Bioreaktor do produkcji komórek macierzystych
Fraunhofer ISCLudzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (hiPSC) uważane są za obiecujące narzędzie w medycynie, z potencjałem umożliwienia leczenia wielu schorzeń, takich jak choroby neurodegeneracyjne. Jednak wciąż wyzwaniem pozostaje produkcja dużych ilości hiPSC. Naukowcy z Fraunhofer Translational Center for Regenerative Therapies (TLC-RT) działającego w ramach Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC opracowali bioreaktor, który umożliwia automatyczną, długoterminową hodowlę hiPSC.
HiPSC mają ogromny potencjał w rozwijaniu terapii komórkowych, leków oraz badaniach chorób. Te komórki, bardzo podobne do embrionalnych komórek macierzystych, są hodowane i reprogramowane w laboratorium z dorosłych komórek pochodzących z tkanki łącznej. Ich przewaga polega na zdolności do przekształcania się w niemal każdy rodzaj komórki lub tkanki, co umożliwia organizmowi procesy samonaprawcze. Dzięki temu można również prowadzić badania pacjentów, testując potencjalne substancje czynne bezpośrednio na komórkach dotkniętych określoną chorobą.
Aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na hiPSC i umożliwić ich standaryzowaną produkcję na większą skalę, zespół badaczy z Fraunhofer ISC w Würzburgu opracował dynamiczny inkubator oraz bioreaktor do hodowli w zawiesinie, będące częścią projektu SUSI („Suspension Incubator”). Urządzenie zapewnia optymalne warunki hodowli, takie jak temperatura 37°C i atmosfera nasycona pięcioma procentami CO2. Kluczowym elementem bioreaktora jest wirnik, rodzaj mieszadła, które odpowiada za mieszanie, napowietrzanie oraz transfer ciepła i masy w szklanym naczyniu. Dzięki temu w zawiesinie komórkowej utrzymuje się jednorodne warunki, co umożliwia stabilną i powtarzalną propagację komórek.
Fraunhofer ISC– Skupiamy się na dobru komórek, dlatego zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy wszystkie elementy naszego bioreaktora z uwzględnieniem ich potrzeb – podkreśla Thomas Schwarz, naukowiec z Fraunhofer TLC-RT.
Jednym z kluczowych czynników są siły ścinające oddziałujące na komórki podczas mieszania. Badacze zastosowali symulacje komputerowe, aby obliczyć optymalne parametry konstrukcji wirnika oraz procesu. Czujniki w bioreaktorze stale monitorują te parametry w czasie rzeczywistym, zapewniając jednorodność kultury, nawet przy dużych ilościach komórek. Szklane naczynie wirnika można skalować, dostosowując je do różnych potrzeb.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Komórki hodowane przez trzy miesiące
Cztery zawory tworzą pętlę transportującą wszystkie płynne roztwory potrzebne w procesie, takie jak pożywka, w sterylnym środowisku. Umożliwia to pełną automatyzację propagacji hiPSC, minimalizując wpływ czynników ludzkich. Inkubator wyposażono także w specjalnie zaprojektowany mikroskop, który automatycznie monitoruje stan pożywki oraz zawiesiny komórkowej, zapobiegając niepożądanemu aglomerowaniu komórek. Ponadto sztuczna inteligencja (AI) analizuje geometrię komórek i liczy je w trakcie procesu hodowli.
– Nasz modułowy system można rozbudowywać o dodatkowe funkcje. Charakteryzuje się on dużą elastycznością, wysokim stopniem automatyzacji oraz pozwala na kontrolowaną obsługę komórek. Zamknięta konstrukcja i automatyczna wymiana komponentów płynnych zapobiegają kontaminacji – wyjaśnia Schwarz.
Różne typy bioreaktorów mogą być zintegrowane z inkubatorem Fraunhofer TLC-RT, a urządzenie można dostosować indywidualnie, co jest rzadko spotykane w tradycyjnych inkubatorach.
Naukowcom udało się wyhodować komórki w prototypowym bioreaktorze przez trzy miesiące, nie tracąc ich potencjału do różnicowania. System został skonfigurowany tak, aby umożliwiać różne typy różnicowania komórek na podstawie uzyskanych kultur, co stanowi znaczący krok naprzód w technologii hiPSC.
Źródło: Fraunhofer ISC
