Resumen de la ingeniería de bioprocesos

Bioengineering

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Summary

Bioprocesamiento es un método que utiliza organismos vivos para producir un producto deseado. A menudo, bioprocesamiento se refiere al uso de biorreactores para producir proteínas productos de organismos modificados genéticamente. Este campo es responsable de la fabricación a gran escala de biotherapeutics; los medicamentos que se han convertido en esenciales para mejorar la calidad de vida para muchos con enfermedades complejas como cáncer y enfermedades autoinmunes, VIH/SIDA.

Este video va a implantar el enfoque de ingeniería al diseño de un sistema de producción de proteínas específicas. También se consideran los métodos destacados en el campo, así como algunos retos y aplicaciones de la tecnología.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioingeniería. Resumen de la ingeniería de bioprocesos. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Ingeniería de bioprocesos es un campo que utiliza muchas disciplinas de la ingeniería para producir un producto específico de organismos vivos. Por lo general, los organismos son células genéticamente modificadas que están diseñadas para producir una proteína de producto específico o producto químico. Las células entonces se cultivan en gran escala para producir el producto que posteriormente se purifica mediante procesos posteriores, tales como cromatografía. Este video será introducir un bioprocesos de ejemplo, revisar métodos prominentes en el campo, así como algunos retos y aplicaciones de la tecnología.

Echemos un vistazo a un bioprocesos de ejemplo utilizando las células para producir una proteína producto. En primer lugar, se selecciona el organismo, que puede ser bacteriana, fúngica o mamíferos, dependiendo de su capacidad para producir el producto deseado. Las células son modificadas genéticamente para maximizar su capacidad de producir el producto y minimizar procesos de secundarios innecesarios. Las células modificadas se cultivan en gran escala denominada proceso por aguas arriba. Una técnica común de aguas arriba es una cultura de la suspensión, que utiliza un biorreactor de recipiente para cultivar la cultura de célula. La cultura se expande y aumenta la densidad celular por transición a volúmenes más grandes. Una vez que la cultura ha alcanzado el volumen deseado, se cosecha la proteína producto de las células, ya sea a través de la secreción, donde las células escupen hacia fuera la proteína, o por lisis, donde la célula se rompe para liberarlo. El producto es luego purificado en el proceso aguas abajo para eliminar contaminantes tales como restos de células y otras proteínas. Un proceso típico de abajo utiliza muchos tipos de tecnología en serie para purificar y concentrar el producto. Filtración es utilizada primero para eliminar restos celulares y partículas grandes. La cromatografía es otra tecnología usada para aislar y concentrar la proteína de interés. El producto final purificado es entonces liofilizado, o liofilizado, para estabilizar la proteína de almacenamiento de información. Bioprocesos típicos son diseñados en la escala de laboratorio primero ampliar a escala piloto, antes de escalar aún más para la fabricación. Ahora que hemos introducido una básica bioprocesos, echemos un vistazo a algunos métodos destacados en el campo.

Cultivo celular mamífero más a menudo se utiliza en la producción industrial de proteínas recombinantes terapéuticas. Células de ovario de hámster chino, o células CHO, están uno de los tipos más comunes de la célula utilizados. A diferencia de las células bacterianas, células de mamíferos son capaces de hacer complejas modificaciones post-traduccionales de las proteínas. Estas modificaciones son cambios estructurales o químicos hechos a la proteína después se traduce en el ribosoma. Esto es esencial para producir estructuras complejas que son necesarias para proteínas terapéuticas. Cultivo celular mamíferos requiere consideraciones de cuidado durante el crecimiento, las células son más sensibles que las células bacterianas. Se requiere la aireación eficaz. Sin embargo, debe minimizarse el daño cortante. Un entorno homogéneo bien controlado es necesario, con pH estricto y control de la temperatura y rápida eliminación de productos tóxicos. Procesos industriales son escalados-para arriba para producir un alto volumen de producto. Escalar no es tan fácil como simplemente proporcionalmente aumentando el volumen y por lo tanto el tamaño del equipo. Se utiliza un factor de escala, que es la relación entre el flujo de masa de la unidad a gran escala para la unidad piloto. Factores de escala se utilizan para determinar el tamaño de reactores de tanque geométricamente similares. Por ejemplo, como escalas de volumen, con el factor de escala S, el diámetro del tanque escala s a 1/3. Esto es debido a limitaciones de transferencia de calor y masa con el volumen del tanque más grande.

La fabricación de productos biológicos utiliza organismos vivos, susceptibles a la contaminación. Organismos contaminantes pueden ser bacterias, hongos o virus y pueden surgir de personal, materiales o equipos utilizados en la fabricación. Contaminación microbiana presenta variabilidad del producto y puede causar la degradación de la proteína del producto. Muchos bioprocesos se utilizan para producir medicamentos, que están fuertemente regulados por agencias gubernamentales para asegurar que sean seguros y eficaces. La droga sí mismo primero pasa a través de ensayos clínicos y pruebas de laboratorio rigurosas. Una vez que el medicamento es aprobado, el proceso de fabricación también debe someterse a examen y aprobación. Reglamento, aunque esencial para garantizar un producto final seguro, resulta en limitaciones añadidas en el proceso de ingeniería. Estrictas limitaciones sobre los parámetros, tales como reactivos permisibles, contaminantes y concentraciones.

Ahora que has visto algunas de las técnicas comunes y desafíos en el bioprocesamiento, echemos un vistazo a algunas aplicaciones del mundo real. A diferencia de los fármacos de molécula pequeña como aspirina y paracetamol, muchas drogas complejas son proteínas recombinantes y se hacen a través de bioprocesamiento. Proteínas recombinantes terapéuticas han aumentado rápidamente en los últimos 25 años, con docenas de terapias dirigidas. SIDA, cáncer, enfermedades infecciosas, la cicatrización de heridas, trastornos nutricionales, movimiento y choque séptico son sólo algunas de las áreas donde se ofrecen proteínas terapéuticas como la terapia. Bioprocesamiento se utiliza también para hacer biocombustibles, como etanol. Etanol se produce del material celulósico, como maíz o caña de azúcar. El proceso comienza con el aislamiento de la celulosa de la materia prima, seguido por la hidrólisis enzimática y fermentación con levaduras. Bioprocesos y esta se realizan en la escala de fabricación para producir grandes cantidades de etanol para energías alternativas.

Sólo ha visto introducción de Zeus a bioprocesamiento. Ahora debería entender la básica bioprocesos, algunos métodos comunes y retos, así como aplicaciones de la tecnología. Gracias por ver.

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