Los biorreactores se utilizan ampliamente para producir diferentes terapias en las industrias de la medicina biofarmacéutica y regenerativa. El desarrollo de fármacos se basa en pequeñas placas de pozos múltiples agitadas alrededor de un diámetro orbital, mientras que los biorreactores a escala de producción se agitan mediante agitación. Estos diferentes métodos producen diferentes dinámicas de fluidos, lo que dificulta escalar los resultados de laboratorio a la industria.

Un equipo de investigadores del University College London está comenzando a cerrar esta brecha aplicando técnicas analíticas para biorreactores agitados a la dinámica de fluidos de biorreactores con agitación orbital (OSB). Combinando medidas verticales y horizontales mediante velocimetría de imágenes de partículas, el grupo reconstruyó un modelo 3-D de flujo OSB y determinó las características clave de las estructuras coherentes dentro de los OSB. Publican su trabajo esta semana en Física de fluidos .

"En este trabajo, utilizamos dos técnicas de descomposición diferentes, lo que nos permitió identificar los modos dominantes de oscilación del flujo en el interior del reactor, "dijo Andrea Ducci, un autor en el papel. "El primer par de modos controla el movimiento de la superficie libre y, por lo tanto, la aireación de las células, mientras que el segundo par está relacionado con el flujo total del tanque ".

Los biorreactores agitados ofrecen bajas tensiones de cizallamiento y superficies libres bien definidas de transferencia de oxígeno, un suave remolino que es vital para el cultivo de células de mamíferos. Descomposición ortogonal adecuada (POD), clasifica los modos por energía, mientras que la descomposición en modo dinámico (DMD), los ordena por frecuencia. Ducci dijo que su equipo está utilizando estas técnicas para analizar OSB por primera vez.

Los investigadores utilizaron el análisis de exponente de Lyapunov de tiempo finito (FTLE) para evaluar qué tan bien el reactor dispersa los nutrientes. En FTLE, las trayectorias de las partículas adyacentes se unen a partir de una serie de imágenes retrasadas en el tiempo. Cuanto más lejos estén las partículas después de un período de tiempo, mejor será la mezcla.

El equipo midió el flujo en los OSB en dos números de Froude diferentes (Fr), Cantidades adimensionales que relacionan la inercia del flujo con la gravedad y se utilizan para predecir cuándo el flujo del biorreactor está dentro o fuera de fase con respecto a su órbita.

"Si sigues escalando los parámetros, como el número de Froude, constante, puede aumentar el tamaño de su sistema y volver a crear el entorno óptimo, ", Dijo Ducci." Si eres biólogo y has identificado las condiciones óptimas para el crecimiento celular, pero necesitan producir en mayor cantidad, podemos usar estos parámetros de escala para hacer que el reactor sea más grande ".

A continuación, el equipo planea extender su investigación a otros tipos de reactores no cilíndricos y mejorar las suspensiones celulares, para cerrar aún más la brecha entre los diferentes tipos de biorreactores.