“Diseño de una línea de producción de Bacatina III /Paclitaxel por Taxus globosa S.

(Línea celular 3)”

“Evaluación del tamaño de Inóculo y OTR sobre la producción de Bacatina III/Paclitaxel

en cultivos in vitro de células de Taxus globosa S., tejo mexicano *Línea Celular 3+”.

Expone: Daniel Zavala daniel.zavala@itver.edu.mx

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Asesoras:

M.C. Dulce María Barradas Dermitz. Dra. Ma. Guadalupe Aguilar Uscanga.

Exposición rápida de algunos avances

Introducción

y = 13365x - 3E+07

0

100000

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Año

Pronóstico de egresos hospitalarios por cáncer

Pronóstico de egresos hospitalarios por cáncer a nivel nacional Fuente: INEGI

Taxus brevifola Nutt., tejo del pacifico. Monroe Wall et al., 1971

Paclitaxel.

(Zavala, 2002)

Obtención del Paclitaxel: Obtención del árbol. Semi-síntesis Cultivos in vitro de células de Taxus. Síntesis Química (Total)

Ganem et al., 2007

China

Barradas et al., 2010; Phyton Gesellschaft

für Biotechnik mbH con un BR de 75,000 L

(Venkat, 1998)

Alternativas a gran escala I.

(Holton et al., 1994)

(Baloglu, 1998)

Alternativas a gran escala II

Barradas et al., 2010; Phyton con un BR de 75,000 L (Venkat,

1998)

Samyang Genex

(Bringi et al., 1995)

Principales trabajos de cultivo in vitro a nivel Biorreactor para la producción de Paclitaxel

Año, país,

especie.

Medio de cultivo

Elicitador Tamaño de inoculo (TI) &

condiciones de cultivo

Concentraciones alcanzadas

Autores & título

1995, EUA, Taxus baccata L.

Gamborg B5, con benciladenina 0.01μM, ácido ascorbico 50 mg/L, al día 10 se le añadio fructosa 10 g/L

- TI= 0.5g/L Biomasa seca (BS)

120 rpm, 0.28 VVM, tiempo (t) =30 días (d), pH=5.

BS= 9 g/L, Paclitaxel (Pacli) = 0.1 mg/L,

Schuler et al., Taxol production in Bioreactors: kinetics uptake and Taxol production by cell suspensions of Taxus baccata.

1996, EUA, Taxus cuspidata S.

Gamborg 5, ácido ascorbico 50 mg/L

- TI= 17g/L Biomasa Humeda (BH), 120 rpm, 0.5 VVM, t= 20 d, pH= 5.3

BS (calculada) = 6.75 g/L, BH= 135 g/L,

Pacli=22 mg/L,

Schuler et al., Kinetics of Taxol production and nutrient use in suspension cultures of Taxus cuspidata in shake flasks and in Wilson-type Bio-reactor.

2002, España, Taxus media

Gamborg B5,con cinetina 1mg/L, sacarosa 30 g/L, Ac. Giberélico 0.1 mg/L.

0.38 mM mevalonato, 0.2 mM N-benzil.

TI=100 g/L BH, 100 rpm, 0.22 VVM, t=36d.

BS=25g/L, Pacli= 21.12mg/L,

Bacatina III= 56.03 mg/L.

Cusidó et al., Improved Paclitaxel and Bacatin III production in suspension cultures of Taxus media.

2002,Hong Kong, Taxus chinensis R.

Sin especificar. Jasmonato de metilo 100μM

TI=5g/L BS, 0.1 VVM, t=30d.

BS= 15.99 g/L al 14º día. Taxuyunanina: 16mg/g BS

Zhong et al., Effect of mixing time on taxoide production using suspension cultures of Taxus chinensis in centrifugal impeller Bioreactor.

Logros alcanzados por el equipo Taxus (Mandes, Zamudio y Zavala) en 2011

Datos: T. Inóculo: 5.8 g BH/L T. Inóculo: 0.26 g BS/L Al día 5: Paclitaxel: 0.09 mg/L Bacatina III: 8.79 mg/L 80 rpm 0.4 vvm Kla: -0.0011705 h-1 OTR: 38.17 KgO2/h-m3

Estudio de Mercado

Precio al que compra IMSS 22,239,633.33 $ MN /Kg Paclitaxel

Exclusividad (DRAXIS, s.f.) Cotizaciones de empresas Chinas

Demanda & Base de producción

Recopilación y análisis de contratos y compras IMSS (2005-2008), IMSS transparencia (2009-2011)

Masa de Paclitaxel para cubrir la demanda de Paclitaxel pronosticada por año.

Greene et al. (1988, citado en Baloglu, 1998, pág. 18): se obtiene un rendimiento del 80% en la conversión de Bacatina III a Paclitaxel , rendimiento de 97% en la purificacion de Bacatina III a partir del caldo (Winkelnkemper et al., 2011). La purificacion de Paclitaxel ronda el 90% de rendimiento (Sang-Hyun et al., 2004).

Año Kg Paclitaxel (Demanda)

Kg Paclitaxel (A producir)

2012 4.8512 6.930285714 2013 5.3888 7.698285714 2014 5.9264 8.466285714 2015 6.464 9.234285714 2016 7.0016 10.00228571 2017 7.5392 10.77028571 2018 8.0768 11.53828571 2019 8.6144 12.30628571 2020 9.152 13.07428571 2021 9.6896 13.84228571

¿Sí el Volumen de trabajo fuera 30m3 (40m3 capacidad del tanque), cuanto Paclitaxel produciría un lote contando las etapas de bioseparación y conversión hasta llegar a Paclitaxel (Pureza >99%)?

Año 2021: 9.6896 kg Paclitaxel

Al día 5:

Costo …

Años

Ventas

Proyecto (MN $)

ventas

Actual (MN $)

kg Paclitaxel

vendidos

Ahorros

IMSS (MN $)

2012 $11,497,343.99 $12,774,826.65 4.8512 $1,277,482.67

2013 $12,707,598.70 $14,119,554.11 5.3888 $1,411,955.41

2014 $13,905,463.44 $15,450,514.93 5.9264 $1,545,051.49

2015 $15,091,031.84 $16,767,813.16 6.464 $1,676,781.32

2016 $16,264,396.92 $18,071,552.13 7.0016 $1,807,155.21

2017 $17,425,651.08 $19,361,834.53 7.5392 $1,936,183.45

2018 $18,574,886.07 $20,638,762.30 8.0768 $2,063,876.23

2019 $19,712,193.09 $21,902,436.76 8.6144 $2,190,243.68

2020 $20,837,662.66 $23,152,958.51 9.152 $2,315,295.85

2021 $21,951,384.72 $24,390,427.46 9.6896 $2,439,042.75 TOTAL $167,967,612.51 $186,630,680.56 72.704 $18,663,068.06

2.-Planteamiento del Problema 2.1 Problema de investigación documental

Desprotección en suministros. Intereses extranjeros 2.2 Problema de investigación experimental

Se requiere conocer para el correcto escalamiento, una cinética que brinde los rendimientos y producción mas alta posible de Paclitaxel/ Bacatina III

4.-Enunciado del diseño de ingeniería 4.1 Para el problema de investigación documental

La producción de Bacatina III/Paclitaxel en una nueva fábrica por la línea celular 3 de Taxus globosa S. en cultivo in vitro tiene factibilidad técnica y económica.

4.2 Para el problema de investigación experimental

La producción de Bacatina III/Paclitaxel por la línea celular 3 de Taxus globosa S. en cultivo in vitro a nivel biorreactor de 1L es afectada positivamente por un incremento en el tamaño de inóculo y disponibilidad de oxígeno.

Objetivos:

5.- Objetivos 5.1 General de la investigación documental

Realizar un diseño teórico de una planta productora y purificadora de Bacatina III/Paclitaxel cuyo proceso esté basado en el cultivo in vitro de células de Taxus globosa S. LC3.

5.1.1 Específicos de la investigación documental Determinar el estudio de Mercado Establecer la base de producción Selección de las condiciones del proceso Diseño de la planta Realizar los aspectos ambientales generales. Evaluar la factibilidad técnica y económica para la producción industrial.

5.2 General de la investigación experimental Obtener información del cultivo in vitro de Taxus globosa S. de utilidad para el proceso de escalamiento.

5.2.1 Específicos de la investigación experimental Evaluar el efecto del tamaño de inóculo sobre la producción de Bacatina III/Paclitaxel. Evaluar el efecto de la OTR sobre la producción de Bacatina III/Paclitaxel. Evaluar el efecto de enzimas digestivas en la liberación al medio de cultivo y/o producción de Bacatina III/Paclitaxel. --- (Tentativo)

Fase Experimental

FASE II: Evaluación del e f e c t o d e e n z i m a s digestivas en el proceso de producción y/o liberación de Bacatina III/Paclitaxel al med io d e cu l t i vo, s e realizará a nivel Matraz. (Roberts et al., 2003).

FASE III: Evaluación del efecto de la OTR para la producción de Bacatina III/Paclitaxel, se realizará a nivel B i o r r e a c t o r .

FASE I: Evaluación del tamaño de inóculo sobre la producción d e B a c a t i n a I I I / Pa c l i t a x e l , s e realiza nivel matraz.

Referencias.

Barradas, D. D. Ma., Hayward, J. P. M., Mata, R. M., Palmeros, S. B., Platas, B. O. B. J., Velázquez, T. R. F.. (2010). Biocell, 34 (1), 1-6. Bringi V, Prakash G. K., Prince C. L., Schubmehl B. F., Kane E. J., Roach B.. 1995. “Enhanced production of taxol and taxanos by cell cultures of taxus species”. Número de Patente (USA): 5407816, Asignado a: Phyton Catalytic Inc. Expósito, Bonfill, Moyano, Onrubia, Mirjalili, Cusidó and Palazón, 2009. “Biotechnological Production of Taxol and Related Taxoids: Current State and Prospects”. Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry, 9, 109-121 109 Ganem B., Franke R. R., 2007. “Paclitaxel from Primary Taxanes: A Perspective on Creative Invention in Organozirconium Chemistry” J. Org. Chem., 72 (11), 3981–3987. González, C. G. (2010). Diseño de una línea de producción de Bacatina III/Paclitaxel por cultivo in vitro de Taxus globosa S, tejo mexicano [LC 3]. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Veracruz, Instituto Tecnológico de Veracruz. Platas, B. O. B.. (2002). Diseño de una planta productora de Paclitaxel por cultivo de células de Taxus. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Veracruz, Instituto Tecnológico de Veracruz. Velázquez, T. R. F.. (2006). Estudios básicos sobre la producción de Paclitaxel y Bacatina III a partir de líneas celulares de Taxus globosa. Facultad de Bioanálisis. Veracruz, Universidad Veracruzana Roberts S., C., Naill M., Gilbson D., M., Shuler M., L., 2003. “A simple method for enhancing Paclitaxel realease from Taxus canadensis cell suspension cultures utilizing cell wall digestive enzymes”. Physiology and biochemistry journal. 21: 1217-1220 Rozendaal, Lelyveld, Beek, 2000. “Screening of the needles of different yew species and cultivars for paclitaxel and related taxoids”. Phytochemistry. Volume 53, Issue 3; 383-389 Sanh-Hyun P., Moon-Suk K., Jin-Suk C., Bong-Kyu S., Byung-Hee H., Ho-Joon C., 2004. “Efficient purification and morphology characterization of paclitaxel from cell cultures of Taxus chinensis”. Journal of chemical technology and biotechnology, 79: 1162-1168. Wankelnkemper T., Schuldt S., Schembecker G., 2011. “Systematic downstream process develpment for purification of Bacattin III with key performance indicators”. Separation and purification technology XXX: XXX-XXX Zavala-Chávez F., Soto Hernandez M. Rodriguez González Ma. (2001). "El romerillo (Taxus globosa Schlecht); Biología, dificultades y perspectivas de su uso." Revista Chapingo Serie Horticultura 7(1): 77-94. NOTA: Hace falta poner referencias.