{"id":1573,"date":"2021-04-13T11:11:10","date_gmt":"2021-04-13T14:11:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/?p=1573"},"modified":"2023-04-23T19:42:33","modified_gmt":"2023-04-23T22:42:33","slug":"como-fazer-uma-imobilizacao-enzimatica-em-um-reator-biologico-impresso-em-3d","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/como-fazer-uma-imobilizacao-enzimatica-em-um-reator-biologico-impresso-em-3d\/","title":{"rendered":"Como fazer uma imobiliza\u00e7\u00e3o enzim\u00e1tica em um Reator Biol\u00f3gico impresso em 3D"},"content":{"rendered":"\n
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Direitos da imagem: Royal Society of Chemistry<\/p><\/div>\n<\/figure>\n\n\n\n

Ol\u00e1 leitor, tudo bem? Hoje falaremos sobre processos biol\u00f3gicos na microflu\u00eddica. Espero que aproveitem \ud83d\ude0a<\/p>\n

Os processos biol\u00f3gicos s\u00e3o uma forma mais sustent\u00e1vel de produ\u00e7\u00e3o pois utiliza uma menor quantidade de reagentes qu\u00edmicos, o que reduz o impacto no meio ambiente. Apesar de ter o apelo da produ\u00e7\u00e3o limpa, os processos biol\u00f3gicos utilizam enzimas, fungos ou c\u00e9lulas, que ainda possuem um alto custo devido \u00e0 mat\u00e9ria prima, rendimento e capacidade de produ\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

A mat\u00e9ria prima \u00e9 cara, portanto, para compensar os custos \u00e9 necess\u00e1rio que se obtenha altos rendimentos e que seja poss\u00edvel a reutiliza\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas, enzimas ou leveduras em v\u00e1rios ciclos para se obter a quantidade de produto desejada. (Uma coisa bem simples n\u00e3o \u00e9 mesmo?! hahaha<\/em>).<\/p>\n

 A microflu\u00eddica aplicada na utiliza\u00e7\u00e3o de microrreatores pode superar os desafios apresentados acima e tornar processos biol\u00f3gicos mais acess\u00edveis, principalmente quando se trata da redu\u00e7\u00e3o dos custos de produ\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Assim, como j\u00e1 sabemos, a microflu\u00eddica utiliza uma menor quantidade de mat\u00e9ria prima, alcan\u00e7a altos rendimentos devido ao favorecimento da transfer\u00eancia de massa e \u00e9 escal\u00e1vel, ou seja, por meio do \u201cempilhamento\u201d (numbering-up<\/em>) de microdispositivos \u00e9 poss\u00edvel atingir a produ\u00e7\u00e3o desejada, o que \u00e9 chamado de escalonamento.<\/p>\n

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Se voc\u00ea ficou com d\u00favidas sobre o escalonamento da produ\u00e7\u00e3o em microescala acesse nosso artigo que explica um pouco mais do assunto clicando aqui<\/a>. <\/em><\/p>\n\n\n\n

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\"\"<\/u>Mas ser\u00e1 que podemos tornar os processos biol\u00f3gicos em microescala ainda mais acess\u00edveis?<\/em><\/h3>\n

A (nossa querida<\/em>) impressora 3D pode tornar a constru\u00e7\u00e3o de microrreatores mais barata e r\u00e1pida, sendo poss\u00edvel testar diversos tipos de designs que v\u00e3o proporcionar um maior rendimento.<\/p>\n

A grande vantagem \u00e9 que os pol\u00edmeros utilizados na impressora 3D para a fabrica\u00e7\u00e3o de microdispositivos s\u00e3o compat\u00edveis com organismos vivos, como o PLA e o Nylon, por exemplo.<\/p>\n

Entretanto, ainda h\u00e1 algumas dificuldades em rela\u00e7\u00e3o ao reaproveitamento da mat\u00e9ria prima em processos biol\u00f3gicos.<\/p>\n

Quando se aplica enzimas, leveduras, ou c\u00e9lulas livres existe a necessidade de recupera\u00e7\u00e3o das mesmas ao final do processo. Isso requer uma ou duas etapas a mais que incluiria uma centrifuga\u00e7\u00e3o e\/ou filtra\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Uma forma de eliminar essas etapas \u00e9 imobilizando enzimas, leveduras, ou c\u00e9lulas no pr\u00f3prio canal do microrreator.<\/p>\n

Mas voc\u00eas devem estar pensando: \u201cComo eu vou fazer a imobiliza\u00e7\u00e3o em um microcanal?\u201d<\/em><\/h3>\n\n\n\n
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Figura 1: Prepara\u00e7\u00e3o de biorreatores impressos em 3D. (A) Processo de impress\u00e3o de Nylon empregando impressora FDM, incluindo o arquivo CAD do microdispositivo (esquerda), processo de impress\u00e3o (centro) e dispositivo finalizado (direita). (B) Esquema de imobiliza\u00e7\u00e3o enzim\u00e1tica ap\u00f3s a fabrica\u00e7\u00e3o do microrreator. Fonte: Peris et al. (2017). Reproduzido com permiss\u00e3o da Royal Society of Chemistry<\/em>.<\/p><\/div>\n

Peris e seus colaboradores mostraram em um trabalho publicado no peri\u00f3dico Green Chemistry<\/em> que \u00e9 poss\u00edvel fazer imobiliza\u00e7\u00e3o enzim\u00e1tica, de uma forma f\u00e1cil, em um canal microflu\u00eddico. O trabalho pode ser acessado em 10.1039\/c7gc02421e<\/a><\/em>.<\/p>\n

Por meio de impressora 3D os pesquisadores fabricaram um microrreator, modificaram a superf\u00edcie do canal e testaram diferentes tipos de imobiliza\u00e7\u00e3o enzim\u00e1tica, conforme \u00e9 apresentado na Figura 1.<\/p>\n

A modifica\u00e7\u00e3o do canal foi realizada atrav\u00e9s de um fluxo dos reagentes (\u00e1cido clor\u00eddrico e glutaralde\u00eddo) pelo canal do microrreator de Nylon de 1,5 mm de di\u00e2metro e 0,8 mL de volume interno.<\/p>\n

Ap\u00f3s a modifica\u00e7\u00e3o do canal, a imobiliza\u00e7\u00e3o enzim\u00e1tica por liga\u00e7\u00e3o covalente foi realizada pela recircula\u00e7\u00e3o de uma solu\u00e7\u00e3o tamp\u00e3o contendo as enzimas nos canais do microrreator. Uma an\u00e1lise da solu\u00e7\u00e3o residual da recircula\u00e7\u00e3o confirmou que as enzimas ficaram retidas no canal.<\/p>\n

O microrreator com enzimas imobilizadas foi testado para tempos de resid\u00eancia de 20 e 50 minutos. Para o tempo de resid\u00eancia de 20 minutos o reator alcan\u00e7ou uma produtividade de 20 \u00b5mol h-1<\/sup> mgenz-1<\/sup> (mgenz<\/em>: mg de enzima), equivalente a produ\u00e7\u00e3o em batelada, mostrando que o processo de imobiliza\u00e7\u00e3o n\u00e3o comprometeu a atividade da enzima.<\/p>\n

Em um segundo ciclo, o microrreator foi testado para um tempo de resid\u00eancia de 50 minutos e operou com estabilidade durante 78h, mantendo a atividade maior que 94%. Os autores ainda reutilizaram o mesmo microrreator com as enzimas por 105 ciclos.<\/p>\n

Perspectivas<\/h4>\n

Peris e seus colaboradores afirmam que enzimas podem ser imobilizadas com sucesso em microrreatores de fluxo cont\u00ednuo fabricados por impressora 3D e que a alta produtividade pode ser alcan\u00e7ada com a reutiliza\u00e7\u00e3o do biorreator biol\u00f3gico.<\/p>\n

Portanto, vimos que a microflu\u00eddica aliada a impress\u00e3o 3D pode tornar os processos biol\u00f3gicos mais baratos, de alto rendimento e produtividade. Isso abre a possibilidade de aplica\u00e7\u00e3o de processos sustent\u00e1veis nas ind\u00fastrias, sem onerar a produ\u00e7\u00e3o e o produto final.<\/p>\n\n\n\n

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Texto escrito por Mariana G. M. Lopes, @marigmlopes<\/a><\/h4>\n

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