Durante miles de años, los microorganismos se han utilizado para facilitar las reacciones químicas, en la elaboración de cerveza, por ejemplo. Sin embargo, los procesos bioquímicos son increíblemente complejos, con una multitud de reacciones que tienen lugar simultáneamente y se influyen entre sí. Hay innumerablesparámetros que juegan un papel, no todos los cuales pueden medirse directamente.
A pesar de las dificultades involucradas, los investigadores de TU Wien ahora están trabajando para examinar estos procesos en detalle. Ahora, en cooperación con el fabricante farmacéutico Sandoz, TU Wien ha logrado analizar y replicar de manera integral un proceso de producción de penicilina utilizando un modelo de computadora. Este procesoincluso ha permitido a los investigadores determinar parámetros que no se pueden medir directamente. Sandoz ahora está haciendo uso de estos hallazgos para mantener una visión general completa de los procesos en el biorreactor en todo momento, asegurando una calidad óptima.
Recuadro negro reemplazado por conocimiento profundo
Muchas reacciones químicas son fáciles de entender: si el hidrógeno se quema con oxígeno, se produce agua, de una manera claramente predecible y en un volumen que se puede calcular con precisión de antemano. Pero, ¿cómo se puede calcular la rapidez con la que crecerá un hongo yProliferar bajo las condiciones constantemente cambiantes en un biorreactor?
"Durante mucho tiempo, los procesos como este se vieron como una 'caja negra' que no se puede entender y que solo se puede explotar de manera efectiva con mucha experiencia", dice el profesor Christoph Herwig, quien lidera el grupo de investigación para bioprocesostecnología en el Instituto de Ingeniería Química, Ambiental y Biociencias de TU Wien. "Nuestro enfoque es algo diferente: queremos analizar los procesos químicos en un biorreactor en detalle y determinar las ecuaciones que describen estos procesos". El objetivo es producir un modelo matemáticoque replica con precisión estos procesos dentro del biorreactor.
"Muchos parámetros que son vitales para el proceso simplemente no se pueden medir directamente, como la tasa de crecimiento de los microorganismos", explica Julian Kager, que trabaja con Sandoz GmbH como parte de su tesis. "Esta es precisamente la razón por la queUn modelo matemático completo es tan útil: utilizamos datos accesibles del proceso de producción en tiempo real, como la concentración de varias sustancias en el biorreactor, y usamos nuestro modelo informático para calcular el estado más probable del proceso ". Los parámetros queno se puede medir, por lo tanto, se puede calcular.
La información del modelo se puede utilizar para optimizar el suministro de nutrientes a las células cultivadas mientras el proceso está en curso.
El sistema de ecuaciones utilizado para describir matemáticamente el bioproceso es tan complejo y multifacético como el proceso en sí. "El sistema de ecuaciones describe un sistema dinámico no lineal. Incluso las variaciones más pequeñas en las condiciones iniciales pueden tener un gran impacto".explica Kager. "Esto significa que no es realmente posible encontrar una solución a mano; en cambio, se requieren simulaciones por computadora relativamente elaboradas para obtener los resultados necesarios".
El modelo de proceso y los algoritmos desarrollados en TU Wien ahora están siendo utilizados por Sandoz GmbH para su proceso de producción de penicilina. "Estamos muy contentos de que nuestra investigación básica haya sido adoptada para su uso en la industria tan rápidamente y de que nuestro enfoque de modelado bioquímico esahora se utiliza para facilitar el control automatizado de los procesos de producción farmacéutica ", dice Julian Kager.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :