Bioreactor

Biorreactor
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Biorreactor a escala de laboratorio conteniendo células animales.
Un biorreactor es un recipiente o sistemaque mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. Estos biorreactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos mililitros hasta metros cúbicos y sonusualmente fabricados de acero inoxidable.
Un biorreactor puede ser también un dispositivo o sistema empleado para crecer células o tejidos en operaciones de cultivo celular. Estos dispositivos se encuentran en desarrollo para su uso en ingeniería de tejidos.
En términos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentración deoxígeno, etcétera) al elemento que se cultiva. En función de los flujos de entrada y salida, la operación de un biorreactor puede ser de tres modos distintos:
1. Lote (Batch)
2. Lote alimentado (Fed-Batch)
3. Continuo o quimiostato

Diseño de Biorreactores

El diseño de biorreactores es una tarea de ingeniería bastante compleja. Los microorganismos o células son capaces de realizar sufunción deseada con gran eficiencia bajo condiciones óptimas. Las condiciones ambientales de un biorreactor tales como flujo de gases (por ejemplo, oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, etc.), temperatura, pH, oxígeno disuelto y velocidad de agitación o circulación, deben ser cuidadosamente monitoreadas y controladas.
La mayoría de los fabricantes industriales de biorreactores usan recipientes,sensores, controladores y un sistema de control interconectados para su funcionamiento en el sistema de biorreacción (ver PLC).
La misma propagación celular (fenómeno conocido en inglés como Fouling) puede afectar la esterilidad y eficiencia del biorreactor, especialmente en los intercambiadores de calor. Para evitar esto, el biorreactor debe ser fácilmente limpiable y con acabados lo más sanitarioposible (de ahí sus formas redondeadas).
Se requiere de un intercambiador de calor para mantener el bioproceso a temperatura constante. La fermentación biológica es una fuente importante de calor, por lo que en la mayor parte de los casos, los biorreactores requieren de agua de enfriamiento. Pueden ser refrigerados con una chaqueta externa o, para recipientes sumamente grandes, con serpentinesinternos.
En un proceso aerobio, la transferencia óptima de oxígeno es tal vez la tarea más difícil de lograr. El oxígeno se disuelve poco en agua (y aún menos en caldos fermentados) y es relativamente escaso en el aire (20.8 %). La transferencia de oxígeno usualmente se facilita por la agitación, que se requiere también para mezclar los nutrientes y mantener la fermentación homogénea. Sin embargo,existen límites para la velocidad de agitación, debidos tanto al alto consumo de energía (que es proporcional al cubo de la velocidad del motor) como al daño ocasionado a los organismos debido a un esfuerzo de corte excesivo.
Los biorreactores industriales usualmente emplean bacterias u otros organismos simples que pueden resistir la fuerza de agitación. También son fáciles de mantener ya querequieren sólo soluciones simples de nutrientes y pueden crecer a grandes velocidades.
En los biorreactores utilizados para crecer células o tejidos, el diseño es significativamente distinto al de los biorreactores industriales. Muchas células y tejidos, especialmente de mamífero, requieren una superficie u otro soporte estructural para poder crecer y los ambientes agitados son comúnmente...