A TU Wien e a Sandoz GmbH implementaram com sucesso uma simulação de computador em tempo real do complexo comportamento de crescimento dos organismos produtores de penicilina. Esta simulação agora ajuda a manter o processo de produção sob controle.

Por milhares de anos, micro-organismos têm sido usados ​​para facilitar as reações químicas - na fabricação de cerveja, por exemplo. Contudo, processos bioquímicos são incrivelmente complexos, com uma infinidade de reações ocorrendo simultaneamente e influenciando umas às outras. Existem inúmeros parâmetros que desempenham um papel, nem todos podem ser medidos diretamente.

Apesar das dificuldades envolvidas, pesquisadores da TU Wien estão agora trabalhando para examinar esses processos em detalhes. Agora, em cooperação com o fabricante farmacêutico Sandoz, TU Wien conseguiu analisar e replicar de forma abrangente um processo de produção de penicilina usando um modelo de computador. Esse processo permitiu até mesmo aos pesquisadores determinar parâmetros que não podem ser medidos diretamente. A Sandoz agora está usando essas descobertas para manter uma visão geral completa dos processos no biorreator em todos os momentos, garantindo a melhor qualidade.

Caixa preta substituída por conhecimento profundo

Muitas reações químicas são fáceis de entender:se o hidrogênio for queimado com oxigênio, a água é produzida - de forma claramente previsível e em um volume que pode ser calculado com precisão de antemão. Mas como você pode calcular a rapidez com que um fungo vai crescer e proliferar sob as constantes mudanças nas condições de um biorreator?

"Por muito tempo, processos como este eram vistos como uma 'caixa preta' que não pode ser entendida e que só pode ser explorada de forma eficaz com muita experiência, "diz o Prof. Christoph Herwig, que lidera o grupo de pesquisa para tecnologia de bioprocessos no Instituto de Química da TU Wien, Engenharia Ambiental e de Biociências. "Nossa abordagem é um pouco diferente:queremos analisar os processos químicos em um biorreator em detalhes e determinar as equações que descrevem esses processos." O objetivo é produzir um modelo matemático que replique com precisão esses processos dentro do biorreator.

"Muitos parâmetros vitais para o processo simplesmente não podem ser medidos diretamente, como a taxa de crescimento dos microrganismos, "explica Julian Kager, que está trabalhando com a Sandoz GmbH como parte de sua dissertação. "É precisamente por isso que um modelo matemático abrangente é tão útil:usamos dados acessíveis do processo de produção em tempo real, como a concentração de várias substâncias no biorreator, e usar nosso modelo de computador para calcular o estado mais provável do processo. "Os parâmetros que não podem ser medidos podem, portanto, ser calculados.

As informações do modelo podem ser usadas para otimizar o suprimento de nutrientes para as células cultivadas enquanto o processo está em andamento.

O sistema de equações usado para descrever matematicamente o bioprocesso é tão complexo e multifacetado quanto o próprio processo. "O sistema de equações descreve um sistema dinâmico não linear. Mesmo as menores variações nas condições iniciais podem ter um grande impacto, "explica Kager." Isso significa que não é realmente possível simplesmente trabalhar uma solução à mão; em vez de, simulações de computador relativamente elaboradas são necessárias para obter os resultados necessários. "

O modelo de processo e algoritmos desenvolvidos na TU Wien agora estão sendo usados ​​pela Sandoz GmbH em seu processo de produção de penicilina. "Estamos muito satisfeitos que nossa pesquisa básica tenha sido adotada para uso na indústria tão rapidamente e que nossa abordagem de modelagem bioquímica agora esteja sendo usada para facilitar o controle automatizado dos processos de produção farmacêutica, "diz Julian Kager.