Kunststof bioreactoren, ook bekend als single-use of disposable bioreactoren, hebben de biofarmaceutische productie en celcultuuronderzoek de afgelopen twintig jaar fundamenteel veranderd. In tegenstelling tot traditionele roestvrijstalen en glazen bioreactoren, die tussen batches door uitgebreide reiniging, sterilisatie en validatie vereisen, maken kunststof bioreactoren gebruik van voorgesteriliseerde polymeren vaatjes die na één productiecampagne worden weggegooid. Deze paradigmawijziging pakt een kritisch knelpunt in de bioprocessering aan: de aanzienlijke infrastructurele en operationele kosten die gepaard gaan met herbruikbare systemen. Meer dan 90% van de biofarmaceutische produktiefaciliteiten maakt inmiddels gebruik van een vorm van single-use componenten, waarbij meer dan 70% single-use bioreactorzakken inzet. Kunststof bioreactoren zijn verkrijgbaar in werkvolumes variërend van kleinschalige benchtop-systemen van een paar milliliter tot productie-schalige vaten van meer dan 2.000 liter.
Polymeermaterialen en selectiecriteria
De selectie van polymeermaterialen voor de constructie van bioreactoren wordt beheerst door strikte vereisten op het gebied van biocompatibiliteit, chemische inertie, mechanische duurzaamheid en sterilisatiecompatibiliteit. De meest gebruikte polymeren zijn polyetheen (PE), polystyreen (PS), polypropeen (PP), polytetrafluoretheen (PTFE) en polycarbonaat (PC). Deze materialen moeten voldoen aan de eisen van de United States Pharmacopeia (USP) Klasse VI, wat garandeert dat ze niet-toxisch, niet-pyrogeen en geschikt zijn voor direct contact met biologisch materiaal.
Rigide bioreactorvaten worden doorgaans vervaardigd uit polycarbonaat of polystyreen, wat structurele integriteit en optische helderheid biedt voor microscopische observatie. Flexibele bioreactorzakken daarentegen zijn geconstrueerd uit meerlagige polymeerfolies waarin lagedichtheidpolyethyleen (LDPE), ethyleen-vinylacetaatcopolymeer en andere barrièrematerialen zijn verwerkt. Deze meerlagige folies zijn ontworpen om specifieke gasdoorlaatbaarheidseigenschappen, mechanische sterkte en lasbaarheid te bieden. Opkomende materialen omvatten polylactide (PLA), een biologisch afbreekbaar polyester afkomstig van hernieuwbare bronnen, dat met succes is toegepast in 3D-geprinte bioreactorvaten met geïntegreerde spargers.
