Colheita de células – ficando cultural

Peter Rose, da Alfa Laval, analisa uma das áreas de crescimento da filtração e separação biofarmacêutica: a colheita de células de mamíferos para produzir novos medicamentos e medicamentos. O artigo examina as origens da tecnologia utilizada neste setor da indústria e considera os desenvolvimentos recentes.

Nós – mamíferos – somos compostos de células. O reflexo que você enfrenta em um espelho pode parecer bastante sólido, mas o que você realmente vê são aproximadamente 10 trilhões de células divididas em cerca de 200 tipos diferentes. Esses grupos de células são bastante especializados: os fígados são feitos de células hepáticas, os músculos, de células musculares especializadas e assim por diante.

O cultivo e a colheita de células de mamíferos fora do corpo e no laboratório ou na fábrica para produzir novos medicamentos e medicamentos é um dos braços mais interessantes da moderna indústria das ciências da vida. No entanto, por mais rebuscado que possa parecer, estes enormes avanços na ciência médica remontam a uma galinha que foi dissecada algures no final do século XIX; 1885 para ser mais preciso. Foi então que Wilhelm Roux conseguiu manter a placa medular do referido frango embrionário em solução salina morna durante vários dias e assim estabeleceu pela primeira vez o princípio da cultura de tecidos.

Seu trabalho foi levado a vários estágios por cientistas da John Hopkins Medical School e da Universidade de Yale durante a primeira década do século XX. Nas décadas de 1940 e 1950, os vírus cultivados em culturas celulares foram utilizados na fabricação de vacinas. As vacinas contra a poliomielite que finalmente eliminaram a ameaça da doença foram cultivadas em culturas de células de rins de macaco.

Hoje em dia, é claro, a produção de medicamentos com base em cultura de células é uma das áreas da biotecnologia que mais cresce. O seu rápido sucesso deve-se muito ao desenvolvimento paralelo de tecnologias para as três fases principais do crescimento da cultura celular: fermentação, colheita e purificação.

A colheita é realizada separando a cultura celular do meio de cultivo e diversas técnicas são utilizadas para realizar esta delicada operação; centrifugação, microfiltração, filtração em profundidade e filtração através de membranas de tamanho de poro absoluto. Das diferentes técnicas, a centrifugação é a mais comumente ampliada do nível de produção laboratorial para a produção industrial.

A centrifugação utiliza a diferença de densidade entre os sólidos e o fluido circundante e acelera a sedimentação que normalmente ocorreria durante a sedimentação. A maioria das aplicações industriais usa centrífugas de pilha de discos para remover células e detritos celulares do caldo nutriente. As centrífugas de pilha de discos oferecem operação contínua, tornando seu rendimento consistente com o desejo de limitar o tempo para operações de colheita.

Naturalmente, não é tão simples como parece. As células de mamíferos são organismos muito frágeis, portanto, embora uma centrífuga de pilha de discos torne o trabalho de separação relativamente fácil, o truque é fazê-lo com danos mínimos ao produto. A aceleração da matéria-prima rica em proteínas leva uma fração de segundo. Mas embora a velocidade seja essencial, não deve ocorrer à custa da destruição da membrana da parede celular altamente sensível ao cisalhamento, que libertaria proteínas intracelulares indesejáveis ​​no caldo – um processo conhecido como lise.

Ao evitar lise adicional durante a aceleração, é possível aumentar a capacidade do separador e, ao mesmo tempo, atingir o resultado de separação necessário. A purificação downstream das proteínas alvo também é simplificada e pode ser realizada em equipamentos mais compactos, gerando economias significativas no processo. O desafio, então, é alcançar a máxima eficiência de separação com o mínimo de interrupção do produto.

Assim como a cultura celular se desenvolveu a partir de origens relativamente humildes, o mesmo aconteceu com o equipamento usado para colhê-la. Na verdade, desde os primeiros estágios da ciência da cultura celular, quando a Alfa Laval trabalhou com líderes da indústria no desenvolvimento de fermentações de cultura celular em larga escala, logo se tornou óbvio que as características da cultura celular exigiam designs de separadores extremamente suaves. Eles recorreram ao fuso oco, que teve sua origem em conceitos originalmente desenvolvidos para a indústria de laticínios, onde o toque suave era usado para evitar que as partículas de gordura do leite se separassem durante a aceleração. Décadas depois, a mesma tecnologia é a pedra angular no processamento moderno de culturas celulares.