Bioreattori a vasca agitata: un elemento centrale e versatile dei bioprocessi moderni
I bioreattori a serbatoio agitato (Stirred Tank Bioreactors – STRs) sono una parte fondamentale dell’equipaggiamento dei bioprocessi moderni, largamente usati per la coltivazione di microorganismi, cellule di mammiferi e funghi in condizioni accuratamente controllate. La scalabilità e adattabilità a diversi tipi di cellule, la modalità di processo e la necessità di produzione dei bioreattori li rendono ben adatti sia per applicazioni di ricerca sia per la produzione biologica su scala industriale. Gli STRs giocano un ruolo centrale nell’industria farmaceutica, nella biotecnologia industriale, nella produzione di alimenti e bevande, nella nutraceutica e nelle applicazioni ambientali, consentendo la produzione di vaccini, anticorpi monoclonali, biocarburanti, enzimi e altri bioprodotti rilevanti. Con il progredire delle biotecnologie, gli STRs continueranno a guidare l’innovazione, supportando campi emergenti come il settore delle proteine alternative, dove tecnologie come la carne coltivata e la fermentazione di precisione permettono la produzione di proteine senza animali e di altri ingredienti alimentari fondamentali.
Sistema di controllo
Il sistema di controllo monitora e regola i parametri chiave del processo come l’agitazione, l’aerazione, la temperatura e il pH così da mantenere le condizioni ottimali per la coltura. Questo viene raggiunto tramite cicli di feedback automatizzati, che continuamente aggiustano le impostazioni di base sui dati del sensore in tempo reale, garantendo stabilità, riproducibilità ed efficienza nel bioprocesso.
Vessel
Il vessel serve come prima unità di contenimento per il terreno di coltura, le cellule e le sostanze nutritive essenziali. È tipicamente cilindrico con un fondo arrotondo o conico per facilitare la miscelazione, il trasferimento di calore e il drenaggio. Costruito a partire da un vetro borosilicato o da acciaio inossidabile, il vessel è progettato per una facile sterilizzazione in autoclave o a vapore (SIP) per ridurre al minimo i rischi di contaminazione.
Sistema di agitazione
Il Sistema di agitazione assicura la miscelazione uniforme delle cellule, dei nutrienti e dei gas, prevenendo sedimentazione e migliorando il trasferimento della massa. Questo consiste in un’asse motorizzata connessa ai giranti, che sono selezionati in base alle richieste di miscelazione, alla necessità di ossigenazione e alla sensibilità al taglio delle cellule coltivate.
Controllo del gas
Il Sistema di controllo del gas è essenziale per il mantenimento delle condizioni ottimali dei bioprocessi sia aerobici che anerobici. Nei sistemi aerobici, l’aria o l’ossigeno puro è introdotto attraverso degli spargitori per supportare il metabolismo cellulare e rimuovere la CO2 in eccesso, ridurre l’acidificazione e mantenere la stabilità del pH. Nei processi anaerobici, i gas come l’azoto o il diossido di carbonio creano un ambiente libero da ossigeno e aiutano a regolare il pH. L’agitazione migliora il trasferimento di massa gas-liquido, garantendo una distribuzione uniforme.
Controllo della temperatura
Mantenere una temperatura ottimale è essenziale per la vitalità delle cellule, per l’attività metabolica e in generale per l’efficienza complessiva dei processi nei bioreattori. La regolazione della temperatura è tipicamente raggiunta attraverso i vessel rivestiti o bobine interne di riscaldamento/raffreddamento che fanno circolare fluidi termici, garantendo un ambiente stabile per la crescita microbica o cellulare. Nei sistemi di volume più piccolo, sistemi esterni opzionali per il controllo della temperaturapossono essere coperte riscaldanti o i bagni a ricircolo d’acqua.
Sensori
I bioreattori di Cultivated B a serbatoio agitato usano i dati ottenuti in tempo reale da sensori per monitorare e regolare i parametri chiave, per assicurare la stabilità e la riproducibilità. I sensori di temperatura, del pH e dell’ossigeno dissolto sono solitamente standard, in quanto essenziali per mantenere le condizioni ottimali della coltura. In base all’applicazione, sensori addizionali possono essere valutati. Alcuni parametri, come la concentrazione di biomassa o i livelli di metabolita, sono spesso misurati offline attraverso campionamenti periodici per ottenere ulteriori informazioni sul processo.
