Sistemas de control para biorreactores de sobremesa

En el pasado, los éxitos y los fracasos de la producción de productos biológicos a gran escala podían atribuirse en gran medida a la experiencia de los operarios y a su «toque mágico» (o a su ausencia).

En el pasado, los éxitos y los fracasos de la producción de productos biológicos a gran escala podían atribuirse en gran medida a la experiencia de los operarios y a su «toque mágico» (o a su ausencia). Esto contrasta marcadamente con la Pharma 4.0 y su énfasis en los sistemas de datos conectados e integrados para el mejor control de la fabricación farmacéutica, desde los sistemas de control de biorreactores de sobremesa hasta los controladores para entornos GMP. La tecnología analítica de procesos (PAT) se centra en incorporar los datos de los sensores a los controles a nivel de sistema para ofrecer una supervisión y un control precisos y en tiempo real de diversos parámetros del proceso, y los sistemas de biorreactores van en gran medida por delante en la adopción de las tecnologías PAT. Los sensores inteligentes y la analítica avanzada han proporcionado de forma clara y constante un mejor control y una mayor escalabilidad de los procesos de biorreactor. La capacidad de supervisar y analizar los parámetros clave del proceso ha facilitado que científicos y fabricantes trasladen los procesos entre los entornos de investigación de sobremesa, de resolución de problemas, piloto y de producción.

Los sistemas de control de sobremesa suponen un compromiso entre flexibilidad y escalabilidad

Los sistemas de biorreactor de sobremesa (normalmente de 1 a 25 litros) son fundamentales para la investigación, el desarrollo de procesos y la resolución de problemas. En los entornos de investigación se emplean con frecuencia recipientes de vidrio: son baratos, se conocen bien y son fáciles de esterilizar en autoclave. También pueden presurizarse para favorecer la transferencia de oxígeno, y su transparencia permite a los investigadores comprobar visualmente este sistema. En estos reactores, los sistemas de control suelen ser muy flexibles, diseñados para ser modulares o fáciles de configurar con diversas características físicas y sensores. Esto permite al investigador experimentar con una combinación de difusores, agitadores, sondas, tubos de inmersión y otros sensores y equipos. Esta configuración da al investigador flexibilidad para determinar los valores óptimos de los parámetros clave del proceso, pero no es muy escalable. El siguiente paso es rediseñar el proceso para que sea escalable, utilizando sistemas de control que crezcan con el grupo de desarrollo de procesos.

Los sistemas de desarrollo de procesos permiten escalar hacia arriba y hacia abajo

Los sistemas de desarrollo de procesos se centran en determinar los parámetros críticos del proceso que se escalarán a un entorno de producción. Por su parte, los sistemas de resolución de problemas son versiones a escala reducida de sistemas piloto o de producción. Se centran en identificar y corregir cualquier problema a menor escala, lo que es más barato y permite controlar y ajustar con más facilidad los parámetros del proceso. En ambos tipos de sistema, supervisar y controlar adecuadamente los parámetros del proceso es clave para el éxito. Aunque esto es cierto, por supuesto, para parámetros como las tasas de transferencia y absorción de oxígeno, es igualmente importante asegurarse de que los sensores y el sistema de control escalarán con éxito. Por ejemplo, el material, el tamaño, la forma y el mecanismo de agitación del recipiente pueden permanecer constantes, en gran medida con independencia de la fase del proceso. Pero parámetros como el tamaño de las burbujas, que tiene un efecto directo en la absorción de oxígeno, deben optimizarse para cada nuevo tamaño de cultivo y configuración del biorreactor, y no pueden determinarse por completo en el banco. Algunos controladores están diseñados para manejar una amplia variedad de aplicaciones y tipos de cultivo a nivel de sobremesa. Aunque estos controladores son muy flexibles, no están diseñados para la escalabilidad. Por ejemplo, los biorreactores y los fermentadores a menudo pueden utilizarse indistintamente para cultivos de hasta 1 litro. A escalas mayores, sin embargo, los distintos procesos requieren equipos especializados en microorganismos o en microbios. Otros controladores están diseñados de forma más práctica para utilizarse en varias fases del proceso, con una única interfaz centrada en el manejo de datos a escala y en la capacidad de integrarse fácilmente con un SCADA.

La supervisión conforme a la directriz PAT permite un mejor control del proceso

En 2004, la FDA publicó una guía sobre PAT que animaba a la industria farmacéutica a implantar sistemas modernos para el máximo aseguramiento de la calidad y la máxima eficiencia del proceso, incluida la supervisión de todas las variables relevantes del proceso en entornos GMP. Supervisar estas variables lo antes posible en el desarrollo ofrece ventajas significativas. Al establecer las condiciones del proceso a escala de sobremesa y mantenerlas hasta las operaciones de fabricación, los ingenieros y científicos pueden comprender y controlar mejor sus procesos, lo que conduce a escalados más precisos y a una resolución de problemas más sencilla en cualquier paso del proceso. Por ejemplo, la contrapresión suele medirse solo en entornos de producción, en gran medida para controlar la esterilización in situ con vapor. Sin embargo, la contrapresión de un biorreactor también influye en la transferencia y absorción de masa de oxígeno, y proporciona la información necesaria para maximizar la absorción de oxígeno por las células. Un sistema de control de biorreactor diseñado para medir la contrapresión nos da, por tanto, información sobre el crecimiento del cultivo que de otro modo no estaría disponible, y nos da un mejor control del escalado con el proceso. Siga leyendo: los biorreactores de un solo uso permiten a los grupos de desarrollo de procesos lograr una flexibilidad del sistema sin precedentes $