Os custos mais baixos dos biorreatores de bancada os tornam a melhor escolha para testar ideias iniciais e otimizar receitas de produção.

Os biorreatores são ferramentas essenciais para as indústrias alimentícia e farmacêutica. Eles são usados ​​na fermentação , para produzir álcool e converter matérias-primas como o milho em subprodutos úteis, como o etanol, pelos fabricantes de alimentos. As empresas biofarmacêuticas também exploram biorreatores para produção de produtos biológicos, vacinas e anticorpos. A principal vantagem do uso de biorreatores é a fabricação escalável. Os biorreatores de tanque agitado disponíveis comercialmente podem conter até 20.000 L de volume. Equipados com aeração, impulsores e sensores para garantir a difusão eficiente de nutrientes e a remoção de resíduos, esses biorreatores têm sido essenciais para fornecer suprimentos confiáveis ​​de ingredientes-chave e produtos médicos que salvam vidas.

No entanto, a produção em larga escala nem sempre é adequada e, sem dúvida, só é necessária quando há oferta concomitante de um produto. Biorreatores de bancada – que são mais baratos de comprar, instalar e manter – usam menos matérias-primas e ocupam menos espaço físico. Esses benefícios tornam os biorreatores de bancada a melhor escolha para muitas empresas, start-ups e laboratórios acadêmicos que testam ideias iniciais e otimizam suas receitas de produção. Aqui, descrevemos como os biorreatores de bancada podem ser usados ​​de maneira econômica para novas aplicações nas indústrias alimentícia e farmacêutica.

Produção de carne sintética

A carne sintética, também conhecida como carne cultivada, é um tipo de alternativa à carne sem animais que recentemente se tornou uma área de pesquisa em alta. Algumas das razões que motivam o crescimento dessa indústria incluem o alto custo ambiental da criação de gado, o surgimento de micróbios multirresistentes devido ao uso excessivo de antibióticos na pecuária e a possibilidade de que esses produtos alimentícios de design possam fornecer melhores nutrientes e serem mais seguros para consumir. .

A carne sintética é feita semeando células musculares (tronco) em andaimes de matriz extracelular, seguidos pelo fluxo de nutrientes para o sistema e pela colheita das camadas de tecido duas a oito semanas depois. A maior parte da produção de carnes sintéticas ainda está em fase de pesquisa, tornando os biorreatores de bancada a escolha ideal para testar essas ideias iniciais.

Start-ups e laboratórios que desejam criar carne sintética usando células de várias fontes e cultivar camadas de tecido com diferentes combinações de nutrientes e condições de fluxo podem aproveitar os biorreatores de bancada para uma otimização mais barata e rápida. Se esses testes forem feitos usando biorreatores convencionais de grande escala, o custo inicial seria significativo, pois esses sistemas são caros para comprar e manter. Mais importante, eles consumiriam grandes quantidades de reagentes caros, como soro de cultura de crescimento.

“Antes do uso, os pesquisadores precisam considerar que os biorreatores de bancada não devem ser versões reduzidas de suas contrapartes maiores”.

Embora o objetivo final da produção de carne sintética seja o mercado consumidor de carne, a economia de custos para start-ups é crucial, pois a maioria de suas atividades de pesquisa é apoiada por financiamento limitado de doações ou investidores ansiosos por ver resultados. Ao usar biorreatores de bancada menores, os pesquisadores também serão mais ágeis na tentativa de novas ideias, desistindo das que não funcionam e na identificação de fórmulas ideais para suas aplicações para ter vantagem em processos como o arquivamento de propriedades intelectuais – um ativo fundamental para o início -ups. Finalmente, os biorreatores de bancada feitos de vidro e aço são compatíveis com os protocolos de esterilização em autoclave existentes devido aos seus tamanhos compactos e não requerem instalações de limpeza dedicadas, levando a economias de custos adicionais.

Fabricação e terapia de células personalizadas

A terapia celular é uma indústria em rápido crescimento que deverá atingir um tamanho de mercado de US$ 48 bilhões até 2027. Ela envolve a introdução de células-tronco ou células imunes projetadas em pacientes para aplicação em medicina regenerativa e imunoterapia contra o câncer. A partir de hoje, existem três produtos de terapia celular aprovados pela FDA, como Kymriah® da Novartis, um tipo de produto de célula T receptora de antígeno quimérico (CAR-T) e algumas centenas de ensaios clínicos CAR-T em andamento. 

Semelhante à indústria de carne sintética, a maior parte da indústria de fabricação de células ainda está em fase de pesquisa e muitos novos produtos de terapia celular estão sendo produzidos apenas em laboratórios e clínicas afiliados a universidades. Mais importante ainda, muitos desses produtos são autólogos, o que significa que são personalizados para cada paciente, tornando os biorreatores de bancada mais atraentes para a fabricação.

Para a terapia CAR-T, um paciente médio exigiria cerca de 108 células/dose – uma quantidade que pode ser gerenciada por um biorreator de bancada. Devido ao seu tamanho menor, o controle mais preciso dos parâmetros do processo, como níveis de oxigênio e pH, também é possível em biorreatores de bancada. Isso pode ajudar a minimizar as falhas de fabricação para aumentar a economia de custos e reduzir o atraso no tratamento, ao mesmo tempo em que aumenta a robustez e a consistência do produto. 

De fato, várias empresas introduziram biorreatores de bancada para fabricação de terapia celular. Exemplos desses instrumentos incluem o CliniMACS Prodigy da Miltenyi e o biorreator modular CocoonTM da Octane Biotech/Lonza para produção automatizada de células. Bozza e colegas recentemente integraram um novo sistema de entrega de genes com o sistema CliniMACS Prodigy para produção de células que está em conformidade com as boas práticas de fabricação (GMP), demonstrando que biorreatores menores, semelhantes a bancadas, também podem criar produtos celulares de grau GMP. Essa é uma consideração importante, especialmente para laboratórios acadêmicos e startups que precisam convencer reguladores e financiadores da segurança e viabilidade comercial de sua tecnologia.

Considerações e conclusões

Existem vários benefícios em usar biorreatores de bancada para pesquisadores testando novas ideias e otimizando novas fórmulas. Há economia de custos, pois essas plataformas menores são mais baratas de comprar, instalar, limpar e manter. Além disso, como são menores em escala, a quantidade de consumíveis caros sendo usados ​​para cada experimento é menor. É importante ressaltar que as empresas também estão reconhecendo o valor dos biorreatores de bancada e começaram a vender plataformas semi ou totalmente automatizadas que podem produzir produtos de qualidade alimentar e GMP com melhor consistência do produto. Esses sistemas automatizados com menos intervenções e erros humanos também podem ajudar a minimizar as falhas durante a fabricação, levando a economias de custos adicionais. 

Antes do uso, os pesquisadores precisam considerar que os biorreatores de bancada não devem ser versões reduzidas de suas contrapartes maiores. Isso significa que os usuários não devem esperar resultados idênticos de biorreatores de bancada e convencionais, mesmo quando parâmetros como taxa de agitação, volume e temperatura são dimensionados proporcionalmente. Isso ocorre porque a física das transferências de massa e calor são complexas e são interdependentes de maneira não linear. No entanto, os dados de biorreatores de bancada ainda são um excelente (e econômico) ponto de partida para usuários que desenvolvem novos sistemas de bioprodução ou protocolos de fabricação de células. Com os avanços crescentes em simulações de computador, inteligência artificial e coleta de dados por meio de sensores inteligentes implantáveis ​​em biorreatores,