PSP T1: Introducción

Aproximadamente, ¿cuál es el coste del downstream respecto a todo el proceso?

70-80%

Define bioseparación (downstream):

Recuperación, separación, purificación y refinado de un producto de interés biotecnológico. Un proceso de bioseparación se basa en un conjunto de procesos unitarios basados en diferentes propiedades.

Define producto:

Sustancia química o combinación de sustancias que son producidas por un organismo (p.ej: proteínas, lípidos, ácidos orgánicos…)

¿Cuál puede ser el origen del producto?

• Extracción de materia prima proveniente de plantas y animales.

• Producción/síntesis en biorreactores mediante células o enzimas.

¿Cúal es el objetivo de una bioseparación?

Integrar diferentes etapas de separación y purificación para obtener:

• Máxima pureza

• Máximo rendimiento

• Mínimo coste

Pureza y rendimiento suelen …

Oponerse

¿Por qué necesitamos la bioseparación?

• Concentrar producto de interés

• Purificar producto de interés

• Aumentar la estabilidad del producto

• Disponer del producto en su formulación final para su uso y comercialización (“ready to be”)

• Prevención de posibles catálisis no deseadas

¿Qué desafíos hay en la bioseparación?

• Baja concentración del producto de interés

• Gran cantidad de impurezas con diferentes propiedades fisio-químicas

• Termo-sensibilidad del producto

• Trabajar en condiciones de pH y fuerza iónica moderados

• Baja solubilidad del producto en solventes orgánicos

• Inestabilidad del producto en solventes orgánicos

• Requerimientos de calidad elevados:

  • Porcentaje de pureza

  • Ausencia de impurezas

Un buen bioproceso debe asegurar:

• Pureza del producto

• Estabilidad del producto

• Bajo coste económico

• Reproducible

• Escalable

• Cumplir todas las regulaciones

¿Qué es un market share?

Cuanto del mercado tienes en relación a tus competidores

Idealmente, tienes que trabajar con una unidad que:

• Permita trabajar a alta velocidad / alto caudal / mucho volumen → high throughput

• Altamente selectiva

• Mantenga la estabilidad

No existe una unidad que cumpla todas estas características, por ello hay que combinarlas.

Di si es de alto/medio/bajo valor añadido y cuanto se puede invertir en el downstream:

Enzima para alimentación animal

Bajo valor añadido, no se puede hacer un downstream complicado porque sino el coste de todo el proceso sería demasiado.

Di si es de alto/medio/bajo valor añadido y cuanto se puede invertir en el downstream:

Enzima analítico

Medio valor añadido, necesitan una elevada pureza pero no totalmente puro (no para uso humano), por lo que necesitan un downstream para conseguir esa pureza.

Di si es de alto/medio/bajo valor añadido y cuanto se puede invertir en el downstream:

Proteína terapéutica

De alto valor añadido, por lo que necesitan un alto nivel de purificación. Se puede gastar más en downstream porque el producto después se podrá vender muy caro. Tendrá más impacto optimizar el downstream que el upstream.

Cuanto más valor añadido, … impacto en el downstream?

…: más o menos

Más

Se ha de intentar … el número de etapas.

Minimizar

Cada unidad añadida es un balance entre el beneficio que se obtiene y el coste que supone.

¿Qué factores son determinantes del coste?

• Investigación y desarrollo

• Materiales de partida

• Operación del biorreactor

• Recuperación del producto

Explica:

Investigación y desarrollo

Es una inversión de la empresa para maximizar la velocidad del cambio de escala, maximizar la reproducibilidad de operación del reactor y minimizar el riesgo de contaminación.

Explica:

Materiales de partida

Mejor utilización y minimización de los costes de la materia prima:

• Maximizar la conversión del sustrato: cuanto sustrato he consumido para transformarlo a producto

• Maximizar el rendimiento del producto: por unidad de materia prima consumida, obtener el máximo producto (gX/gS)

Explica:

Operación del biorreactor

Maximizar la productividad volumétrica (cantidad de producto por unidad de volumen y tiempo mgP/L*h)

Explica:

Recuperación del producto

Maximizar la concentración del producto que finaliza el proceso (maximizar rendimiento y pureza).

El producto final limita el procesp?

Sí, las características del producto final determinan como van a tener que ser las etapas del proceso de upstream y downstream (condiciones de pureza, estabilidad…)

Numera los pasos del esquema RIPP (Recovery, Isolation Purification and Polishing):

1. Naturaleza de la materia prima (p.ej: suspensión celular, solución proteica)

2. Localización del producto final (p. ej: extracelular vs intracelular)

3. Volumen o caudal de la materia prima a tratar

4. Estabilidad del producto final (p. ej: Tª, pH, solventes orgánicos)

5. Estado físico final del producto (p.ej: en solución, estéril, liofilizado)

6. Calidad requerida por el producto (p. ej: pureza, presencia de endotoxinas)

7. Balance económico del proceso

8. Escoger operaciones basadas en diferentes propiedades. Evitar repetir operaciones que utilicen la misma propiedad.

9. Explotar al máximo posibles diferencias entre el producto y las impurezas

10. Realizar técnicas de baja resolución (menos selectivas) y con mucha capacidad de procesamiento (high-throughput) al principio → trabajar con equipos más pequeños y reducir coste

11. Situar las etapas más caras y difíciles al final del proceso para minimizar costes → técnicas con alta resolución

12. Considerar el escalado

13. KISS: keep it simple, stupid → a medida de los posible, hacer el downstream simple

Dibuja el esquema de secuenciación de una bioseparación: primera parte

Dibuja el esquema de secuenciación de una bioseparación: segunda parte

Unidades de baja selectividay alto rendimiento corresponden al…

Inicio del downstream

Unidades de alta resolución y bajo rendimiento corresponden al…

Final del downstream

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Tamaño

• Filtración

• Separación por membrana

• Centrifugación

crom tamaño (exclusión molecular)

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Densidad

• Centrifugación

• Sedimentación

• Floculación

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Difusividad

• Separación por membrana

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Forma

• Centrifugación

• Sedimentación

• Filtración

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Polaridad

• Extracción

• Cromatografía

• Adsorción

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Solubilidad

• Extracción

• Precipitación

• Cristalización

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Volatilidad

• Destilación

• Separación por membrana

Según esta característica, que unidades se pueden utilizar para la separación:

Carga electroforética

• Electroforesis

• Adsorción

• Separación por membrana