Escalado del bioproceso del laboratorio a la producción
Transferir un proceso de una escala a otra no es multiplicar un volumen: cambia la forma en que el cultivo recibe oxígeno, cómo se mezcla y el esfuerzo cortante que sufre. Esta página reúne los criterios que rigen una transferencia y el recorrido en cuatro etapas, de 250 mL a más de 1.000 L WV, con el que la plataforma Vinci la acompaña.
De la investigación a la producción, una sola plataforma
Los mismos parámetros y recetas de Bioflex™ te llevan de la mesa de laboratorio a la escala industrial, reduciendo el riesgo de transferencia entre etapas.
Biorreactores y fermentadores esterilizables in situ para I+D
Serie BioSIP.
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Biorreactores y fermentadores esterilizables in situ para piloto y producción
Serie BioFerm.
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Biorreactores y fermentadores esterilizables in situ de gran escala
Biorreactores a medida.
Ver el sistema →Los criterios que rigen una transferencia de escala
No pueden conservarse todos a la vez: escalar a potencia específica constante da una velocidad periférica distinta. Escalar es elegir cuál manda y documentar qué se admite que varíe.
kLa
El coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno es el criterio más utilizado en los procesos aerobios: se mantiene constante entre escalas porque determina cuánto oxígeno llega realmente a la biomasa. Varía con la velocidad de agitación y el caudal de gas, de modo que el mismo valor se alcanza en cada escala con una combinación distinta de ambos.
Potencia específica (P/V)
La potencia disipada por unidad de volumen vincula la mezcla con el esfuerzo cortante. Mantenerla constante conserva el régimen de mezcla, pero al crecer el volumen obliga a velocidades de agitación más bajas: por eso un proceso no se transfiere copiando las rpm.
Velocidad periférica del agitador
Es lo que determina el esfuerzo cortante que sufren las células. En los cultivos sensibles —células de mamífero, biomasa micelial— suele ser la restricción que prevalece sobre las demás, y decide la geometría del agitador antes que su velocidad.
Caudal de gas específico (vvm)
Los volúmenes de gas por volumen de líquido y minuto no se trasladan linealmente: a mayor escala, el mismo vvm supone mucho más gas, con más espuma y mayor arrastre de CO₂. Por eso suele escalarse la velocidad superficial del gas en lugar del vvm.
Semejanza geométrica
Relación altura/diámetro, diámetro del agitador respecto al del recipiente, número y posición de los deflectores: mantener las proporciones entre escalas es lo que hace comparables los datos de proceso. Cuando la semejanza completa no es posible, se elige qué relación conservar.
Tiempo de mezcla
El tiempo que el recipiente necesita para volver a ser homogéneo tras una adición crece con el volumen. A escala de producción es lo que decide si una adición de base o de nutriente crea un gradiente local de pH o de sustrato antes de distribuirse.
Lo que no cambia al crecer la escala
Las mismas recetas
Bioflex™ acompaña al mismo proceso del laboratorio a la escala industrial: recetas, secuencias y perfiles de alimentación se transfieren entre etapas en lugar de reescribirse.
El mismo cabezal
El cabezal de los sistemas de sobremesa es el mismo del recipiente de vidrio al de acero inoxidable: sondas, puertos y el sistema de muestreo siguen siendo aquellos con los que se desarrolló el proceso.
Los mismos parámetros medidos
pH, oxígeno disuelto, temperatura, presión y biomasa se adquieren con la misma cadena de medida en cada escala, de modo que los datos de laboratorio y de planta piloto se comparan sin reconciliación.
Esterilización coherente
Del autoclavado en el laboratorio a la esterilización in situ de los sistemas piloto e industriales, los ciclos SIP y CIP están automatizados y registrados: el salto de escala no cambia la forma de validar el proceso.
Preguntas frecuentes sobre el escalado
Pasar del matraz al biorreactor cambia cómo recibe oxígeno el cultivo: en el matraz el intercambio ocurre por la superficie, en el biorreactor a través de burbujas. Se empieza, pues, fijando el criterio a conservar —en un proceso aerobio casi siempre el kLa— y se deduce en cada escala la combinación de agitación y caudal de gas que lo alcanza, comprobando que la velocidad periférica del agitador se mantiene por debajo de lo que tolera la línea celular. En el recorrido Vinci esta puesta a punto se hace en sistemas de sobremesa de 250 mL a 30 L WV y se transfiere a las etapas siguientes con recetas y cadena de medida sin cambios.
En la práctica se usan seis criterios: kLa, potencia específica P/V, velocidad periférica del agitador, caudal de gas específico, semejanza geométrica y tiempo de mezcla. No pueden conservarse todos a la vez: escalar a P/V constante, por ejemplo, da una velocidad periférica distinta. Escalar consiste en elegir qué criterio manda para ese proceso y documentar qué se admite que varíe.
El recorrido cubre cuatro etapas: 250 mL – 30 L WV en laboratorio con la serie Biobook, 20 – 100 L WV para I+D esterilizable in situ con la serie BioSIP, 250 – 800 L WV para piloto y producción con la serie BioFerm, y más de 1.000 L WV con biorreactores a medida. Las etapas comparten la plataforma de control, de modo que la transferencia afecta a los parámetros de proceso y no a reescribir la automatización.
Porque la potencia disipada crece con el cubo de la velocidad y con la quinta potencia del diámetro del agitador. Mantener las mismas rpm a mayor volumen supone, por tanto, una potencia específica y un esfuerzo cortante completamente distintos. Lo que se transfiere es el criterio —kLa, P/V o velocidad periférica— y a partir de él se recalculan las rpm en cada escala.
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