Este documento describe un bioreactor de fibra hueca propuesto para cultivar células madre a alta densidad (>100 millones de células por ml). El bioreactor utilizará tres fibras huecas, una para suministrar oxígeno y mantener el crecimiento celular homogéneo. Las células se atraparán en colágeno para permitir la inspección y prevenir la formación de paquetes. El bioreactor será reutilizable y esterilizable utilizando acero inoxidable, y controlará parámetros como la temperatura, el pH y el

1. BIOREACTOR
Joseph William Pardo Bernal - Angélica María Hernández Hernández
Estudiantes de bioingeniería IV semestre

2. Organización de la presentación
1. Presentación de los objetivos del proyecto
2. Introducción a bioreactores
3. Descripción de los parámetros importantes a controlar
4. Justificaron del bioreactor de perfusión
5. Comparación de configuración de bioreactores: bioreactor de fibra hueca
6. Ventajas y desventajas del bioreactor de fibra hueca con células en suspensión
7. Análisis de desventajas y propuesta de solución:
• Por qué entrapamiento?
8. Esquema del bioreactor de fibra con entrapamiento de células en colágeno
9. Descripción del bioreactor en 3D
10. Conclusiones
11. Bibliografía

3. Objetivo General
 Describir el bioreactor propuesto para el proyecto
Objetivos específicos
 Producir mayor de 100 millones de células por ml
 Bioreactor reusable y esterilizable
 Proponer un diseño innovador

4. BIOREAC
TORNutrie
ntes
Producto
>100 millones de
stem cells por ml
Control de las
condiciones del reactor
(Temperatura, pH y O2)
Mensajes
Control de crecimiento (factores de
crecimiento )
Subproductos
tóxicos
Entre ellos iones
amonio y lactato

5. Parámetros
Disponibilidad en el
bioreactor
Disponibilidad de sensores
específicos
Temperatura
Oxígeno disuelto
pH
Potencial redox
si
Sondas y electrodos eficientes están
disponibles
Viabilidad celular
no
Liberación de enzimas
Fluorescencia
Concentración celular no Solo mediciones indirectas
Reducción critica de
nutrientes
no Biosensores específicos
Acumulación de
productos tóxicos
no Biosensores específicos
Concentración de
proteínas
Concentración de no
Inmunoensayo automatizado, protocolos
HPLC,CE,MS,etc.
Control de las condiciones del bioreactor

6. Rango de densidades de células obtenidas por diferentes tipos de bioreactores
Cell density (Millions/ml)
1 10 100 1000
Suspension
Culture
Fed Batch
Culture
Perfused
suspension
Culture High
Density Systems
(Hollow Fibres)
Tissues
T. Cartwright, Animal cells as bioreactors, New York: CAMBRIDGE, 2009.

7. Configuraciones de
Bioreactores
Densidad celular
(millones/ml)
Complejidad de
operación
Capacidad de
ampliación
Homogéneo
Tanque agitado 1-4 simple si si
Tanque de perfusión
° Giro de espín
° Sistemas de
diálisis
° Centrifugación
30-70 intermedio si si
Sistemas de alta
densidad
° Cama fluidizada
° Fibra Hueca
° Matriz de
cerámica
compleja Probable Si
>100 compleja Desconocida No
>100 compleja Desconocida No
Comparación de configuración de bioreactores

8. Ventajas y desventajas del bioreactor de fibra hueca
 Densidad Elevada de células
 Separación física de las células del flujo
del medio por lo tanto, las células están
protegidas de las shear-forces incluso a
altas velocidades de flujo.
 Economía de los nutrientes
macromoleculares o factores de
crecimiento, los cuales son separados del
flujo principal del medio
 Una fácil recuperación de productos
macromoleculares.
 Falta de acceso a las células para
inspección o para monitorear su viabilidad
o concentración.
 Probable heterogeneidad del medio celular
debido a gradientes de concentración axial
y radial.
 Posibles paquetes de células en niveles
de condiciones adversas del cultivo.
 Dificultad en la recuperación de células.
Ventajas Desventajas
D. Brindley, «Bioprocess Forces and Their Impact on Cell Behavior
Implications for Bone Regeneration Therapy,» Journal of Tissue
Engineering, 2011.

9. Desventaja:
Falta de acceso a las células para inspección o para monitorear su viabilidad o concentración.
Soluciones:
Entrapamiento de las células en colágeno u otro biomaterial, permitiendo la extracción axial y la
inspección por medio de microscopio.
Solución a futuro
Elaboración de biosensores para la
captación de subproductos tóxicos.

10. Desventaja:
Crecimiento heterogéneo dentro de la fibra
Soluciones:
Sandonini y Di Biascio (1992) Determinaron que el
crecimiento de las células se reduce radialmente dependiendo
de la transferencia de oxigeno.
Usar una de las fibras para proporcionar oxigeno , las
burbujas seria pequeñas, orden de los 100 nanómetros,
garantizando que el crecimiento de las células sea homogéneo.

11. Desventaja:
Posibilidad de empaquetamientos de células
Soluciones:
Entrapamiento de las células por medio de una matriz de colágeno u otro biomaterial.
Flujo reverso

12. Desventaja:
Inducción de gradientes de concentración de macromoleculas debido al Starling flow
Starling flow: flujo secundario que se presenta en el espacio extracapilar debido a flujos del medio
de alta velocidad.
Soluciones:
Entrapamiento mantiene la integridad de las células además las protege de flujos de alta
velocidad.

13. Desventaja:
Formación de paquetes necróticos.
Soluciones:
Flujo reverso
Proporcionar oxigeno por medio de burbujas en
una de las fibras.
T. Cartwright, Animal cells as bioreactors, New York: CAMBRIDGE, 2009.

14. Ventajas
Operación continua por muchos meses
Considerable concentración de células
Concentración de medios condicionados, los
cuales se puede extraer por separado.
Se facilita la recuperación e inspección de las
células
¿Por qué entrapamiento?

15. Esquema del bioreactor de fibra con entrapamiento de células en colágeno
Fibra hueca
Cilindro
de colageno
Células
Flujo de moléculas
pequeñas
Flujo de moléculas
Grandes
Radial
Axial
. F. j, «Hollow Fiber Bioartficial Liver Utilizing Collagen-Entrapped Porcine,» Biotechnology and Bioengineering, 1996.

16. FerroCep Tubos
http://www.hyfluxmembranes.com/ferrocep-
stainless-steel-tubular-membrane.html
http://www.fmipump.com/99pumpop.ht
ml

18. Innovaciones:
• La implementación de un flujo pulsante y flujo transverso permitirá la homogeneidad en el
cultivo celular
• La distribución del oxigeno a través de una de las fibras del bioreactor.
• El bioreactor va a tener tres fibras huecas operables para el cultivo celular.
Conclusiones
 Se determino por medio de la revisión bibliográfica que el bioreactor de perfusión de fibra
hueca permitirá una mayor proliferación de células (> 100 millones de células por mililitro) .
 Para la esterilización y reutilización del bioreactor se utilizara acero inoxidable.
 Teniendo en cuenta las medidas de las fibras huecas se determina que el volumen por cada una
es 839,74 ml

19. • Precios = 5 millones Hyflux’s
• Bombas= 5 millones en 2 bombas
• Conexiones y sensores= 10 millones
• Sistema de control=5 millones
• Total= 25 millones

20. Bibliografía
1. E. Oragui, «The Role of Bioreactors in Tissue Engineering for Musculoskeletal
Applications,» The Open Orthopaedics Journal , pp. 267-270, 2011.
2. D. Brindley, «Bioprocess Forces and Their Impact on Cell Behavior Implications for Bone
Regeneration Therapy,» Journal of Tissue Engineering, 2011.
3. F. j, «Hollow Fiber Bioartficial Liver Utilizing Collagen-Entrapped Porcine,»
Biotechnology and Bioengineering, 1996.
4. T. Cartwright, Animal cells as bioreactors, New York: CAMBRIDGE, 2009.