Fourier transform infrared spectroscopy, a powerful tool to monitor biopharmaceuticals production

  • Kevin Costa Sales (Aluno)

Tese do aluno

Resumo

A Escherichia coli é o microorganismo mais usado como hospedeiro para a produção de produtos recombinantes, tais como plasmídeos usados para terapia génica e vacinação de ADN. Desta forma, torna-se importante compreender as relações metabólicas complexas e a bioprodução de plasmídeo, que ocorre em ambientes de cultura dinâmicos, a fim de controlar e optimizar o desempenho do sistema de expressão recombinante. O objectivo principal deste trabalho consiste em avaliar a potencialidade da espectroscopia FT-IR para monitorizar e caracterizar a produção do plasmídeo pVAX-LacZ em culturas recombinantes de E. coli, nomeadamente para extrair informação relacionada com as variáveis críticas (biomassa, plasmídeo, fontes de carbono e acetato) e informação metabólica da célula hospedeira E. coli. Para tal, culturas de E. coli com diferentes concentrações de glucose e glicerol e diferentes estratégias de cultivo (batch e fed-batch) foram monitorizadas por espectroscopia de infravermelho perto (NIR) e de infravermelho médio (MIR). Tanto a espectroscopia NIR com a MIR permitiram extrair informação sobre as variáveis críticas do bioprocesso, através da construção de modelos de regressão por mínimos quadrados parciais, que resultaram em elevados coeficientes de regressão e baixos erros de previsão. A abordagem NIR apresenta a vantagem de aquisição em tempo real das variáveis do bioprocesso, já a abordagem MIR permite a leitura simultânea de centenas de amostras de várias culturas ao mesmo tempo através do uso multi-microplacas, sendo muito vantajosa nos casos de micro-bioreactores usados para optimização. Para além disso, como os espectros MIR apresentam mais informação do que os espectros NIR, uma vez que representam os modos de vibração fundamentais das biomoléculas, enquanto que os espectros NIR representam sobreposições e combinações de vibrações, os dados espectrais MIR também permitiram a aquisição de informação bioquímica ao longo das culturas de E. coli a partir da análise das componentes principais (PCA) bem como do estudo das características bioquímicas, tais como as reservas de glicogénio e os níveis de transcrição aparente. Portanto, a espectroscopia FT-IR apresenta assim características relevantes para a compreensão e monitorização do processo de produção de culturas recombinantes, sendo, de acordo com Quality-by-Design e Process Analytical Technology, muito importante para fins de controlo e optimização.
Data do prémio22 abr. 2014
Idioma originalEnglish
Instituição de premiação
  • Universidade Católica Portuguesa
SupervisorCecília Ribeiro da Cruz Calado (Supervisor)

Keywords

  • Escherichia coli
  • Espectroscopia MIR
  • Espectroscopia NIR
  • Caraterização metabólica
  • Monitorização de bioprocessos

Designação

  • Mestrado em Engenharia Biomédica

Citação

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