Biorreactor

¿Qué es un biorreactor?

Un biorreactor es un equipo diseñado para mantener condiciones controladas durante el cultivo de células, microorganismos o tejidos y la realización de reacciones biológicas. Crea un ambiente en el que parámetros como temperatura, pH, oxígeno disuelto, agitación y alimentación pueden monitorearse y ajustarse de acuerdo con las necesidades del bioproceso.

Los biorreactores se utilizan en laboratorios, centros de investigación e instalaciones industriales para producir medicamentos, vacunas, proteínas recombinantes, enzimas, biomasa, alimentos fermentados, biocombustibles y otros productos biotecnológicos. También pueden emplearse en el tratamiento biológico de aguas residuales y en el desarrollo de procesos de fermentación.

¿Cómo funciona un biorreactor?

Un biorreactor funciona proporcionando las condiciones necesarias para el organismo o la línea celular cultivada. El recipiente contiene un medio de cultivo con nutrientes y puede conectarse a sensores, bombas, líneas de gases, sistemas de calentamiento y refrigeración y mecanismos de agitación.

Durante el cultivo, un sistema de control recibe información de los sensores y ajusta las condiciones de operación para mantener el proceso dentro de los valores programados. Los principales parámetros monitoreados incluyen:

• temperatura del medio de cultivo;
• pH y oxígeno disuelto;
• velocidad de agitación;
• composición y flujo de gases;
• presión y formación de espuma;
• adición de nutrientes, ácidos, bases y antiespumantes.

En los procesos aeróbicos, la agitación y la aireación favorecen la transferencia de oxígeno al medio. En los procesos anaeróbicos, el sistema debe limitar o excluir el oxígeno. La configuración adecuada depende del microorganismo, la línea celular y el producto deseado.

Principales tipos de biorreactores

El biorreactor de tanque agitado es uno de los diseños más utilizados. Posee uno o varios impulsores que mezclan el contenido y favorecen la transferencia de masa. Otros formatos incluyen biorreactores de columna de burbujas, airlift, lecho fijo, lecho fluidizado, fotobiorreactores y sistemas de un solo uso.

Los microbiorreactores trabajan con volúmenes reducidos y se emplean principalmente para screening de cepas y desarrollo inicial de procesos. Los equipos de mayor volumen se utilizan para caracterización, validación, escalado, producción piloto y fabricación industrial.

Modos de operación de un biorreactor

• Batch: los componentes principales se añaden al inicio y el cultivo se desarrolla sin alimentación continua de nutrientes.
• Fed-batch: los nutrientes se añaden durante el cultivo para controlar el crecimiento y la formación del producto.
• Continuo: el medio fresco entra mientras una parte del cultivo sale del sistema.
• Perfusión: el medio se renueva mientras las células permanecen retenidas dentro del biorreactor.

Aplicaciones de los biorreactores en laboratorios e industrias

En los laboratorios, los biorreactores se utilizan para estudiar la cinética de crecimiento, optimizar medios, evaluar estrategias de alimentación y generar datos para el escalado. En las industrias farmacéutica y biotecnológica se emplean para producir anticuerpos, vacunas, proteínas, vectores virales, antibióticos y enzimas.

También existen aplicaciones en los sectores alimentario, agrícola, energético y ambiental. La fermentación de levaduras, la producción de cultivos probióticos, el cultivo de microalgas y el tratamiento de aguas residuales son algunos ejemplos.

¿Cuál es la diferencia entre un biorreactor y un fermentador?

El término fermentador se asocia tradicionalmente con el cultivo de microorganismos, mientras que biorreactor tiene un significado más amplio y puede incluir células animales, vegetales, microorganismos, tejidos y enzimas. En procesos microbianos, ambos términos pueden utilizarse como sinónimos.

¿Cuál es la diferencia entre un biorreactor y un microbiorreactor?

Las principales diferencias son la escala y la paralelización. Los microbiorreactores utilizan volúmenes reducidos para comparar varias condiciones simultáneamente. Los biorreactores convencionales ofrecen mayor volumen y se utilizan en caracterización, validación y escalado.

¿Qué parámetros deben controlarse en un biorreactor?

Los parámetros dependen del proceso, pero normalmente incluyen temperatura, pH, oxígeno disuelto, agitación, aireación, presión, espuma y alimentación. El control adecuado favorece el crecimiento celular, la formación del producto y la reproducibilidad del cultivo.