Aplicación de técnicas quimiométricas para la optimización de un medio de cultivo utilizado en la producción de un biofármaco

DIDIER C, ETCHEVERRYGARAY M, KRATJE R, GOICOECHEA H.

Merlo, San Luis

Congreso; III Congreso Argentino de Química Analítica; 2005

AAQA

Los procesos de producción de biofármacos a menudo son difíciles de mejorar, debido al gran número de variables involucradas, y a que las relaciones entre éstas deben satisfacer muchas exigencias. Para llevar a cabo la optimización de este tipo de bioprocesos, resulta muy útil un tipo especial de diseño experimental denominado diseño de mezclas, en el cual la cantidad total de componentes se mantiene constante y una cierta respuesta medida varía cuando las proporciones de los componentes en la mezcla cambian. En casos aún más complejos, se requiere estudiar el efecto de una mezcla de componentes en una respuesta dada cuando éstos están relacionados con otros compuestos, los que a su vez son parte de otra mezcla. Este tipo de situación se conoce como experimento cruzado de mezclas. Un ejemplo de este caso es expuesto en el presente trabajo, en el que se evalúa una mezcla de tres hexosas, combinada con una mezcla de tres compuestos que son fuente de energía para la célula, con el fin de determinar las proporciones óptimas de todos los componentes en el medio de cultivo, sabiéndose que los caminos metabólicos de estos dos conjuntos de componentes están interrelacionados. El efecto de las hexosas se analizó usando un diseño simplex lattice {3,2} aumentado con el centroide y tres puntos axiales, mientras que para la mezcla de fuentes de energía se usó un diseño simplex-centroide {3,2} con restricciones. Ambos diseños se combinaron en un diseño cruzado de mezclas, evaluándose el primer diseño en cada punto del segundo y obteniéndose un total de 63 experimentos. En la optimización se tomaron en cuenta las siguientes respuestas: integral en el tiempo de células viables (IVC), velocidad específica de producción de metabolitos inhibitorios (lactato, qlac y amonio, qamm), velocidad específica de producción de proteína recombinante (qprot) y actividad biológica estimada de la proteína producida (BA). Se realizó un ajuste de los datos usando el modelo de Scheffé para obtener una superficie de respuesta en cada punto del diseño cruzado y se construyó una función deseabilidad (di) para cada respuesta. Imponiendo ciertas restricciones, en relación con los objetivos perseguidos, se generó una función deseabilidad total (D), la cual permitió predecir la combinación de componentes que producen el mejor rendimiento del cultivo. En este caso, los mejores resultados se obtuvieron con una mezcla de hexosas y fuentes de energía que no se encuentran en los medios de cultivo tradicionalmente empleados en el cultivo de células de mamífero. Estos resultados demuestran que herramientas quimiométricas como el diseño experimental y el método de superficie de respuesta son muy útiles para resolver problemas en los cuales están involucradas muchas variables y respuestas simultáneamente.