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Bioseparaciones
La biotecnología ha experimentado un crecimiento fenomenal en los
últimos años. La mayor parte de esto ha sido en las áreas
fundamentales que están vinculados a la biología celular y
molecular, la bioquímica y biofísica. En comparación, el
crecimiento en áreas más aplicadas, como la ingeniería de
bioprocesos ha sido relativamente modesta, debido en gran parte a la
financiación significativamente más bajos en estas áreas, tanto en el
mundo académico y la industria. El resultado neto de esto ha sido
enormemente inflados, pero en gran medida sin cumplirse las
expectativas sobre los beneficios de la biotecnología. Ahora se
aprecia que el crecimiento simétrico en las áreas básica y aplicada es
crucial para el desarrollo saludable de la biotecnología. Uno de los
principales segmentos de la biotecnología en la investigación y
desarrollo es vital es bioprocesamiento que se ocupa de la
fabricación de productos bioquímicos, productos biofarmacéuticos,
alimentos, nutracéuticos y productos agroquímicos. Una plétora de
nuevos productos derivados biológicamente se han elaborado,
aprobado y autorizado en la última década. Esto incluye los
anticuerpos monoclonales utilizados para el tratamiento del cáncer y
la esclerosis múltiple, los plásmidos para la terapia génica, las
citoquinas y las interleucinas. Muchos de estos productos deben ser
ampliamente purificados antes de que puedan ser utilizados para sus
respectivas aplicaciones. Bioseparaciones ingeniería se refiere al
estudio sistemático de los principios científicos y técnicos utilizados
para la purificación a gran escala de productos biológicos. Es un
término más amplio que el tratamiento posterior ligeramente fecha
que se refiere específicamente al segmento de la separación y
purificación de un proceso biotecnológico que siguieron algún tipo
de reacción biológica, por ejemplo de purificación de un antibiótico
después de la fermentación microbiana. Sin embargo, la fabricación
de varios tipos de productos biológicos no se trata en las reacciones
biológicas in vitro. Estos productos se sintetizan en vivo en sus
respectivas fuentes naturales y se trata simplemente de recuperar
mediante técnicas adecuadas, por ejemplo la fabricación de las
proteínas del plasma de la sangre, la extracción de alcaloides de las
plantas, la extracción de las enzimas a partir de tejido animal.
Bioprocesamiento se pueden clasificar en dos categorías (véase la
Fig. 1.1.)
1. Bioprocesamiento reactiva
2. Bioprocesamiento extractivas
En bioprocesamiento reactiva, el proceso de bioseparación sigue
algún tipo de reacción biológica mientras que bioprocesamiento
extractivas casi en su totalidad implica bioseparación. En el contexto
de bioprocesamiento reactivos, tratamiento aguas arriba incluye
medidas como la detección biocatalizador, el enriquecimiento, el
aislamiento y la propagación de manipulación de células mediante
tecnología de ADN recombinante o la tecnología del hibridoma, los
medios de comunicación y la optimización de la formulación, y así
sucesivamente. La reacción biológicos implicados podría ser de
fermentación (es decir, el cultivo de células bacterianas o fúngicas),
el cultivo de células (es decir, el cultivo de células de origen animal
o vegetal) o simplemente una reacción enzimática. Con
bioseparación de extracción, procesamiento aguas arriba implica la
adquisición de materias primas y de pre-tratamiento.
1.2. ¿Qué es separado en bioseparación?
Biológicamente los productos derivados se pueden clasificar de
diferentes maneras, una forma de ser en función de su naturaleza
química (véase el cuadro 1.1).
Los productos biológicos también pueden ser clasificadas en función
de sus aplicaciones previstas (cuadro 1.2):
1.3. Importancia económica de la bioseparación
La purificación de productos biológicos, por ejemplo, de su
respectivo material de partida medios de cultivo celular es
técnicamente difícil y costoso. Con frecuencia, esto podría ser el
factor limitante fundamental en la comercialización de un producto
biológico. En muchos casos el costo bioseparación puede ser un
componente sustancial del costo total del bioprocesamiento. Tabla
1.3 resume el costo bioseparación de las diferentes categorías de
productos biológicos. Para las proteínas y ácidos nucleicos, en
particular los utilizados como productos biofarmacéuticos, el costo
bioseparación es bastante importante.
1.4. Naturaleza de bioseparación
Bioseparación se basa principalmente en los procesos de separación
química. Una plétora de técnicas de separación bien establecida se
utiliza en la industria química. Un número de estas técnicas se
consideraron adecuados para llevar a cabo las separaciones
biológica. Sin embargo, mientras que los préstamos de las
separaciones químicas, las diferencias fundamentales entrelos
productos químicos sintéticos y sustancias biológicas deben tenerse
en cuenta. Algunas sustancias de origen biológico, tales como
antibióticos y otros compuestos de bajo peso molecular como las
vitaminas y los aminoácidos son purificados mediante técnicas de
separación convencional como la extracción líquido-líquido, Bolsas
de adsorción de cama, evaporación y secado prácticamente sin
modificaciones de ser necesario. Sin embargo, ha modificado
sustancialmente las técnicas de separación son necesarios para la
purificación de moléculas más complejas como las proteínas,
lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos. A menudo, los tipos
completamente nuevos de técnicas de separación tiene que ser
concebido. Algunos de los atributos de bioseparación que la
distinguen de la separación química son:
1. Los productos biológicos están presentes en concentraciones muy
bajas en el material de partida desde los que se purifican. Por
ejemplo, los anticuerpos monoclonales son típicamente presentes en
concentraciones de alrededor de 0,1 mg / ml en el sobrenadante de
cultivo de células de mamífero. Por lo tanto, grandes volúmenes de
corrientes diluidas producto han de ser tratados para obtener incluso
pequeñas cantidades de productos puros.
2. Varias otras sustancias que suelen ser las impurezas y en algunos
casos por los productos están presentes en el material de partida
junto con el objetivo de los productos biológicos. Con frecuencia,
estas impurezas o productos tienen propiedades químicas y físicas
similares a las del producto de destino. Esto hace extremadamente
difícil laseparación. Por lo tanto, bioseparación tiene que ser muy
selectivo en la naturaleza.
3. Existen estrictos requisitos de calidad para los productos
utilizados con fines preventivos, diagnósticos y terapéuticos, tanto
en términos de contenido de producto activo, así como en términos
de ausencia de impurezas específicas. Inyectables de productos
terapéuticos debe estar libre de endotoxinas y pirógenos. Soluciones
para este tipo de requisitos específicos para ser incorporado en un
proceso de bioseparación.
4. Los productos biológicos son susceptibles a la desnaturalización y
otras formas de degradación. Por lo tanto las técnicas de
bioseparación tienen que ser "suave" en términos de evitar los
extremos de las condiciones físico-químicas tales como el pH y la
fuerza iónica, condiciones hidrodinámicas tales como las altas tasas
de corte, y la exposición al gas interfaces líquido. Disolventes
orgánicos que son ampliamente utilizados en las separaciones
químicas tienen relativamente limitada en el uso de bioseparations a
causa de su tendencia a promover la degradación de muchos de los
productos biológicos.
5. Muchos de los productos biológicos son termolábiles y por lo
tanto las técnicas de bioseparación muchos suelen realizarse a nivel
sub-temperatura ambiente.
6. Bioseparación suele basarse en la diversidad técnica de
separación. Esto será discutido en detalle en una sección posterior.
1.5. Base de la separación en los procesos de bioseparación
Los productos biológicos están separados sobre la base de uno o más
de los siguientes factores:
1. Tamaño: por ejemplo, separación de membranas de filtración,
centrifugación
2. Densidad: por ejemplo, la centrifugación, sedimentación,
flotación,
3. Difusividad: por ejemplo, separación por membrana
4. Forma: por ejemplo, centrifugación, filtración, sedimentación
5. Polaridad: por ejemplo, de extracción, cromatografía de adsorción
6. Solubilidad: por ejemplo, la extracción, la precipitación, la
cristalización
7. Las cargas electrostáticas: por ejemplo, , la adsorción de
separación por membranas, la electroforesis
8. Volatilidad: por ejemplo, , la destilación de destilación por
membrana, pervaporación
1.6. Las formas físicas separadas en bioseparación
Bioseparación normalmente implica la separación física de las
formas siguientes:
1.6.1. De partículas de separación de líquidos
Ejemplos de partículas de separación de líquidos, como la
separación de células del medio de cultivo celular, la separación de
las células sanguíneas del plasma en la fabricación de las proteínas
del plasma y la eliminación de bacterias y virus a partir de
soluciones de proteínas. De partículas de separación de líquidos se
puede lograr forzando a la suspensión a través de un medio poroso
que retiene la
partículas de tiempo que permite que el líquido que pasar. Este
principio se utiliza en la filtración y separación de la membrana. De
partículas de separación de líquidos también se puede lograr
sometiendo la suspensión a natural o artificial campos gravitatorios.
Si las partículas son más densos que el medio líquido en el que se
suspenden, estos serían asentarse y formar una zona de muy
altaconcentración de partículas. Esto se conoce como el sedimento y
el líquido claro dejó atrás se conoce como el sobrenadante. Este
principio se utiliza en la separación de procesos como la
sedimentación y la centrifugación. Si las partículas son más ligeros
que el líquido en el que se encuentran suspendidos, estos tienden a
flotar y por lo tanto, concentrarse en la parte superior del contenedor
en el que se lleva a cabo la suspensión. Este principio se utiliza en
flotación.
1.6.2. De partículas de separación de partículas en medio líquido
Ejemplos de partículas, la separación de partículas en medio líquido
son el fraccionamiento de organelo celular sub, la separación del
ADN plásmido de ADN cromosómico, y la separación de células
maduras de las células jóvenes. Este tipo de separación puede
lograrse mediante centrifugación por zonas, que implica la
introducción de la mezcla en un lugar dentro de un medio líquido
que luego se somete a un campo gravitatorio inducida
artificialmente. Como resultado de esto las partículas más pesadas se
desplazarían más rápido que las partículas más ligeras, dando lugar a
su segregación en las distintas bandas de las que estas partículas
pueden ser posteriormente recuperados utilizando los medios
apropiados. De partículas de separación de partículas, en teoría, se
llevará a cabo mediante el uso de un medio poroso que retiene las
partículas más grandes, pero permite que las partículas más
pequeñas que pasar. Sin embargo, esto parece más sencillo de lo que
realmente es y sólo puede llevarse a cabo si las partículas más
grandes se puede impedir elbloqueo del medio poroso.
1.6.3. La separación de partículas de soluto en medio líquido
Un ejemplo de esto es la separación de los antibióticos disueltos a
partir de células y restos de células presentes en el caldo de
fermentación. Los métodos utilizados para la separación de
partículas de soluto son fundamentalmente similares a los utilizados
para la separación sólido-líquido en cuenta el hecho de que el soluto
queda disuelto en el medio líquido.
1.6.4. Solutos de separación del disolvente
Solutos de separación del disolvente es muy común en
bioseparación, el propósito de ello es la extirpación total o parcial de
un disolvente de un producto de soluto (por ejemplo, el
enriquecimiento de la concentración de proteínas), o la eliminación
de las impurezas disueltas de un producto líquido, o la sustitución de
un disolvente de una solución mediante el intercambio de otro (es
decir, disolventes). Una gama de opciones están disponibles para la
separación de soluto-disolvente el más fácil de estos evaporación y
la destilación de ser. Sin embargo, estas técnicas consisten en la
aplicación de calor y no puede ser utilizado para la separación de los
materiales biológicos que tienden a ser termolábil. Membranas que
puede retener el material disuelto al tiempo que permite a través de
disolventes son ampliamente utilizados para este tipo de separación:
una membrana de ósmosis inversa se conservan pequeñas moléculas
e iones, una membrana de nanofiltración se retienen las moléculas
más grandes, tales como vitaminas, hormonas y antibióticos,
mientras que una membrana deultrafiltración se retener
macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos. Otra forma de
eliminar un disolvente de un soluto es mediante la unión reversible
del soluto a una superficie sólida, esto se conoce como adsorción.
Una vez soluto vinculante ha tenido lugar, esta separación se
transforma en una partícula de separación de líquidos, es decir, el
disolvente se separa de los sólidos de la envolvente soluto. El límite
de soluto posteriormente se recuperó de la materia sólida, esta se
denomina de desorción. Un método indirecto para la separación de
soluto-disolvente es mediante la inducción de la precipitación del
soluto, lo que, una vez más la transformación de la separación de
una partícula de separación de líquidos. Disolvente de cambio
también pueden ser llevadas a cabo por extracción líquido-líquido,
donde el soluto es transferido de un líquido a otro con el que el
original disolvente inmiscibles.
1.6.5. Soluto de separación de solutos en medio líquido
Soluto-soluto de separación es de lejos la forma más difícil de la
separación. Un ejemplo de esto es la separación de la albúmina de
suero de proteínas de suero de otros. Soluto-soluto separación puede
lograrse mediante adsorción selectiva, es decir, de manera selectiva
y reversible vinculante el objetivo de soluto en un material sólido.
Soluto-soluto de separación también puede llevarse a cabo por
extracción líquido-líquido, es decir, poniéndose en contacto con la
solución con un líquido inmiscible en el que el objetivo de soluto
tiene alta solubilidad. Con el advenimiento de las membranas,
soluto-solutoseparación se ha convertido en mucho más fácil. De
nanofiltración, ultrafiltración y membranas de diálisis puede ser
utilizado para tales separaciones. Una forma indirecta de llevar a
cabo soluto-soluto es la separación por precipitación, que consiste en
la precipitación selectiva de la meta de soluto. Esta separación se
transforma a la de la separación de partículas de soluto en medio
líquido.
1.6.6. Separación líquido-líquido
Separación líquido-líquido es necesario en la fabricación de
solventes como la acetona y el etanol, que normalmente tienen que
ser separados de un medio acuoso. Si el disolvente se mezcla con el
agua, separación de fases seguido por decantación puede ser
suficiente. Sin embargo, si el solvente es miscible con agua (como
en el caso del etanol), otros métodos de separación tienen que ser
utilizados. Con una temperatura estable y disolventes volátiles,
como el etanol, la destilación se ha utilizado tradicionalmente. Sin
embargo, con el advenimiento de la tecnología de membrana, la
separación de procesos como la destilación de la membrana y la
pervaporación han entrado en uso generalizado.
1.7. Técnicas de bioseparación
Una plétora de técnicas de bioseparación ya está disponible. Tabla
1.4 técnicas bioseparación clasifica en dos grandes grupos. Como se
mencionó anteriormente, un proceso bioseparación debe combinar la
alta selectividad (o resolución) con alto rendimiento (o
productividad). Está muy claro que ninguno de los que figuran en la
tabla puede ofrecer por sí solos.
Por lo tanto los procesos de bioseparación tienden a basarse
enmúltiples técnicas dispuestos de modo que tanto en alta resolución
y alto rendimiento se puede obtener en un sentido global.
1.8. El régimen de RIPP
Durante el desarrollo de un proceso de bioseparación se deberá tener
en cuenta:
1. La naturaleza del material de partida: por ejemplo, una suspensión
de células, una solución de proteína cruda
2. La ubicación inicial del producto objetivo: por ejemplo,
intracelular, extracelular, incrustado en el material sólido, como
cuerpos de inclusión
3. El volumen o el caudal del material de partida
4. La abundancia relativa de los productos en el material de partida,
es decir, su concentración relativa a las impurezas
5. La susceptibilidad a la degradación por ejemplo, a su estabilidad
de pH, la sensibilidad a las altas tasas de corte o la exposición a
disolventes orgánicos
6. La forma física deseada del producto final, por ejemplo, polvo
liofilizado, solución estéril, la suspensión
7. Los requisitos de calidad, por ejemplo, porcentaje de pureza, la
ausencia de endotoxinas o agregados de
8. Proceso de cálculo de costos y la economía para la recuperación
(RIPP, aislamiento, purificación y pulido) régimen se utiliza
comúnmente en bioseparación. Esta estrategia implica el uso de
técnicas de lowresolution (por ejemplo, precipitación, filtración,
centrifugación, y la cristalización) en primer lugar para la
recuperación y el aislamiento seguido por las técnicas de alta
resolución (por ejemplo, las separaciones de afinidad, cromatografía
y electroforesis) para la purificación y el pulido. El alto rendimiento,
bajo técnicas deresolución de primera utilización para reducir
significativamente el volumen y la concentración total del material
procesado. Los productos parcialmente purificados luego son
procesados posteriormente por alta-baja resolución de las técnicas de
procesamiento para obtener productos terminados puro y pulido.
1.9. Ejemplo de bioseparación
Un plan para la bioseparación grado reactivo de anticuerpos
monoclonales de sobrenadante de cultivo celular se muestra en la
figura. 1.2. Murino o el ratón anticuerpos monoclonales son
sustancias producidas por el cultivo de células de hibridomas en
diferentes tipos de biorreactores. En los últimos años ha sido posible
sintetizar anticuerpos monoclonales humanizados y chimaeric
mediante el cultivo de recombinante de ovario de hámster chino
(CHO). En el esquema bioseparación muestra en la figura. 1.2, la
fase de purificación clave consiste en cromatografía de afinidad.
Antes de la cromatografía de afinidad con el sobrenadante de cultivo
celular debe ser limpiado por centrifugación o filtración por
membrana para que las células, restos celulares y otras partículas no
se tapen la columna de afinidad. El anticuerpo monoclonal casi
purificada obtenida mediante cromatografía de afinidad se purifica
por cromatografía de intercambio iónico y pulido por gel-filtración
para obtener mayor al 98% del producto puro en la forma de
solución. Esta cifra es el porcentaje de pureza en relación con otras
proteínas presentes en el producto. La solución de anticuerpos luego
se filtra para eliminar las bacterias contaminantes y de
comercialización, ya sea comouna solución estéril o como un polvo
liofilizado. El plan para la purificación de grado terapéutico de los
anticuerpos monoclonales sería prácticamente similar a la mostrada
en la figura. 1.2. Además del sistema de depuración básico que se
utiliza para hacer el grado reactivo de anticuerpos monoclonales,
algunos pasos adicionales para eliminar las partículas e impurezas
específicas, tales como las endotoxinas y dímeros de anticuerpos y
los agregados de orden superior sería necesario. Un paso adicional
para formular el anticuerpo monoclonal en una solución
amortiguadora también sería necesario.
1.10. Las tendencias actuales en el bioseparación
Las principales desventajas de utilizar el régimen de RIPP son:
1. Alto costo de capital
2. Las operaciones de alto costo 3. Baja la recuperación del producto
Con el advenimiento de los procesos de separación por membrana y
otros nuevos tipos de separaciones, existe la posibilidad de evitar el
régimen de RIPP convencionales. Procesos de membrana dar de alto
rendimiento y puede ser afinado o optimizado para dar selectividad
muy alto. El uso de estas nuevas técnicas puede reducir
significativamente el número de pasos necesarios para
bioseparación. Algunas de estas técnicas nuevas y emergentes son:
1. Cromatografía de membrana y un monolito
2. Ampliado de la cromatografía de cama
3. De alta resolución de ultrafiltración
4. BioseparationsHybrid

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Bioseparaciones

  • 1. Bioseparaciones La biotecnología ha experimentado un crecimiento fenomenal en los últimos años. La mayor parte de esto ha sido en las áreas fundamentales que están vinculados a la biología celular y molecular, la bioquímica y biofísica. En comparación, el crecimiento en áreas más aplicadas, como la ingeniería de bioprocesos ha sido relativamente modesta, debido en gran parte a la financiación significativamente más bajos en estas áreas, tanto en el mundo académico y la industria. El resultado neto de esto ha sido enormemente inflados, pero en gran medida sin cumplirse las expectativas sobre los beneficios de la biotecnología. Ahora se aprecia que el crecimiento simétrico en las áreas básica y aplicada es crucial para el desarrollo saludable de la biotecnología. Uno de los principales segmentos de la biotecnología en la investigación y desarrollo es vital es bioprocesamiento que se ocupa de la fabricación de productos bioquímicos, productos biofarmacéuticos, alimentos, nutracéuticos y productos agroquímicos. Una plétora de nuevos productos derivados biológicamente se han elaborado, aprobado y autorizado en la última década. Esto incluye los anticuerpos monoclonales utilizados para el tratamiento del cáncer y la esclerosis múltiple, los plásmidos para la terapia génica, las citoquinas y las interleucinas. Muchos de estos productos deben ser ampliamente purificados antes de que puedan ser utilizados para sus respectivas aplicaciones. Bioseparaciones ingeniería se refiere al estudio sistemático de los principios científicos y técnicos utilizados para la purificación a gran escala de productos biológicos. Es un término más amplio que el tratamiento posterior ligeramente fecha que se refiere específicamente al segmento de la separación y purificación de un proceso biotecnológico que siguieron algún tipo de reacción biológica, por ejemplo de purificación de un antibiótico después de la fermentación microbiana. Sin embargo, la fabricación de varios tipos de productos biológicos no se trata en las reacciones biológicas in vitro. Estos productos se sintetizan en vivo en sus respectivas fuentes naturales y se trata simplemente de recuperar
  • 2. mediante técnicas adecuadas, por ejemplo la fabricación de las proteínas del plasma de la sangre, la extracción de alcaloides de las plantas, la extracción de las enzimas a partir de tejido animal. Bioprocesamiento se pueden clasificar en dos categorías (véase la Fig. 1.1.) 1. Bioprocesamiento reactiva 2. Bioprocesamiento extractivas En bioprocesamiento reactiva, el proceso de bioseparación sigue algún tipo de reacción biológica mientras que bioprocesamiento extractivas casi en su totalidad implica bioseparación. En el contexto de bioprocesamiento reactivos, tratamiento aguas arriba incluye medidas como la detección biocatalizador, el enriquecimiento, el aislamiento y la propagación de manipulación de células mediante tecnología de ADN recombinante o la tecnología del hibridoma, los medios de comunicación y la optimización de la formulación, y así sucesivamente. La reacción biológicos implicados podría ser de fermentación (es decir, el cultivo de células bacterianas o fúngicas), el cultivo de células (es decir, el cultivo de células de origen animal o vegetal) o simplemente una reacción enzimática. Con bioseparación de extracción, procesamiento aguas arriba implica la adquisición de materias primas y de pre-tratamiento. 1.2. ¿Qué es separado en bioseparación? Biológicamente los productos derivados se pueden clasificar de diferentes maneras, una forma de ser en función de su naturaleza química (véase el cuadro 1.1). Los productos biológicos también pueden ser clasificadas en función de sus aplicaciones previstas (cuadro 1.2): 1.3. Importancia económica de la bioseparación La purificación de productos biológicos, por ejemplo, de su respectivo material de partida medios de cultivo celular es
  • 3. técnicamente difícil y costoso. Con frecuencia, esto podría ser el factor limitante fundamental en la comercialización de un producto biológico. En muchos casos el costo bioseparación puede ser un componente sustancial del costo total del bioprocesamiento. Tabla 1.3 resume el costo bioseparación de las diferentes categorías de productos biológicos. Para las proteínas y ácidos nucleicos, en particular los utilizados como productos biofarmacéuticos, el costo bioseparación es bastante importante. 1.4. Naturaleza de bioseparación Bioseparación se basa principalmente en los procesos de separación química. Una plétora de técnicas de separación bien establecida se utiliza en la industria química. Un número de estas técnicas se consideraron adecuados para llevar a cabo las separaciones biológica. Sin embargo, mientras que los préstamos de las separaciones químicas, las diferencias fundamentales entrelos productos químicos sintéticos y sustancias biológicas deben tenerse en cuenta. Algunas sustancias de origen biológico, tales como antibióticos y otros compuestos de bajo peso molecular como las vitaminas y los aminoácidos son purificados mediante técnicas de separación convencional como la extracción líquido-líquido, Bolsas de adsorción de cama, evaporación y secado prácticamente sin modificaciones de ser necesario. Sin embargo, ha modificado sustancialmente las técnicas de separación son necesarios para la purificación de moléculas más complejas como las proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos. A menudo, los tipos completamente nuevos de técnicas de separación tiene que ser concebido. Algunos de los atributos de bioseparación que la distinguen de la separación química son: 1. Los productos biológicos están presentes en concentraciones muy bajas en el material de partida desde los que se purifican. Por ejemplo, los anticuerpos monoclonales son típicamente presentes en concentraciones de alrededor de 0,1 mg / ml en el sobrenadante de cultivo de células de mamífero. Por lo tanto, grandes volúmenes de
  • 4. corrientes diluidas producto han de ser tratados para obtener incluso pequeñas cantidades de productos puros. 2. Varias otras sustancias que suelen ser las impurezas y en algunos casos por los productos están presentes en el material de partida junto con el objetivo de los productos biológicos. Con frecuencia, estas impurezas o productos tienen propiedades químicas y físicas similares a las del producto de destino. Esto hace extremadamente difícil laseparación. Por lo tanto, bioseparación tiene que ser muy selectivo en la naturaleza. 3. Existen estrictos requisitos de calidad para los productos utilizados con fines preventivos, diagnósticos y terapéuticos, tanto en términos de contenido de producto activo, así como en términos de ausencia de impurezas específicas. Inyectables de productos terapéuticos debe estar libre de endotoxinas y pirógenos. Soluciones para este tipo de requisitos específicos para ser incorporado en un proceso de bioseparación. 4. Los productos biológicos son susceptibles a la desnaturalización y otras formas de degradación. Por lo tanto las técnicas de bioseparación tienen que ser "suave" en términos de evitar los extremos de las condiciones físico-químicas tales como el pH y la fuerza iónica, condiciones hidrodinámicas tales como las altas tasas de corte, y la exposición al gas interfaces líquido. Disolventes orgánicos que son ampliamente utilizados en las separaciones químicas tienen relativamente limitada en el uso de bioseparations a causa de su tendencia a promover la degradación de muchos de los productos biológicos. 5. Muchos de los productos biológicos son termolábiles y por lo tanto las técnicas de bioseparación muchos suelen realizarse a nivel sub-temperatura ambiente. 6. Bioseparación suele basarse en la diversidad técnica de
  • 5. separación. Esto será discutido en detalle en una sección posterior. 1.5. Base de la separación en los procesos de bioseparación Los productos biológicos están separados sobre la base de uno o más de los siguientes factores: 1. Tamaño: por ejemplo, separación de membranas de filtración, centrifugación 2. Densidad: por ejemplo, la centrifugación, sedimentación, flotación, 3. Difusividad: por ejemplo, separación por membrana 4. Forma: por ejemplo, centrifugación, filtración, sedimentación 5. Polaridad: por ejemplo, de extracción, cromatografía de adsorción 6. Solubilidad: por ejemplo, la extracción, la precipitación, la cristalización 7. Las cargas electrostáticas: por ejemplo, , la adsorción de separación por membranas, la electroforesis 8. Volatilidad: por ejemplo, , la destilación de destilación por membrana, pervaporación 1.6. Las formas físicas separadas en bioseparación Bioseparación normalmente implica la separación física de las formas siguientes: 1.6.1. De partículas de separación de líquidos Ejemplos de partículas de separación de líquidos, como la separación de células del medio de cultivo celular, la separación de las células sanguíneas del plasma en la fabricación de las proteínas del plasma y la eliminación de bacterias y virus a partir de soluciones de proteínas. De partículas de separación de líquidos se puede lograr forzando a la suspensión a través de un medio poroso que retiene la partículas de tiempo que permite que el líquido que pasar. Este principio se utiliza en la filtración y separación de la membrana. De partículas de separación de líquidos también se puede lograr
  • 6. sometiendo la suspensión a natural o artificial campos gravitatorios. Si las partículas son más densos que el medio líquido en el que se suspenden, estos serían asentarse y formar una zona de muy altaconcentración de partículas. Esto se conoce como el sedimento y el líquido claro dejó atrás se conoce como el sobrenadante. Este principio se utiliza en la separación de procesos como la sedimentación y la centrifugación. Si las partículas son más ligeros que el líquido en el que se encuentran suspendidos, estos tienden a flotar y por lo tanto, concentrarse en la parte superior del contenedor en el que se lleva a cabo la suspensión. Este principio se utiliza en flotación. 1.6.2. De partículas de separación de partículas en medio líquido Ejemplos de partículas, la separación de partículas en medio líquido son el fraccionamiento de organelo celular sub, la separación del ADN plásmido de ADN cromosómico, y la separación de células maduras de las células jóvenes. Este tipo de separación puede lograrse mediante centrifugación por zonas, que implica la introducción de la mezcla en un lugar dentro de un medio líquido que luego se somete a un campo gravitatorio inducida artificialmente. Como resultado de esto las partículas más pesadas se desplazarían más rápido que las partículas más ligeras, dando lugar a su segregación en las distintas bandas de las que estas partículas pueden ser posteriormente recuperados utilizando los medios apropiados. De partículas de separación de partículas, en teoría, se llevará a cabo mediante el uso de un medio poroso que retiene las partículas más grandes, pero permite que las partículas más pequeñas que pasar. Sin embargo, esto parece más sencillo de lo que realmente es y sólo puede llevarse a cabo si las partículas más grandes se puede impedir elbloqueo del medio poroso. 1.6.3. La separación de partículas de soluto en medio líquido Un ejemplo de esto es la separación de los antibióticos disueltos a partir de células y restos de células presentes en el caldo de fermentación. Los métodos utilizados para la separación de
  • 7. partículas de soluto son fundamentalmente similares a los utilizados para la separación sólido-líquido en cuenta el hecho de que el soluto queda disuelto en el medio líquido. 1.6.4. Solutos de separación del disolvente Solutos de separación del disolvente es muy común en bioseparación, el propósito de ello es la extirpación total o parcial de un disolvente de un producto de soluto (por ejemplo, el enriquecimiento de la concentración de proteínas), o la eliminación de las impurezas disueltas de un producto líquido, o la sustitución de un disolvente de una solución mediante el intercambio de otro (es decir, disolventes). Una gama de opciones están disponibles para la separación de soluto-disolvente el más fácil de estos evaporación y la destilación de ser. Sin embargo, estas técnicas consisten en la aplicación de calor y no puede ser utilizado para la separación de los materiales biológicos que tienden a ser termolábil. Membranas que puede retener el material disuelto al tiempo que permite a través de disolventes son ampliamente utilizados para este tipo de separación: una membrana de ósmosis inversa se conservan pequeñas moléculas e iones, una membrana de nanofiltración se retienen las moléculas más grandes, tales como vitaminas, hormonas y antibióticos, mientras que una membrana deultrafiltración se retener macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos. Otra forma de eliminar un disolvente de un soluto es mediante la unión reversible del soluto a una superficie sólida, esto se conoce como adsorción. Una vez soluto vinculante ha tenido lugar, esta separación se transforma en una partícula de separación de líquidos, es decir, el disolvente se separa de los sólidos de la envolvente soluto. El límite de soluto posteriormente se recuperó de la materia sólida, esta se denomina de desorción. Un método indirecto para la separación de soluto-disolvente es mediante la inducción de la precipitación del soluto, lo que, una vez más la transformación de la separación de una partícula de separación de líquidos. Disolvente de cambio también pueden ser llevadas a cabo por extracción líquido-líquido, donde el soluto es transferido de un líquido a otro con el que el
  • 8. original disolvente inmiscibles. 1.6.5. Soluto de separación de solutos en medio líquido Soluto-soluto de separación es de lejos la forma más difícil de la separación. Un ejemplo de esto es la separación de la albúmina de suero de proteínas de suero de otros. Soluto-soluto separación puede lograrse mediante adsorción selectiva, es decir, de manera selectiva y reversible vinculante el objetivo de soluto en un material sólido. Soluto-soluto de separación también puede llevarse a cabo por extracción líquido-líquido, es decir, poniéndose en contacto con la solución con un líquido inmiscible en el que el objetivo de soluto tiene alta solubilidad. Con el advenimiento de las membranas, soluto-solutoseparación se ha convertido en mucho más fácil. De nanofiltración, ultrafiltración y membranas de diálisis puede ser utilizado para tales separaciones. Una forma indirecta de llevar a cabo soluto-soluto es la separación por precipitación, que consiste en la precipitación selectiva de la meta de soluto. Esta separación se transforma a la de la separación de partículas de soluto en medio líquido. 1.6.6. Separación líquido-líquido Separación líquido-líquido es necesario en la fabricación de solventes como la acetona y el etanol, que normalmente tienen que ser separados de un medio acuoso. Si el disolvente se mezcla con el agua, separación de fases seguido por decantación puede ser suficiente. Sin embargo, si el solvente es miscible con agua (como en el caso del etanol), otros métodos de separación tienen que ser utilizados. Con una temperatura estable y disolventes volátiles, como el etanol, la destilación se ha utilizado tradicionalmente. Sin embargo, con el advenimiento de la tecnología de membrana, la separación de procesos como la destilación de la membrana y la pervaporación han entrado en uso generalizado. 1.7. Técnicas de bioseparación Una plétora de técnicas de bioseparación ya está disponible. Tabla
  • 9. 1.4 técnicas bioseparación clasifica en dos grandes grupos. Como se mencionó anteriormente, un proceso bioseparación debe combinar la alta selectividad (o resolución) con alto rendimiento (o productividad). Está muy claro que ninguno de los que figuran en la tabla puede ofrecer por sí solos. Por lo tanto los procesos de bioseparación tienden a basarse enmúltiples técnicas dispuestos de modo que tanto en alta resolución y alto rendimiento se puede obtener en un sentido global. 1.8. El régimen de RIPP Durante el desarrollo de un proceso de bioseparación se deberá tener en cuenta: 1. La naturaleza del material de partida: por ejemplo, una suspensión de células, una solución de proteína cruda 2. La ubicación inicial del producto objetivo: por ejemplo, intracelular, extracelular, incrustado en el material sólido, como cuerpos de inclusión 3. El volumen o el caudal del material de partida 4. La abundancia relativa de los productos en el material de partida, es decir, su concentración relativa a las impurezas 5. La susceptibilidad a la degradación por ejemplo, a su estabilidad de pH, la sensibilidad a las altas tasas de corte o la exposición a disolventes orgánicos 6. La forma física deseada del producto final, por ejemplo, polvo liofilizado, solución estéril, la suspensión 7. Los requisitos de calidad, por ejemplo, porcentaje de pureza, la ausencia de endotoxinas o agregados de 8. Proceso de cálculo de costos y la economía para la recuperación (RIPP, aislamiento, purificación y pulido) régimen se utiliza comúnmente en bioseparación. Esta estrategia implica el uso de técnicas de lowresolution (por ejemplo, precipitación, filtración, centrifugación, y la cristalización) en primer lugar para la recuperación y el aislamiento seguido por las técnicas de alta resolución (por ejemplo, las separaciones de afinidad, cromatografía y electroforesis) para la purificación y el pulido. El alto rendimiento,
  • 10. bajo técnicas deresolución de primera utilización para reducir significativamente el volumen y la concentración total del material procesado. Los productos parcialmente purificados luego son procesados posteriormente por alta-baja resolución de las técnicas de procesamiento para obtener productos terminados puro y pulido. 1.9. Ejemplo de bioseparación Un plan para la bioseparación grado reactivo de anticuerpos monoclonales de sobrenadante de cultivo celular se muestra en la figura. 1.2. Murino o el ratón anticuerpos monoclonales son sustancias producidas por el cultivo de células de hibridomas en diferentes tipos de biorreactores. En los últimos años ha sido posible sintetizar anticuerpos monoclonales humanizados y chimaeric mediante el cultivo de recombinante de ovario de hámster chino (CHO). En el esquema bioseparación muestra en la figura. 1.2, la fase de purificación clave consiste en cromatografía de afinidad. Antes de la cromatografía de afinidad con el sobrenadante de cultivo celular debe ser limpiado por centrifugación o filtración por membrana para que las células, restos celulares y otras partículas no se tapen la columna de afinidad. El anticuerpo monoclonal casi purificada obtenida mediante cromatografía de afinidad se purifica por cromatografía de intercambio iónico y pulido por gel-filtración para obtener mayor al 98% del producto puro en la forma de solución. Esta cifra es el porcentaje de pureza en relación con otras proteínas presentes en el producto. La solución de anticuerpos luego se filtra para eliminar las bacterias contaminantes y de comercialización, ya sea comouna solución estéril o como un polvo liofilizado. El plan para la purificación de grado terapéutico de los anticuerpos monoclonales sería prácticamente similar a la mostrada en la figura. 1.2. Además del sistema de depuración básico que se utiliza para hacer el grado reactivo de anticuerpos monoclonales, algunos pasos adicionales para eliminar las partículas e impurezas específicas, tales como las endotoxinas y dímeros de anticuerpos y los agregados de orden superior sería necesario. Un paso adicional para formular el anticuerpo monoclonal en una solución
  • 11. amortiguadora también sería necesario. 1.10. Las tendencias actuales en el bioseparación Las principales desventajas de utilizar el régimen de RIPP son: 1. Alto costo de capital 2. Las operaciones de alto costo 3. Baja la recuperación del producto Con el advenimiento de los procesos de separación por membrana y otros nuevos tipos de separaciones, existe la posibilidad de evitar el régimen de RIPP convencionales. Procesos de membrana dar de alto rendimiento y puede ser afinado o optimizado para dar selectividad muy alto. El uso de estas nuevas técnicas puede reducir significativamente el número de pasos necesarios para bioseparación. Algunas de estas técnicas nuevas y emergentes son: 1. Cromatografía de membrana y un monolito 2. Ampliado de la cromatografía de cama 3. De alta resolución de ultrafiltración 4. BioseparationsHybrid