Os bioprocessos utilizam microrganismos, células, enzimas e organismos autotróficos para obtenção de produtos de interesse humano, e podem ser realizados em equipamentos como a incubadora orbital tipo shaker ou o biorreator. Em textos anteriores, destacamos como escolher o tipo de incubadora orbital, quais as boas práticas para utilizá-la e como melhorar a produtividade de um bioprocesso.
Mas, e o biorreator? Você sabe como ele funciona e quais são as diferenças entre ele e uma incubadora orbital? Você conhece boas práticas para transferir seu bioprocesso de uma incubadora orbital para um biorreator? Vamos entender mais sobre isso!
Diferença entre incubadora orbital e biorreator
A incubadora orbital é um dos equipamentos mais utilizados para os bioprocessos em laboratórios. Embora perca na capacidade de controle dos parâmetros e coleta de dados, permite a realização de uma maior quantidade de experimentos simultâneos sob uma mesma condição. Normalmente é usada nas fases iniciais do desenvolvimento do projeto, em triagens, e para fazer a reativação e o cultivo inicial do inóculo em processos industriais.
O biorreator é o equipamento considerado mais especializado para aplicações industriais e acadêmicas em média e larga escala, possibilitando maior rendimento e produtividade aos experimentos. As versões mais modernas possuem estrutura cada vez mais compacta e com diferentes possibilidades de uso, tanto em escala laboratorial quanto industrial.
Uma das principais diferenças entre incubadora orbital e biorreator é a capacidade de volume de trabalho. A incubadora orbital permite o cultivo em recipientes de pequenos volumes (como por exemplo placas de poços profundos, com volumes entre 1 mililitro a volumes maiores de até 2 litros de volume de trabalho por frasco). Os biorreatores, no entanto, tem capacidades de volumes maiores de trabalho: o biorreator de “bancada” trabalha normalmente com poucos litros (entre 120 mililitros até 10 litros); o biorreator de planta piloto (um nível intermediário entre laboratório e indústria) possui volumes de trabalho que podem chegar até cerca de 300 litros; e biorreatores industriais tem capacidade de trabalho para centenas a milhares de litros.
Por que transferir seu bioprocesso de uma incubadora orbital para um biorreator?
Muitos pesquisadores ainda acham que os biorreatores são equipamentos complexos e de alto custo, mas o uso do biorreator em um bioprocesso traz vantagens que aprimoram os seus resultados e permitem a ampliação da escala, ou seja, o trabalho com volumes maiores, em condições mais próximas de um bioprocesso industrial. As principais vantagens são listadas a seguir:
- Alta produtividade e rendimento: O uso do biorreator permite obtenção de densidades celulares mais altas (maior rendimento) em menos tempo e maior conversão do substrato em produto, devido a melhores condições de mistura e aeração.
- Informações em tempo real: A coleta de informações em tempo real possibilita maior medição e controle dos parâmetros individuais como temperatura e oxigênio dissolvido. A tabela abaixo destaca uma comparação dos parâmetros de cultivo que podem ser monitorados em incubadora orbital e biorreatores.
- Adaptabilidade: É possível ajustar parâmetros (como pH), corrigir desvios na transferência de oxigênio, automatizar o bioprocesso para tomar decisões, ou realizar a integração de vários biorreatores com uma plataforma de bioprocessamento.
- Maior controle do bioprocesso: Uma das principais vantagens do biorreator é a possibilidade de controlar, inclusive de maneira remota, um único parâmetro ou o processo como um todo a partir do software integrado ao equipamento.
- Possibilidades de ampliação do bioprocesso: Enquanto a incubadora orbital é mais utilizada para produção em pequena escala, o biorreator possibilita aumento da produção para níveis comerciais. Até mesmo o biorreator de bancada pode alcançar altos rendimentos.
Fatores críticos para a transferência do bioprocesso
Ao transferir seu bioprocesso de uma incubadora orbital para um biorreator, o ambiente de cultivo das células/microrganismos sofrerá uma grande mudança, o que pode ocasionar prejuízos às células mais sensíveis ou alteração de parâmetros vitais como a aeração.
Dentre os fatores que merecem atenção durante essa transferência estão:
- Transferência de oxigênio: É um fator muito crítico, principalmente em bioprocessos utilizando células de mamíferos. Por isso, para garantir a disponibilidade adequada de oxigênio, a velocidade de agitação, a taxa de fluxo do gás e a composição do gás devem ser controladas para que uma mistura homogênea possa ser alcançada.
- Homogeneização do meio de cultura: Durante o processo de transferência, uma mistura insuficiente do meio de cultura pode alterar os níveis de pH e nutrientes, prejudicando o crescimento celular.
- Acumulação de CO2: O aumento da concentração de CO2 (dióxido de carbono), que pode ocorrer devido às baixas taxas de aeração, também prejudica o crescimento celular e a qualidade do produto final.
É importante estar atento aos parâmetros de engenharia do biorreator que podem influenciar o processo de aumento de escala do bioprocesso, e ter uma equipe qualificada para manusear o biorreator. Além disso, também é necessário optar por equipamentos de qualidade que possuam maior durabilidade, que não favoreçam a contaminação e que tenham um design otimizado para permitir altos rendimentos e produtividade, evitando desperdício de recursos financeiros e interrupções desnecessárias do experimento.
Confira aqui um webinar com mais informações sobre transferência de bioprocessos, atividade realizada por organizações como o Laboratório Nacional de Biorrenováveis do CNPEM e o Instituto SENAI de Inovação Biomassa.
Ao longo da série você conheceu a importância da incubadora orbital para o desenvolvimento de um bioprocesso e como o biorreator também pode ser uma alternativa vantajosa para os seus experimentos. A escolha entre incubadora orbital e biorreator depende de uma série de fatores (rendimento desejado, tempo para execução do experimento, produtividade, recursos financeiros disponíveis, entre outros) e deve considerar a qualidade do equipamento e os recursos oferecidos por ele. Lembre-se sempre de que a produtividade e qualidade dos seus resultados dependem diretamente da escolha adequada desses equipamentos!
Cite este artigo:
LOPES, B. P. Transferência de bioprocessos: da incubadora orbital para o biorreator. Revista Blog do Profissão Biotec, v.8, 2021. Disponível: <https://profissaobiotec.com.br/transferencia-bioprocessos-incubadora-orbital-para-biorreator/. Acesso em: dd/mm/aaaa.
Referências:
5 Reasons to Move from Shake Flasks to a Bioreactor. Disponível em: https://www.infors-ht.com/en/blog/5-reasons-to-move-from-shake-flasks-to-a-bioreactor/ Acesso em 09 de julho de 2021.
Borzani, W. et al. Biotecnologia Industrial – Engenharia Bioquímica. Vol 2, 1ª edição. Editora Edgard Blucher, 1983.
Biorreatores de bancada. Disponível em: https://www.infors-ht.com/en/bioreactors/bench-top-bioreactors/ Acesso em 09 de julho de 2021.
Everything You Ever Wanted to Know About Cell Culture Process Transfer. Disponível em: https://www.infors-ht.com/en/blog/everything-you-ever-wanted-to-know-about-cell-culture-process-transfer/ Acesso em 09 de julho de 2021.
O que é um biorreator e como ele funciona? Disponível em: https://www.infors-ht.com/en/blog/what-is-a-bioreactor-and-how-does-it-work/ Acesso em 09 de julho de 2021.
Fonte da imagem destacada: INFORSHT.
