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Una solución de biorreactor automatizado adaptada a la próxima generación científica

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Woman working in laboratory  on a bioreactor
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Una solución de biorreactor automatizado adaptada a la próxima generación científica

En la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos, los profesores y estudiantes de doctorado necesitaban una nueva solución para la ingeniería evolutiva, con el fin de mejorar el estudio de las células diseñadas genéticamente para tratar de sustituir más productos petroquímicos por materiales de origen vegetal. Esto requería una configuración de biorreactor robusta, flexible y automatizada, adaptada para satisfacer los retos específicos relacionados con los estudios evolutivos.

El doctor en Ingeniería Robert Mans, profesor adjunto del departamento de Biotecnología, explica por qué su trabajo científico en el laboratorio necesitaba más automatización: «El reto es que las células son extremadamente complejas y es imposible comprender siempre lo que sucede en su interior. A veces, las células diseñadas genéticamente se comportan según lo previsto y, otras, enferman y crecen lentamente. Nuestra forma de optimizar esto es utilizando la evolución: dejando que las células evolucionen para ser más saludables y crecer más rápido. Y esto requiere equipos extremadamente fiables y estériles», indica el Dr. Mans. «Por lo tanto, necesitábamos una solución más automatizada para permitir una operación cerrada sin tener que abrir nada durante procesos de un mes de duración».

Sophie de Valk, una de las estudiantes de doctorado bajo la supervisión del Dr. Mans, explica cómo la configuración anterior hizo que su trabajo con la ingeniería genética de la levadura fuera más complejo y requiriese más tiempo: «Solíamos estar relativamente limitados en términos de cómo podíamos automatizar las evoluciones. Teníamos que cambiar el medio a mano, siempre con el riesgo de que se produjese contaminación y posibles contratiempos. Por lo tanto, sin duda alguna sentimos la necesidad de un control preciso del proceso y la capacidad de configurar scripts de sistema aún más complejos».

Con un profundo conocimiento de sus requisitos específicos, el equipo de la Universidad Tecnológica de Delft necesitaba un socio que pudiese proporcionar la experiencia necesaria e invertir tiempo en el diseño de una solución no estándar. «Desde un punto de vista teórico, sabíamos perfectamente lo que queríamos. Pero necesitábamos a alguien que hiciera realidad nuestra visión. Alguien que pudiera crear e implantar una solución con toda la flexibilidad necesaria para realizar nuestros experimentos», explica el Dr. Mans.

Ya conocíamos a Getinge y sabíamos que su sistema era muy robusto y fiable. No obstante, creo que la mayor diferencia para nosotros fue que Getinge está muy abierto a crear soluciones a medida; a colaborar y desarrollar conjuntamente una configuración a medida en lugar de una opción estándar.

Un biorreactor complejo diseñado para la simplicidad

Rowin Timmermans, especialista sénior en aplicaciones, con 12 años de experiencia en soluciones Applikon, formó parte del equipo que asumió el reto. Supo de inmediato que la naturaleza compleja de la tarea requería scripts de control de procesos en el software SCADA del cliente que pudieran reducir significativamente el número de intervenciones manuales. «Teníamos que automatizar dos tipos de procesos de larga duración: un proceso por lotes repetido y un proceso de quimiostato o acelerostato. Normalmente, ambos requerirían muchas intervenciones manuales. Por lo tanto, el principal reto era combinar los datos de los propios dispositivos analizadores de gases residuales del equipo de investigación de la Universidad Técnica de Delft con todos los datos de proceso del sistema ez-Control de Applikon y, a continuación, utilizar estos datos en línea para controlar automáticamente los procesos repetidos de lotes y quimiostatos o acelerostatos de la forma deseada», explica Timmermans.

Timmermans estaba a cargo de redactar los scripts para controlar todo lo que sucede en el proceso de fermentación. Esto se basó en una estrecha colaboración con el equipo del departamento de Biotecnología de la Universidad Tecnológica de Delft. «Mi función principal era programar los scripts en Lucullus®, la solución de software proporcionada por Getinge, para lograr la automatización de los procesos. Durante nuestra colaboración, visité la universidad varias veces para realizar pruebas juntos. Creo que esta forma de trabajo en equipo, con comentarios frecuentes y constructivos, es la clave del éxito. Es la única manera de comprender completamente una necesidad específica y encontrar una solución que se adapte a las necesidades exactas del cliente», concluye Timmermans.

Cuando se le preguntó sobre la tarea más difícil durante el proceso, comentó: «Uno de los mayores retos fue comprender cómo funciona el quimiostato, y especialmente el acelerostato, y la complejidad de algunos de los criterios que programamos en los scripts para pasar de un paso del proceso al siguiente».

Al igual que Timmermans, el Dr. Mans y su equipo determinaron que una colaboración estrecha resultaba muy valiosa y que fue parte del motivo por el que todo el proceso fue relativamente rápido. El Dr. Mans comparte su opinión sobre el proceso de colaboración: «Habría pronosticado más contratiempos de los que nos encontramos. Prácticamente solo había que comprobar que todo era como tenía que ser, algo que me sorprendió mucho, porque es un sistema bastante difícil de configurar. En un tiempo relativamente corto, basándonos en un periodo de ensayo y error, conseguimos obtener un resultado final que hiciera todo lo que queríamos del sistema». 

Beneficios personalizados: diseñados para uso general

La estudiante de doctorado del Dr. Mans, Sophie de Valk, señala algunos de los aspectos destacados y los beneficios del nuevo sistema desde su punto de vista:

Me gusta lo fácil que resulta supervisar en línea muchas cosas que suceden en el reactor. Antes, siempre había que exportar los datos primero y, después, trazarlos en Excel. Ahora, no hay que estar observando el reactor todo el tiempo para saber que todo va bien. Se puede ver fácilmente en tres clics, incluso si trabajas desde casa.

Además de tener acceso instantáneo a la monitorización en línea desde cualquier lugar, de Valk también menciona la simplicidad y flexibilidad que caracterizan al nuevo sistema de evolución automatizada: «Ahora es muy fácil configurar un script de automatización bastante complicado. No hace falta invertir semanas creando todo desde cero con los estudiantes. Además, he tenido casos en los que queríamos ajustar algunos parámetros durante las evoluciones en tiempo real. Ahora podemos hacerlo porque resulta muy sencillo hacer un seguimiento de las señales en línea y ver cómo va todo y cómo se está desarrollando. Y, en función de los datos de control, podemos ajustar el pH, rociar más aire o realizar cualquier ajuste necesario».

Al final, tanto el equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Delft como los implicados de Getinge estuvieron tan satisfechos con el resultado que organizaron un seminario web conjunto para ofrecer una difusión global y compartir sus conocimientos sobre el proceso y las posibilidades del vanguardista sistema de biorreactor automatizado, que, aunque estaba muy adaptado, estaba destinado a un uso general desde el principio. El Dr. Mans y su equipo también escribieron una publicación científica para hacer que el conocimiento fuera accesible para la comunidad académica global.

Dar vida a la ciencia, no solo como espectador

Por último, le pedimos a Sophie de Valk y al Dr. Robert Mans de la Universidad Tecnológica de Delft que nos contaran cuáles son sus principales factores de motivación para trabajar en las ciencias de la vida.

En parte, el impulso se debe al cambio climático. Saber que puedes contribuir de verdad y ofrecer una alternativa a la industria de origen fósil y convertirte en una empresa más verde. Es una sensación maravillosa. Además, el campo de las ciencias de la vida sigue desarrollándose muy rápidamente. En estos momentos se está produciendo una innovación de vanguardia y es maravilloso formar parte de ella.

El Dr. Mans también señala que participar activamente en la lucha contra el cambio climático es un gran factor de motivación. «Como sociedad y población mundial, tenemos que dar pasos importantes para limitar y reducir el efecto del cambio climático. Saber que estamos contribuyendo simplemente haciendo lo que hacemos a diario, para mí, es una gran motivación. De lo contrario, me sentiría como un mero espectador. Sé que con mi trabajo formo parte de la solución. No me limito a ver cómo otras personas actúan. Estoy muy implicado y, con suerte, lo que hago supondrá una diferencia», concluye.

Uno de los mayores retos fue comprender cómo funciona el quimiostato, y especialmente el acelerostato, y la complejidad de algunos de los criterios que programamos en los scripts para pasar de un paso del proceso al siguiente.

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