Sistemas de biorreactores para el cultivo de células vegetales en el Instituto de Fisiología Vegetal de la Academia Rusa de Ciencias: 50 años de evolución tecnológica desde el laboratorio hasta las implicaciones industriales
Autores: Titova, Maria; Popova, Elena; Nosov, Alexander
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Sistemas de biorreactores para el cultivo de células vegetales en el Instituto de Fisiología Vegetal de la Academia Rusa de Ciencias: 50 años de evolución tecnológica desde el laboratorio hasta las implicaciones industriales
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Células vegetales
Sistemas de biorreactores
Parámetros de cultivo
Diseño de biorreactores
Cultivos celulares
Coeficiente de transferencia de masa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
El cultivo de células vegetales en sistemas de biorreactores a gran escala ha sido considerado durante mucho tiempo una alternativa prometedora a la sobreexplotación de plantas silvestres como fuente de fitoquímicos bioactivos. Sin embargo, esta idea enfrentó múltiples limitaciones al momento de su realización, resultando en muy pocos ejemplos de empresas biotecnológicas tecnológicamente viables y económicamente efectivas. El cultivo de células vegetales en biorreactores es un desafío. Incluso las líneas celulares que crecen bien y son altamente biosintéticamente potentes requieren una optimización exhaustiva de los parámetros de cultivo al escalar el proceso de cultivo de volúmenes de laboratorio a industriales. La optimización incluye, pero no se limita a, la forma y diseño del biorreactor, régimen de cultivo (por lotes, alimentado por lotes, continuo, semi-continuo), aireación, homogeneización, medidas anti-espuma, etc., mientras se mantiene una alta producción de biomasa y metabolitos. Basado en los datos de la literatura y nuestra experiencia, las cultivos celulares a menudo demuestran respuestas específicas de línea celular o especie a los cambios de parámetros, siendo la concentración de oxígeno disuelto (pO) y el estrés cortante causado por la agitación factores limitantes frecuentes del crecimiento. El coeficiente de transferencia de masa también juega un papel vital en la escalación del proceso de cultivo de volúmenes más pequeños a más grandes. La Instalación Experimental de Biotecnología en el Instituto de Fisiología Vegetal K.A. Timiryazev ha estado operando desde la década de 1970 y actualmente alberga una cascada de biorreactores desde el laboratorio (20 L) hasta el piloto (75 L) y un volumen semi-industrial (630 L) adaptado para el cultivo de células vegetales. En esta revisión, discutimos los casos más atractivos de la adaptación del proceso de cultivo celular a las condiciones de biorreactor que presentan las cultivos celulares de plantas medicinales Wall. ex Griseb., Zucc., (Roxb.) Miers, (T. Nees) C.A.Mey., (C. Moore ex E. Fourn.) L.H. Bailey y L. Harms. Se cubren y comparan los resultados del cultivo celular en biorreactores de diferentes tipos y diseños utilizando varios regímenes de cultivo con los datos de la literatura. También discutimos el papel de los factores críticos que afectan el comportamiento celular en biorreactores de grandes volúmenes.
Descripción
El cultivo de células vegetales en sistemas de biorreactores a gran escala ha sido considerado durante mucho tiempo una alternativa prometedora a la sobreexplotación de plantas silvestres como fuente de fitoquímicos bioactivos. Sin embargo, esta idea enfrentó múltiples limitaciones al momento de su realización, resultando en muy pocos ejemplos de empresas biotecnológicas tecnológicamente viables y económicamente efectivas. El cultivo de células vegetales en biorreactores es un desafío. Incluso las líneas celulares que crecen bien y son altamente biosintéticamente potentes requieren una optimización exhaustiva de los parámetros de cultivo al escalar el proceso de cultivo de volúmenes de laboratorio a industriales. La optimización incluye, pero no se limita a, la forma y diseño del biorreactor, régimen de cultivo (por lotes, alimentado por lotes, continuo, semi-continuo), aireación, homogeneización, medidas anti-espuma, etc., mientras se mantiene una alta producción de biomasa y metabolitos. Basado en los datos de la literatura y nuestra experiencia, las cultivos celulares a menudo demuestran respuestas específicas de línea celular o especie a los cambios de parámetros, siendo la concentración de oxígeno disuelto (pO) y el estrés cortante causado por la agitación factores limitantes frecuentes del crecimiento. El coeficiente de transferencia de masa también juega un papel vital en la escalación del proceso de cultivo de volúmenes más pequeños a más grandes. La Instalación Experimental de Biotecnología en el Instituto de Fisiología Vegetal K.A. Timiryazev ha estado operando desde la década de 1970 y actualmente alberga una cascada de biorreactores desde el laboratorio (20 L) hasta el piloto (75 L) y un volumen semi-industrial (630 L) adaptado para el cultivo de células vegetales. En esta revisión, discutimos los casos más atractivos de la adaptación del proceso de cultivo celular a las condiciones de biorreactor que presentan las cultivos celulares de plantas medicinales Wall. ex Griseb., Zucc., (Roxb.) Miers, (T. Nees) C.A.Mey., (C. Moore ex E. Fourn.) L.H. Bailey y L. Harms. Se cubren y comparan los resultados del cultivo celular en biorreactores de diferentes tipos y diseños utilizando varios regímenes de cultivo con los datos de la literatura. También discutimos el papel de los factores críticos que afectan el comportamiento celular en biorreactores de grandes volúmenes.