Uma solução automatizada para biorreator adaptada para a próxima geração científica
Na Universidade de Tecnologia de Delft, nos Países Baixos, professores e doutorandos precisavam de uma nova solução para a engenharia evolucionária, para melhorar o estudo de células geneticamente projetadas na busca por substituir mais petroquímicos por materiais à base de vegetais. Para isso, era preciso ter uma configuração de biorreator robusta, flexível e automatizada, adaptada para atender aos desafios específicos relacionados aos estudos de evolução.
Dr. Ir. Robert Mans, Professor Assistente do Departamento de Biotecnologia, explica por que seu trabalho científico no laboratório precisava de mais automação: “O desafio é que as células são extremamente complexas e é impossível sempre entender completamente o que acontece dentro delas. Às vezes, as células geneticamente manipuladas se comportam conforme o esperado, outras vezes, elas ficam doentes e crescem lentamente. Nossa forma de otimizar isso é usando a evolução, deixando as células evoluírem para se tornarem mais saudáveis e crescerem mais rápido. E isso requer equipamentos extremamente confiáveis e esterilizados”, diz o Dr. Mans. “Assim, nós precisávamos de uma solução mais automatizada para permitir uma operação fechada sem precisar abrir nada durante os processos com um mês de duração.”
Sophie de Valk, uma das doutorandas sob a supervisão do Dr. Mans, explica como a configuração anterior deixava seu trabalho com a engenharia genética de leveduras mais complexo e demorado: “Nós costumávamos ter algumas limitações em termos de como poderíamos automatizar as evoluções. Tínhamos de mudar o meio manualmente, sempre com risco de contaminação e possíveis contratempos. Então, definitivamente sentíamos a necessidade de ter um controle de processo preciso, além da capacidade de configurar scripts de sistema ainda mais complexos.”
Ao compreender completamente as suas necessidades específicas, a equipe da Universidade de Tecnologia de Delft precisava de um parceiro que pudesse fornecer a experiência necessária e investir tempo para projetar uma solução não padronizada. “Do ponto de vista teórico, sabíamos exatamente o que queríamos. Mas precisávamos de alguém que pudesse realmente concretizar nossa visão. Alguém que pudesse criar e implementar uma solução com toda a flexibilidade necessária para realizar nossos experimentos”, explica o Dr. Mans.
Já estávamos familiarizados com a Getinge e sabíamos que seu sistema é muito robusto e confiável. Mas acho que a maior diferença para nós foi o fato de a Getinge estar tão aberta a criar soluções sob medida. E fazer parcerias e desenvolver uma configuração personalizada em conjunto, em vez de oferecer uma opção pronta para usar.
Um biorreator complexo projetado para simplificar
Rowin Timmermans, um especialista sênior em aplicações com 12 anos de experiência com soluções Applikon, fez parte da equipe que aceitou o desafio. Ele soube imediatamente que a natureza complexa da tarefa exigia roteiros de controle de processo no software SCADA do cliente que poderiam reduzir significativamente a quantidade de intervenções manuais. “Precisávamos automatizar dois tipos de processos de longa duração: um processo de batelada repetido e um processo do quimiostato ou do acelerostato. Geralmente, ambos exigiriam muitas intervenções manuais. Assim, o maior desafio era combinar os dados do próprio sistema de análise de gases de exaustão da equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Delft com todos os dados de processo do sistema Applikon ez-Control e, em seguida, usar esses dados on-line para controlar automaticamente a batelada repetida e os processos do quimiostato e do acelerostato da forma desejada”, explica Timmers.
Timmermans foi o responsável por escrever os roteiros para controlar tudo que acontece no processo de fermentação. A base para isso foi uma colaboração muito próxima com a equipe do Departamento de Biotecnologia da Universidade de Tecnologia de Delft. “Minha principal função era programar os scripts no Lucullus®, a solução de software fornecida pela Getinge, para obter a automação do processo. Durante nossa colaboração, visitei a universidade várias vezes para realizar testes em conjunto. Acho que essa maneira de trabalhar em conjunto, com um feedback frequente e construtivo, é a chave para o sucesso. É a única forma de entender totalmente uma necessidade específica e apresentar uma solução que seja personalizada de acordo com as necessidades exatas do cliente”, conclui Timmermans.
Quando questionado sobre qual foi a tarefa mais desafiadora durante o processo, ele diz: “Um dos maiores desafios era compreender como funcionam os princípios do quimiostato e, especialmente, do acelerostato, além da complexidade de alguns dos critérios que programamos em roteiros para passar de uma etapa do processo para a próxima.”
Assim como Timmermans, o Dr. Mans e sua equipe consideraram muito valiosa essa estreita colaboração e parte do motivo pelo qual todo o processo foi relativamente rápido. O Dr. Mans compartilhou sua opinião sobre o processo colaborativo: “Eu previa mais contratempos do que os que encontramos. O trabalho foi basicamente marcar caixas de seleção, o que foi uma grande surpresa, porque se trata de um sistema bastante complicado de configurar. Em um tempo relativamente curto, com base em um período de tentativa e erro, conseguimos chegar a um resultado final que obteve tudo o que queríamos do sistema.”
Benefícios personalizados – projetado para uso geral
A doutoranda do Dr. Mans, Sophie de Valk, apresenta alguns dos destaques e vantagens do novo sistema do seu ponto de vista:
Gosto da facilidade com que é possível monitorar on-line as diversas coisas acontecendo no reator. Anteriormente, precisávamos exportar os dados primeiro e, depois, traçá-los no Excel. Agora, não precisamos ficar de olho no reator o tempo todo para saber que tudo está indo bem. É possível ver a situação com bastante facilidade com três cliques, mesmo trabalhando de casa.
Além de ter acesso instantâneo ao monitoramento on-line de qualquer lugar, de Valk também menciona a simplicidade e a flexibilidade que caracterizam o novo sistema automatizado de evolução: “Agora ficou muito fácil configurar um roteiro de automação de alta complexidade. Você não precisa passar semanas com os alunos construindo tudo do zero. Também passei por casos em que queríamos ajustar alguns parâmetros em tempo real durante as evoluções. Agora podemos fazer isso porque ficou muito fácil rastrear os sinais on-line e ver como tudo está indo e se desenvolvendo. E, com base nos dados de monitoramento, podemos ajustar o pH, espalhar mais ar ou fazer quaisquer ajustes necessários.”
No final, a equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Delft e o pessoal envolvido da Getinge ficaram tão satisfeitos com o resultado que se uniram para promover um webinar e obter alcance global para compartilhar seus aprendizados sobre processo e as possibilidades do sistema automatizado de ponta dos biorreatores, o qual, apesar de ser altamente adaptado, foi projetado desde o início para uso geral. Assim, o Dr. Mans e sua equipe também elaboraram uma publicação científica para tornar o conhecimento acessível à comunidade acadêmica global.
Dando vida à ciência — não apenas nos bastidores
Por fim, perguntamos a Sophie de Valk e ao Dr. Robert Mans da Universidade de Tecnologia de Delft sobre o que mais os motivava a trabalhar com Ciências da Vida.
Parte disso é impulsionada pelas mudanças climáticas. Saber que você pode de fato contribuir e oferecer uma alternativa para que o setor de combustíveis fósseis se torne mais à base de vegetais, isso é muito bom. Além disso, o campo de ciências da vida continua se desenvolvendo muito rapidamente. Há realmente uma inovação de ponta acontecendo neste momento, e é muito legal fazer parte disso.
O Dr. Mans também indica que participar ativamente da luta contra as mudanças climáticas é um grande motivador. “Como sociedade e população mundial, há grandes passos que precisamos dar para limitar e reduzir o efeito das mudanças climáticas. Para mim, saber que estamos contribuindo ao simplesmente fazer o que fazemos todos os dias já é uma motivação muito grande. Caso contrário, eu ia achar que estava apenas de braços cruzados nos bastidores. Eu sei que, com o meu trabalho, faço parte da solução. Não estou de braços cruzados nos bastidores. Estou realmente envolvido e, espero, fazendo a diferença”, conclui.
Um dos maiores desafios era compreender como funcionam os princípios do quimiostato e, especialmente, do acelerostato, além da complexidade de alguns dos critérios que programamos em roteiros para passar de uma etapa do processo para a próxima.