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Bioreactores bioingeniería
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Bioreactores bioingeniería

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Bioreactores Facultad de Bioingeniería

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  • 1. BIOREACTORJoseph William Pardo Bernal - Angélica María Hernández HernándezEstudiantes de bioingeniería IV semestre
  • 2. Organización de la presentación1. Presentación de los objetivos del proyecto2. Introducción a bioreactores3. Descripción de los parámetros importantes a controlar4. Justificaron del bioreactor de perfusión5. Comparación de configuración de bioreactores: bioreactor de fibra hueca6. Ventajas y desventajas del bioreactor de fibra hueca con células en suspensión7. Análisis de desventajas y propuesta de solución:• Por qué entrapamiento?8. Esquema del bioreactor de fibra con entrapamiento de células en colágeno9. Descripción del bioreactor en 3D10. Conclusiones11. Bibliografía
  • 3. Objetivo General Describir el bioreactor propuesto para el proyectoObjetivos específicos Producir mayor de 100 millones de células por ml Bioreactor reusable y esterilizable Proponer un diseño innovador
  • 4. BIOREACTORNutrientesProducto>100 millones destem cells por mlControl de lascondiciones del reactor(Temperatura, pH y O2)MensajesControl de crecimiento (factores decrecimiento )SubproductostóxicosEntre ellos ionesamonio y lactato
  • 5. ParámetrosDisponibilidad en elbioreactorDisponibilidad de sensoresespecíficosTemperaturaOxígeno disueltopHPotencial redoxsiSondas y electrodos eficientes estándisponiblesViabilidad celularnoLiberación de enzimasFluorescenciaConcentración celular no Solo mediciones indirectasReducción critica denutrientesno Biosensores específicosAcumulación deproductos tóxicosno Biosensores específicosConcentración deproteínasConcentración de noInmunoensayo automatizado, protocolosHPLC,CE,MS,etc.Control de las condiciones del bioreactor
  • 6. Rango de densidades de células obtenidas por diferentes tipos de bioreactoresCell density (Millions/ml)1 10 100 1000SuspensionCultureFed BatchCulturePerfusedsuspensionCulture HighDensity Systems(Hollow Fibres)TissuesT. Cartwright, Animal cells as bioreactors, New York: CAMBRIDGE, 2009.
  • 7. Configuraciones deBioreactoresDensidad celular(millones/ml)Complejidad deoperaciónCapacidad deampliaciónHomogéneoTanque agitado 1-4 simple si siTanque de perfusión° Giro de espín° Sistemas dediálisis° Centrifugación30-70 intermedio si siSistemas de altadensidad° Cama fluidizada° Fibra Hueca° Matriz decerámicacompleja Probable Si>100 compleja Desconocida No>100 compleja Desconocida NoComparación de configuración de bioreactores
  • 8. Ventajas y desventajas del bioreactor de fibra hueca Densidad Elevada de células Separación física de las células del flujodel medio por lo tanto, las células estánprotegidas de las shear-forces incluso aaltas velocidades de flujo. Economía de los nutrientesmacromoleculares o factores decrecimiento, los cuales son separados delflujo principal del medio Una fácil recuperación de productosmacromoleculares. Falta de acceso a las células parainspección o para monitorear su viabilidado concentración. Probable heterogeneidad del medio celulardebido a gradientes de concentración axialy radial. Posibles paquetes de células en nivelesde condiciones adversas del cultivo. Dificultad en la recuperación de células.Ventajas DesventajasD. Brindley, «Bioprocess Forces and Their Impact on Cell BehaviorImplications for Bone Regeneration Therapy,» Journal of TissueEngineering, 2011.
  • 9. Desventaja:Falta de acceso a las células para inspección o para monitorear su viabilidad o concentración.Soluciones:Entrapamiento de las células en colágeno u otro biomaterial, permitiendo la extracción axial y lainspección por medio de microscopio.Solución a futuroElaboración de biosensores para lacaptación de subproductos tóxicos.
  • 10. Desventaja:Crecimiento heterogéneo dentro de la fibraSoluciones:Sandonini y Di Biascio (1992) Determinaron que elcrecimiento de las células se reduce radialmente dependiendode la transferencia de oxigeno.Usar una de las fibras para proporcionar oxigeno , lasburbujas seria pequeñas, orden de los 100 nanómetros,garantizando que el crecimiento de las células sea homogéneo.
  • 11. Desventaja:Posibilidad de empaquetamientos de célulasSoluciones:Entrapamiento de las células por medio de una matriz de colágeno u otro biomaterial.Flujo reverso
  • 12. Desventaja:Inducción de gradientes de concentración de macromoleculas debido al Starling flowStarling flow: flujo secundario que se presenta en el espacio extracapilar debido a flujos del mediode alta velocidad.Soluciones:Entrapamiento mantiene la integridad de las células además las protege de flujos de altavelocidad.
  • 13. Desventaja:Formación de paquetes necróticos.Soluciones:Flujo reversoProporcionar oxigeno por medio de burbujas enuna de las fibras.T. Cartwright, Animal cells as bioreactors, New York: CAMBRIDGE, 2009.
  • 14. VentajasOperación continua por muchos mesesConsiderable concentración de célulasConcentración de medios condicionados, loscuales se puede extraer por separado.Se facilita la recuperación e inspección de lascélulas¿Por qué entrapamiento?
  • 15. Esquema del bioreactor de fibra con entrapamiento de células en colágenoFibra huecaCilindrode colagenoCélulasFlujo de moléculaspequeñasFlujo de moléculasGrandesRadialAxial. F. j, «Hollow Fiber Bioartficial Liver Utilizing Collagen-Entrapped Porcine,» Biotechnology and Bioengineering, 1996.
  • 16. FerroCep Tuboshttp://www.hyfluxmembranes.com/ferrocep-stainless-steel-tubular-membrane.htmlhttp://www.fmipump.com/99pumpop.html
  • 17. Innovaciones:• La implementación de un flujo pulsante y flujo transverso permitirá la homogeneidad en elcultivo celular• La distribución del oxigeno a través de una de las fibras del bioreactor.• El bioreactor va a tener tres fibras huecas operables para el cultivo celular.Conclusiones Se determino por medio de la revisión bibliográfica que el bioreactor de perfusión de fibrahueca permitirá una mayor proliferación de células (> 100 millones de células por mililitro) . Para la esterilización y reutilización del bioreactor se utilizara acero inoxidable. Teniendo en cuenta las medidas de las fibras huecas se determina que el volumen por cada unaes 839,74 ml
  • 18. • Precios = 5 millones Hyflux’s• Bombas= 5 millones en 2 bombas• Conexiones y sensores= 10 millones• Sistema de control=5 millones• Total= 25 millones
  • 19. Bibliografía1. E. Oragui, «The Role of Bioreactors in Tissue Engineering for MusculoskeletalApplications,» The Open Orthopaedics Journal , pp. 267-270, 2011.2. D. Brindley, «Bioprocess Forces and Their Impact on Cell Behavior Implications for BoneRegeneration Therapy,» Journal of Tissue Engineering, 2011.3. F. j, «Hollow Fiber Bioartficial Liver Utilizing Collagen-Entrapped Porcine,»Biotechnology and Bioengineering, 1996.4. T. Cartwright, Animal cells as bioreactors, New York: CAMBRIDGE, 2009.