Los biorreactores de plástico están transformando cómo la carne cultivada se produce, permitiendo una transición de configuraciones de laboratorio a pequeña escala a la fabricación a gran escala. Estos sistemas, a menudo de un solo uso, están hechos de plásticos avanzados y ofrecen varias ventajas sobre las alternativas tradicionales de acero inoxidable:
- Producción más rápida: No hay necesidad de esterilización con calor entre lotes, lo que reduce el tiempo y el uso de energía.
- Ahorro de costos: Menor inversión inicial y costos operativos en comparación con los sistemas de acero inoxidable.
- Mejora de la seguridad: Los diseños de un solo uso minimizan los riesgos de contaminación.
- Escalabilidad: Capacidad comprobada para manejar volúmenes de hasta 20,000 litros, según los estándares de la industria biofarmacéutica.
Atender la demanda mundial de carne requiere una producción masiva de células - 10^14 células para solo una tonelada de carne cultivada. Los biorreactores de plástico ayudan a abordar este desafío al ofrecer soluciones eficientes, modulares y automatizadas. Sin embargo, preocupaciones como la contaminación por microplásticos y la gestión de residuos deben ser abordadas para alinearse con los objetivos ambientales.
En el Reino Unido, el progreso regulatorio y la educación del consumidor son críticos para la adopción. Los avances recientes, como las golosinas para perros con pollo cultivado, destacan el potencial de la industria. Al refinar los diseños de biorreactores y abordar las preocupaciones del público, la carne cultivada puede convertirse en una alternativa viable para el futuro.
Características de Diseño de Biorreactores de Plástico para Escalado
Escalar la producción de carne cultivada requiere diseños de biorreactores que se alineen con las necesidades específicas del crecimiento celular industrial. Los biorreactores tradicionales, adaptados de las industrias alimentaria y farmacéutica, a menudo no cumplen con estas demandas únicas, lo que lleva a ineficiencias y costos más altos [3].Esto ha impulsado el desarrollo de biorreactores de plástico con características adaptadas para operaciones de grado alimenticio, mejorando la eficiencia y optimizando las geometrías con el objetivo de reducir los costos de bioprocesamiento [3]. Estos avances allanan el camino para un examen más detallado de los tipos de biorreactores de plástico y sus beneficios.
Tipos de Biorreactores de Plástico
La industria de la carne cultivada ha adoptado varios tipos de biorreactores de plástico, cada uno ofreciendo ventajas distintas para escalar la producción. Entre los más utilizados se encuentran biorreactores de tanque agitado de un solo uso, que han demostrado ser efectivos en aplicaciones como la terapia celular y los biofarmacéuticos, manejando volúmenes de hasta 6,000 litros [1]. Estos sistemas utilizan impulsores para mezclar suavemente el medio de cultivo celular, asegurando una distribución uniforme de nutrientes y oxígeno.Su construcción de plástico elimina la necesidad de esterilización con calor entre lotes, reduciendo el uso de energía y los tiempos de respuesta en comparación con los modelos tradicionales de acero inoxidable [1].
Los biorreactores de plataforma oscilante son ideales para células que son particularmente sensibles al estrés mecánico. Al utilizar un movimiento de balanceo suave para promover el movimiento de fluidos, estos sistemas minimizan las fuerzas de cizallamiento que podrían dañar las delicadas células animales durante el crecimiento.
Para necesidades de mayor densidad celular, los biorreactores de fibra hueca ofrecen una ventaja única. Utilizan fibras plásticas semipermeables para separar las células y los nutrientes en diferentes compartimentos. Este diseño mejora la eliminación de desechos y el intercambio de nutrientes, manteniendo condiciones óptimas para el crecimiento celular.
| Tipo de Biorreactor | Rango de Densidad Celular | Ventaja Clave |
|---|---|---|
| Tanque Agitado | Variable | Escalabilidad comprobada |
| Fibra Hueca | Alta | Intercambio eficiente de nutrientes |
| Tubos a base de Alginato | Alta | Protección celular mejorada |
La elección del biorreactor depende de la línea celular específica y la escala de producción requerida. Los sistemas de un solo uso, en particular, reducen la inversión de capital al requerir menos acero inoxidable, tuberías y sensores por unidad de volumen de cultivo. También disminuyen el tiempo y los costos operativos generales [3].
Es crucial que todos los tipos de biorreactores aseguren un control preciso sobre las condiciones ambientales, un tema que se explora en la siguiente sección.
Mantener condiciones óptimas para el crecimiento celular
Los biorreactores de plástico están diseñados para imitar el entorno natural de una célula controlando cuidadosamente la temperatura (alrededor de 37°C), los niveles de oxígeno (30–40% de saturación de aire) y el pH (aproximadamente 7.4 ± 0.4). Al mismo tiempo, minimizan el estrés de cizallamiento a través de un diseño cuidadoso.
Uno de los mayores desafíos es gestionar los niveles de oxígeno. El medio de cultivo celular puede transportar significativamente menos oxígeno disuelto que la sangre, lo que hace que la oxigenación eficiente sea crítica. Sin embargo, la sobreoxigenación puede crear condiciones tóxicas [1]. Para abordar esto, los biorreactores modernos a menudo utilizan sistemas avanzados de burbujeo o oxigenación por membrana para mejorar la transferencia de gases mientras reducen la formación de espuma.
El estrés de cizallamiento, causado por el movimiento del líquido, es otro desafío. Innovaciones como formas de impulsores optimizadas, rompedoras de flujo para reducir la turbulencia y geometrías de reactores que fomentan el flujo laminar ayudan a proteger las células del daño [1].
El monitoreo en tiempo real de metabolitos como la glucosa permite estrategias de alimentación precisas, asegurando que las células reciban los nutrientes que necesitan para crecer y prosperar [1].
Sistemas Modulares y Automatizados para Escalado
Escalar de la producción de laboratorio a la comercial requiere sistemas que puedan mantener la consistencia en volúmenes más grandes. Los diseños modulares y la automatización son clave para hacer esta transición eficiente.
Los sistemas modulares permiten un escalado rápido y un control de calidad estandarizado mientras reducen la intervención manual y los gastos operativos. Este enfoque permite a las empresas probar procesos a menor escala antes de pasar a la producción completa [5].
El profesor Shoji Takeuchi explicó: "Nuestro objetivo era desarrollar un método escalable y automatizado que mantuviera la viabilidad celular y permitiera la producción de tejidos musculares con alineación, estructura y función consistentes." [6]
La automatización reduce aún más la necesidad de mano de obra manual, conserva reactivos y ahorra espacio en el laboratorio. También estandariza el control de calidad y minimiza las variaciones entre lotes [1]. Los sistemas automatizados pueden adaptarse rápidamente a nuevos productos o conocimientos al permitir ajustes rápidos en las recetas de producción [5]. Los modelos económicos sugieren que integrar el procesamiento continuo podría reducir los costos de capital y operativos hasta en un 55% en una década en comparación con el procesamiento por lotes [1].
El procesamiento continuo representa un avance significativo.A diferencia de los sistemas por lotes que requieren una cosecha y limpieza completas entre corridas, los sistemas continuos mantienen la producción eliminando automáticamente las células maduras y reponiendo nutrientes. La monitorización en tiempo real, mejorada por sensores avanzados, asegura una retroalimentación continua sobre la salud y el crecimiento celular, permitiendo ajustes rápidos para mantener condiciones óptimas [1].
Estos avances en modularidad y automatización destacan el creciente potencial de los biorreactores de plástico para producir carne cultivada a gran escala. Juntas, estas innovaciones de diseño están ayudando a convertir la producción a gran escala en una realidad comercialmente viable [5].
Beneficios de Usar Biorreactores de Plástico
Cambiar a biorreactores de plástico en la producción de carne cultivada ofrece una serie de ventajas que van más allá de simplemente reemplazar materiales.Estos sistemas transforman la forma en que las empresas abordan la fabricación a gran escala, proporcionando soluciones rentables, adaptables y más seguras.
Costos de Producción Más Bajos
Los biorreactores de plástico reducen significativamente los costos, tanto en términos de inversión inicial como de operaciones continuas. Por ejemplo, el biorreactor de plástico a escala piloto de 320 litros de Meatly, lanzado en mayo de 2025, se construyó por solo £12,500, un asombroso 95% menos que el precio de £250,000 de los sistemas tradicionales [7].
La asequibilidad proviene del uso de plásticos económicos y procesos de fabricación sencillos. Además, los sistemas de un solo uso eliminan la necesidad de equipos costosos de limpieza y esterilización. A diferencia de las configuraciones tradicionales que requieren una inversión sustancial en sistemas de limpieza en el lugar (CIP) y esterilización en el lugar (SIP), los biorreactores de plástico evitan por completo estos gastos.
Los ahorros se extienden también a la preparación del medio. Meatly ha logrado reducir el costo de su medio sin proteínas a £0.22 por litro, con costos a escala industrial proyectados para caer a solo £0.015 por litro [7]. Mientras que los biorreactores tradicionales a menudo dependen del costoso acero inoxidable 316, o a veces del ligeramente más barato acero inoxidable 304 para operaciones de grado alimenticio, los sistemas de plástico ofrecen reducciones de costos aún mayores. Estos menores requisitos de capital facilitan la entrada de empresas más pequeñas al mercado y aceleran el lanzamiento de instalaciones.
Mejor Seguridad y Control de Contaminación
Los biorreactores de plástico también ofrecen una mayor seguridad al reducir los riesgos de contaminación. Los sistemas de un solo uso son inherentemente más seguros porque son desechables, asegurando que cada lote de producción comience con un recipiente estéril y no contaminado [8].
Estos sistemas llegan preesterilizados - ya sea irradiados con gamma o autoclavados - y utilizan polímeros vírgenes que cumplen con los estrictos estándares de biocompatibilidad USP Clase VI [8]. Esto garantiza la esterilidad desde el principio. Además, los sistemas de cultivo celular cerrados con conectores y desconectores asépticos mantienen condiciones estériles, incluso en entornos menos controlados [9].
La investigación subraya la fiabilidad de estos sistemas. Por ejemplo, las pruebas con conectores Pall Kleenpak confirmaron la esterilidad bajo condiciones extremas, incluyendo desafíos líquidos y de aerosol con bacterias como Geobacillus stearothermophilus y Serratia marcescens [10]. Una encuesta de 2006 de Bioplan Associates destacó la garantía de esterilidad y la reducción de la contaminación cruzada como las principales razones por las que los fabricantes adoptaron sistemas desechables.En algunos casos, las configuraciones tradicionales superaron los niveles aceptables de aerosoles microbianos en más de 10,000 veces [10].
Ajustes Rápidos del Proceso
Los biorreactores de plástico también destacan en cuanto a flexibilidad, una característica esencial para la producción de carne cultivada, donde los procesos a menudo requieren ajustes frecuentes. A diferencia de los sistemas de acero inoxidable con configuraciones fijas, los biorreactores de plástico de un solo uso utilizan cámaras de cultivo desechables y preesterilizadas. Este diseño permite ajustes rápidos y fáciles después de cada uso [12].
La capacidad de modificar configuraciones, como las direcciones de gasificación, ayuda a los operadores a adaptarse a los requisitos cambiantes durante el desarrollo del producto o la optimización del proceso [12].Estos sistemas son lo suficientemente versátiles como para manejar desde ensayos a pequeña escala hasta producción a gran escala, lo que los hace invaluables para las empresas que navegan por la demanda fluctuante [11].
Las instalaciones modulares equipadas con biorreactores de un solo uso estandarizados pueden desplegarse rápidamente, permitiendo a los fabricantes responder rápidamente a cambios regulatorios, resultados de ensayos clínicos o aumentos en la demanda del mercado [11]. Además, estos sistemas reducen el uso de agua hasta en un 87% en comparación con las configuraciones tradicionales de acero inoxidable [13]. Al llegar listos para usar y reducir el tiempo de inactividad, permiten a los equipos centrarse más en mejorar el crecimiento celular y escalar la producción [11].
Gestión de Preocupaciones sobre Microplásticos y Residuos
A medida que los biorreactores de plástico se convierten en una piedra angular para escalar la producción de carne cultivada, abordar problemas como la contaminación por microplásticos y los residuos es crucial para garantizar que el crecimiento de la industria se alinee con la responsabilidad ambiental. Aunque estos sistemas ofrecen escalabilidad, también presentan desafíos únicos que necesitan ser abordados.
Riesgos de Contaminación por Microplásticos
Los microplásticos, pequeñas partículas de plástico de menos de cinco milímetros de tamaño, representan un riesgo de contaminación en los sistemas de biorreactores de plástico, a menudo derivados del desgaste del equipo [14][15]. Estas partículas pueden tener un impacto directo en la salud celular. Por ejemplo, un estudio encontró que concentraciones de microplásticos de 10 μg/mL afectaron significativamente la viabilidad celular durante etapas clave como la adhesión y la proliferación [14].Además, los microplásticos más pequeños tienden a ser más problemáticos, ya que son más fácilmente absorbidos por las células, desencadenando respuestas inflamatorias más fuertes, tasas aumentadas de apoptosis y un mayor estrés celular en comparación con partículas más grandes [14].
Varios factores influyen en cómo los microplásticos interactúan con los cultivos celulares, incluyendo la composición química del plástico, las propiedades celulares y las condiciones ambientales. El tamaño y el estado de agregación de los microplásticos son particularmente críticos para determinar sus efectos.
La Dra. Kelly Johnson-Arbor, toxicóloga en MedStar Health, destaca los desafíos más amplios que plantean los microplásticos:
"Actualmente, es difícil evitar completamente los microplásticos, ya que están presentes en nuestra comida, agua y aire.Actualmente no conocemos la dosis tóxica de microplásticos para el cuerpo humano, ni entendemos completamente cómo el cuerpo absorbe, procesa y elimina estas partículas." [15]
Para reducir estos riesgos, la industria está implementando medidas específicas de seguridad de materiales y explorando soluciones alternativas.
Soluciones de la Industria para la Seguridad de Materiales
Los fabricantes están tomando medidas proactivas para minimizar la contaminación por microplásticos. Por ejemplo, están reduciendo el uso de utensilios de plástico, particularmente aquellos con rayones o cortes que son más propensos a desprender partículas [15]. También se están aplicando estrictos controles de calidad para asegurar que se utilicen materiales biocompatibles.
En paralelo, los investigadores están desarrollando formulaciones de medios sin suero para reemplazar componentes derivados de animales como el suero fetal bovino, simplificando el proceso de cultivo [4].Algunas empresas también están explorando materiales comestibles para su uso como microportadores y andamios, lo que podría eliminar la dependencia de plásticos no degradables [20]. Los andamios a base de proteínas vegetales están surgiendo como una opción prometedora debido a su disponibilidad, asequibilidad y compatibilidad con cultivos celulares [19].
El progreso en esta área ya es evidente. Por ejemplo, a principios de 2023, GOOD Meat en Singapur obtuvo la aprobación para vender pollo cultivado producido utilizando medios sin suero [4]. De manera similar, la codorniz cultivada de Vow, también vendida en Singapur, es libre de suero, y UPSIDE Foods en los Estados Unidos ha demostrado la capacidad de producir sus productos con o sin suero fetal bovino [4].
Aunque estos avances mejoran la seguridad, la gestión de residuos sigue siendo otro problema urgente.
Consideraciones sobre la Gestión de Residuos
La naturaleza de un solo uso de muchos sistemas de biorreactores de plástico crea desafíos significativos de residuos. Para abordar esto, la industria está adoptando estrategias inspiradas en los principios de la economía circular, centrándose en reducir el uso de energía, el consumo de agua y los residuos a lo largo de la producción [16].
La industria alimentaria del Reino Unido ofrece ejemplos inspiradores de reducción de residuos plásticos. Por ejemplo, Pilgrim's Europe, un miembro del Pacto de Plásticos del Reino Unido, redujo más de 120 toneladas de envases de plástico en 2022 al aumentar la reciclabilidad y reducir el uso de materiales. Las medidas específicas incluyeron reducir el grosor de las capas de plástico y redimensionar los envases para las salchichas frescas de cerdo Richmond, ahorrando 36.1 toneladas de plástico [18].
En la producción de carne cultivada, las empresas están explorando microportadores comestibles para agilizar los procesos y reducir el desperdicio [17]. Los microportadores termo-responsivos también presentan una solución innovadora al permitir el desprendimiento celular inducido térmicamente, lo que reduce la necesidad de agentes químicos como la tripsina [17].
Tampoco se puede ignorar el problema más amplio del desperdicio de alimentos. Según WRAP, alrededor de 380,000 toneladas métricas de carne destinada al consumo se desperdician anualmente en el Reino Unido, contribuyendo con más de 4 millones de toneladas métricas de emisiones de CO₂ [18]. Para combatir esto, los productores de carne cultivada están optimizando los medios de cultivo utilizando ingredientes de bajo impacto y refinando las formulaciones para reducir tanto el desperdicio de material como la presión ambiental [16].
Lograr un equilibrio entre los beneficios inmediatos de los biorreactores de plástico y la responsabilidad ambiental a largo plazo es esencial para el futuro sostenible de la industria de la carne cultivada.
sbb-itb-c323ed3
El Futuro de los Biorreactores de Plástico en la Carne Cultivada
La industria de la carne cultivada está avanzando a un ritmo impresionante, y los biorreactores de plástico están surgiendo como un componente clave para crear una producción de carne sostenible y escalable. Estos sistemas no solo abordan desafíos ambientales, sino que también ofrecen soluciones para la seguridad alimentaria global. Mirando hacia el futuro, los biorreactores de plástico están preparados para ofrecer aún mayor eficiencia y escalabilidad.
Por Qué los Biorreactores de Plástico Son Cruciales para Escalar la Producción
Los biorreactores de plástico ofrecen ventajas significativas cuando se trata de producción rentable a gran escala.Los avances recientes han permitido que estos biorreactores aumenten la producción en más del 400%, haciendo que la producción en masa sea un objetivo realista para la industria [23]. Las empresas ahora están trabajando con biorreactores en el rango de 10,000–50,000 litros, lo que hace posible producir toneladas de carne cultivada anualmente en lugar de estar limitados a pequeños lotes de laboratorio [22].
Además, la eficiencia operativa de estos sistemas sigue mejorando. Por ejemplo, los nuevos medios de cultivo ahora se pueden producir a escala piloto por solo £0.07 por litro, un marcado contraste con los costos de £1–£10 por litro de las alternativas líderes de la industria. Estas reducciones de costos están allanando el camino para una producción asequible a gran escala.
El papel del Reino Unido en la innovación de carne cultivada
Mientras que otros países demuestran el potencial económico de la carne cultivada, el Reino Unido está tomando medidas estratégicas para convertirse en un líder en este ámbito.El gobierno ha invertido £12 millones en el CARMA centro de investigación de agricultura celular, sentando las bases para una cadena de valor de fabricación integral que atrae a las empresas de carne cultivada al Reino Unido [2].
El CPI's Centro de Innovación de Alimentos Nuevos también está desempeñando un papel fundamental al ofrecer instalaciones de grado alimenticio y orientación experta. Este apoyo es esencial para las empresas que están en transición de biorreactores de plástico a pequeña escala a sistemas de producción comercial [2]. Con la ganadería contribuyendo al 57% de las emisiones de gases de efecto invernadero, el potencial de la carne cultivada para reducir la huella de carbono en un 80% - cuando se produce con energía renovable - no puede ser subestimado [2]. McKinsey estima que para 2030, el mercado global de carne cultivada podría producir entre 400,000 y 2.1 millón de toneladas anualmente [22].
Educando a los consumidores a través de Cultivated Meat Shop
La investigación indica que alrededor de un tercio de los consumidores del Reino Unido están abiertos a probar la carne cultivada, pero muchos aún necesitan más claridad sobre cómo se produce, incluyendo el papel de los biorreactores de plástico [2]. La comunicación clara y transparente es esencial para generar confianza en el consumidor y cerrar la brecha entre la innovación tecnológica y la aceptación pública.
Aquí es donde entran plataformas como Cultivated Meat Shop . Juegan un papel clave en educar al público al explicar cómo los biorreactores de plástico transforman células en carne. Al abordar preocupaciones sobre la seguridad y la naturalidad, ayudan a desmitificar el proceso de producción y destacan la extensa investigación y los avances tecnológicos detrás de la carne cultivada.
Las opiniones de los consumidores sobre la carne cultivada siguen siendo mixtas.Mientras que algunos dudan en probarlo, otros simplemente necesitan más información para tomar decisiones informadas [21]. Winston Churchill una vez dijo: "Escaparemos de la absurdidad de criar un pollo entero para comer la pechuga o el ala, cultivando estas partes por separado en un medio adecuado" [2]. Gracias a la tecnología de biorreactores de plástico de hoy en día, la visión de Churchill se está convirtiendo en realidad. Plataformas como Cultivated Meat Shop aseguran que los consumidores estén bien informados y capacitados para adoptar este enfoque innovador en la producción de carne.
Preguntas Frecuentes
¿Cómo ayudan los biorreactores de plástico a reducir los riesgos de contaminación en la producción de carne cultivada?
Los biorreactores de plástico, a menudo denominados biorreactores de un solo uso, están diseñados para reducir los riesgos de contaminación al eliminar la necesidad de limpieza y esterilización entre ciclos de producción. Estos sistemas vienen preesterilizados y se descartan después de su uso, lo que reduce en gran medida la probabilidad de contaminación cruzada en comparación con las alternativas convencionales de acero inoxidable.
Su diseño de sistema cerrado minimiza aún más la exposición a contaminantes externos, creando un entorno más seguro y controlado para la producción de carne cultivada. Este enfoque no solo mejora la consistencia del proceso de producción, sino que también ayuda a escalar los esfuerzos para ofrecer opciones de proteínas sostenibles y éticas.
¿Cómo se están abordando las preocupaciones ambientales sobre la contaminación por microplásticos en biorreactores de plástico?
Abordando los Problemas de Microplásticos en Biorreactores de Plástico
Las preocupaciones sobre la contaminación por microplásticos de los biorreactores de plástico se están abordando con una variedad de soluciones destinadas a reducir su impacto ambiental.Una estrategia clave es el uso de métodos avanzados de tratamiento de aguas residuales como filtración por membrana, que pueden eliminar más del 99% de los microplásticos del agua. Algunos sistemas de biorreactores también están incorporando microbios capaces de descomponer microplásticos antes de que puedan contaminar las fuentes de agua.
Otras estrategias incluyen la creación de componentes de biorreactores a partir de materiales biodegradables, la adopción de mejores prácticas de gestión de residuos y la aplicación de regulaciones más estrictas para minimizar la contaminación por microplásticos. Juntas, estas medidas contribuyen a un enfoque más limpio y sostenible para la producción de carne cultivada.
¿Cómo mejoran los biorreactores de plástico la escalabilidad, el costo y la eficiencia de la producción de carne cultivada?
Los biorreactores de plástico son esenciales para aumentar la producción de carne cultivada, haciendo que las operaciones a gran escala sean más viables y rentables.Su capacidad para escalar permite mayores volúmenes de producción, lo que ayuda a reducir el costo por unidad y aumenta la eficiencia general.
Los biorreactores masivos, con capacidades que alcanzan cientos de miles de litros, apoyan procesos de producción continua. Esto no solo reduce aún más los costos, sino que también simplifica las operaciones, allanando el camino para que la carne cultivada sea más asequible y esté más disponible en los mercados comerciales. Como resultado, estos avances ayudan a satisfacer la creciente demanda de alternativas de proteínas sostenibles y éticas.
