Diseño y análisis de estratégias de ajuste en la composición de la alimentación para el cultivo en células CHO, como parte de una plataforma de optimización de medios de cultivo

Abstract

La síntesis de bio-productos a partir de células en condiciones controladas requiere que sean suplementadas con todos los nutrientes necesarios. Dentro de ellos, los aminoácidos son fundamentales como precursores de proteínas y metabolitos, y como fuentes energéticas. Para concebir cómo se debe realizar la producción en células y cómo llevar a cabo la suplementación, se han desarrollado metodologías computacionales de diseño, permitiendo acelerar la concepción y reducir costos. Allí se enmarca el proyecto ID18I10308, consistente en la creación de una plataforma de diseño de cultivos celulares. El presente trabajo tiene por objetivo adecuar esta plataforma, al incluir una metodología que calcula una composición de aminoácidos a alimentar en cultivos fed-batch de la línea celular CHO-tPA, a fin de proveer correctamente los nutrientes aminoacídicos y aumentar la síntesis del bio-producto. Se implementó un método de análisis de datos biológicos, en el que se calculan ratios estequiométricos entre las tasas específicas de consumo de aminoácidos, utilizando siempre uno de referencia. Ésta correspondió al aminoácido que la plataforma ajusta (glutamato o glutamina), y se estructuró el ajuste como una función implementable en el software utilizado en el proyecto; con ello, el mismo modelo estimaría los coeficientes y los emplearía para calcular la composición a utilizar. Se simuló para ambas etapas de diseño, y se comparó con el escenario donde se usó una composición ya definida. Además, se intentó cumplir con los requerimientos nutricionales en diferentes fases del cultivo al calcular la composición en más de un instante, fraccionando la simulación y en cada tramo utilizando la función de ajuste. Las predicciones obtenidas indicaron que el ajuste, usado para calcular una única nueva composición, mejora la productividad específica de los cultivos en un promedio de 7%, pero el nivel de tPA depende principalmente de la cantidad de células viables disponibles más que de la concentración de los aminoácidos. Al incluir un segundo ajuste, la productividad específica disminuye entre 1 y 5 %, y se confirmó una relación directa entre la cantidad de células y la de tPA, pues hubo incremento de éste sólo cuando aumentan las células, y en igual nivel. Sin embargo, la modificación realizada para incorporar un ajuste adicional implicó que el sistema no pudiera ser modelado correctamente, ya que el controlador se desestabiliza en todos los casos y la magnitud de la fluctuación depende del punto de detención de la simulación. El ajuste implementado permitió nivelar las concentraciones de los aminoácidos alimentados en base a sus consumos, pero para aumentar la síntesis de bio-producto (según el modelo) es necesario maximizar el número de células. Si se modifica el ajuste para ese fin, será posible incluirlo definitivamente al proyecto, pues además es aplicable a otras líneas celulares al sólo analizar datos experimentales de cantidad de células y metabolitos medibles.