir de los parámetros medidos del reactor, logrando así la optimización del proceso []. Este producto se ha utilizado con éxito en penicilina, eritromicina, clortetraciclina para piensos, estreptomicina, flavomicina, tilosina, ácido clavulánico, guanosina, inosina, albúmina genéticamente modificada, vacuna contra la malaria genéticamente modificada, fitasa genéticamente modificada, proinsulina (PIP), espiramicina genéticamente modificada y otros. Los productos han aumentado considerablemente la capacidad de la unidad de fermentación y los resultados de la optimización generalmente se pueden ampliar directamente desde decenas de litros de tanques de fermentación a cientos de metros cúbicos de tanques de fermentación de producción industrial.

2. Biorreactores para cultivo a gran escala de células animales

Debido a defectos en la transcripción y modificación de los sistemas de expresión de células procarióticas como las bacterias, se dificulta el desarrollo de muchas proteínas importantes, especialmente las Las necesidades de fármacos, vacunas y anticuerpos glicosilados genéticamente modificados han hecho que los sistemas de expresión de células de mamíferos sean una herramienta más adecuada, por lo que los sistemas de expresión de células de mamíferos han atraído la atención de todos. La industria biofarmacéutica basada en tecnología de cultivo de mamíferos a gran escala se está desarrollando rápidamente en Estados Unidos y otros países occidentales. Decenas de productos han entrado en el mercado y han logrado enormes beneficios económicos y sociales. Los biorreactores de células animales utilizados para la producción en el extranjero solían ser sistemas de control informático a gran escala (hasta toneladas), multiparamétricos y altamente automatizados, y se han diseñado reactores adaptados a la alta sensibilidad de las células animales a grandes factores ambientales. y fabricado localmente, y ha sido comercializado para los usuarios. Durante el "Séptimo Plan Quinquenal" al "Octavo Plan Quinquenal", mi país inició una investigación sobre biorreactores de células animales y logró grandes avances. Sin embargo, debido a los altos requisitos técnicos y las barreras técnicas para el cultivo de células de mamíferos, a las empresas relevantes les resulta difícil realizar trabajos únicamente mediante simulación sin dominar la tecnología central. Los productos expresados ​​​​en células, como los anticuerpos, tienen una gran cantidad de medicamentos, y la tecnología de desarrollo biofarmacéutico inicial que han dominado las instituciones de investigación científica de mi país es difícil de aplicar al proceso de producción de nuevos medicamentos y es necesario explorarla nuevamente; el atraso de las tecnologías de apoyo ascendentes, como las líneas celulares, la brecha en la tecnología de desarrollo de reactores, la investigación de ingeniería bioquímica insuficiente hace que sea difícil dominar la construcción de líneas celulares de alta expresión y la tecnología de cultivo celular a gran escala, y es difícil avanzar cuellos de botella técnicos. La industria de biorreactores de células animales de China todavía está casi en blanco.

3. Agitador de control de alimentación y medición del pH: el desarrollo de la tecnología de aplicación de agitadores.

Desde la aparición del agitador en la década de 1930, se ha utilizado como equipo especial indispensable en procesos de reacción biológica, como cribado de microorganismos, líneas celulares animales y vegetales, cultivo de expansión de semillas, etc. Debido a las características del equipo de la mesa vibratoria, es imposible medir los parámetros relevantes en el proceso de cultivo en tiempo real y controlar la alimentación durante el proceso. Por lo tanto, los resultados de la colocación de los biberones en la mesa vibratoria se han utilizado como datos experimentales. mucho tiempo. Cuando se utiliza como base para estudiar cambios en las características fisiológicas de cepas bacterianas, los efectos de los componentes del medio de cultivo y los cambios en las condiciones ambientales como la temperatura y el pH, en realidad es un método de análisis estático que carece de investigación de procesos. Las limitaciones de este enfoque son obvias. Por ejemplo, cuando este método se utiliza como tecnología de posproducción para cepas, el método tradicional de detección en matraz agitado a menudo carece de alimentación o suministro de oxígeno, y no necesariamente se encuentra en el estado más razonable de distribución del flujo metabólico, por lo que habrá fugas graves. de cepas de alto rendimiento. Por lo tanto, importantes empresas nacionales y extranjeras han prestado atención al desarrollo de agitadores medidores de pH y productos moldeados.

4. Diseño del sistema piloto del biorreactor.

Para productos biotecnológicos tradicionales con gran capacidad de producción, con el fin de optimizar el proceso de los productos que han pasado investigaciones preliminares (investigación de laboratorio y análisis de mercado), lograr un mayor nivel de producción o calidad a escala piloto, además proporcionar la base para la amplificación del proceso y el diseño de equipos para la producción en taller, realizar producción en lotes pequeños cuando sea necesario y proporcionar muestras de prueba de aplicación o productos parciales para ventas en el mercado. Por lo tanto, en los últimos años, muchas empresas relacionadas con la producción de productos fermentados necesitan establecer urgentemente un taller piloto de fermentación multifuncional.

5. Investigación sobre el diseño y tecnología de fabricación de biorreactores a gran escala.

Con el rápido desarrollo de la industria de la fermentación en las últimas décadas, los proyectos de fermentación tienden a ser a gran escala, eficientes y automatizados. En cuanto a los productos biotecnológicos tradicionales, en decenas o cientos de M3 se están desarrollando algunos aminoácidos, antibióticos o productos ligeros de fermentación. Algunas fábricas antiguas que solían tener tanques de fermentación a pequeña escala se han trasladado a nuevas fábricas y, por lo general, requieren una ampliación de la escala de los tanques de fermentación. Los productos genéticamente modificados generalmente tienen un alto valor agregado y no requieren grandes biorreactores. Sin embargo, en los últimos años, con el desarrollo de la tecnología de producción de enzimas genéticamente modificadas, como la exitosa investigación sobre la fitasa genéticamente modificada, y la gran demanda de aditivos alimentarios, es imperativo desarrollar biorreactores a gran escala de alta densidad y alta expresión. Para la ingeniería genética. Especialmente en el futuro, con el agotamiento de la energía mineral, el uso de biomasa para producir etanol combustible se ha colocado en una agenda estratégica importante. La aplicación de dispositivos de fermentación a gran escala de alta eficiencia y ahorro de energía es una tecnología clave indispensable. reducir los costos de producción, como los Estados Unidos, Brasil Equipos de fermentación con una capacidad superior a 2000M3 en otros países.