Entrevista: biorreactores y en superficie modificada andamios 3D para la Investigación de Células Madre

Me llamo Karlan y trabajo como biofísico en el Instituto de Interfaces Biológicas. En el Cal Screw Institute of Technology, desarrollamos biorreactores y andamios tridimensionales modificados en superficie para el cultivo de tejidos funcionales y para la investigación con células madre, nos interesa principalmente la interacción de las células con su entorno artificial. Un editorial de Nature en 2003 hizo la pregunta por biología plana, y la pregunta es, ¿qué implica esto?

En el pasado, muchos sistemas de cultivo in vitro, principalmente cultivos monocapa, sufrían las desventajas de que, por ejemplo, las células primarias diferenciadas tenían una vida útil relativamente corta y se desdiferenciaban durante el cultivo. Eso significa que perdieron la mayoría de sus funciones específicas de órganos muy rápidamente. Por lo tanto, con el fin de reproducir mejores condiciones para estas células in vitro, se han realizado muchas modificaciones y adaptaciones diferentes en cultivos monocapa convencionales.

Y esto incluye la composición del medio de cultivo y la creación de recubrimiento de los recipientes de cultivo en los que las células forman predominantemente monocapas. Y todos estos enfoques indican la importancia de las interacciones entre las matrices celulares, así como la comunicación de célula a célula. Otro aspecto importante parece ser el establecimiento de contextos específicos de las células, que se realizan, por ejemplo, mediante complejos de uniones gap, que son características comunes de muchas células in vivo.

En los cultivos monocapa convencionales, la comunicación de la unión gap se pierde rápidamente. Durante mucho tiempo. Es posible restablecer in vitro hasta cierto punto una disposición de células similar a un tejido utilizando la llamada técnica de esteroides.

Un ejemplo de nuestro laboratorio fue que pudimos demostrar que incluso los hepatocitos ru adultos son capaces de formar esteroides y permanecer viables durante al menos semanas en estos agregados. Los hepatocitos permanecen en estrecho contacto entre sí, promoviendo la comunicación celular que resulta en la estabilización de las funciones específicas de los hepatocitos. Pero también descubrimos que esta técnica convencional de cultivo tridimensional tiene varios inconvenientes.

El tamaño del agregado es fundamental. Podrían inducir necrosis para grandes diámetros de agregado y, en la mayoría de los casos, la relación entre el volumen medio y la célula es inadecuada. Además, las fuerzas de cizallamiento y los cultivos giratorios pueden ser problemáticos.

Los órganos y tejidos de los organismos vivos se caracterizan, entre otros, por densidades celulares muy altas, también el transporte activo dirigido de sustancias a través de estas capas de tejido es una característica importante. Por lo tanto, los modelos organotípicos realistas de tejidos in vitro deberían reconstruir más de cerca esta arquitectura natural. Y un determinante esencial para la limitación de tales sistemas es la relación adecuada entre el volumen del medio y la célula.

Mencioné antes que diseñamos una carcasa de celda adecuada con forma de andamio de polímeros microestructurados con precisión, que ofrece un contenedor de tamaño uniforme para el cultivo tridimensional de agregados celulares. Para el andamio de polímeros, preferiblemente utilizamos PMMA o poliéter PC, ateado o policarbonato. Y este consiste en un dispositivo plantar microestructurado de un centímetro cuadrado, que ofrece una densa gama de más de 1000 de estos contenedores.

Para el cultivo tridimensional de agregados celulares, se ha demostrado que es adecuado para el cultivo celular en 3D durante varias semanas. Y cada uno de estos pequeños contenedores cúbicos de la matriz tiene una longitud de borde de unos 300 micrómetros. El diseño especial de este andamio y de la periferia, es decir, la cámara de incubación.

El medio ector y el suministro de gas permiten diferentes modos de suministro de medio. Primera superfusión. Eso significa que ambos lados del tejido son suministrados por separado por el medio nutricional y, en segundo lugar, por la perfusión.

Eso significa que el flujo medio se ve forzado a penetrar en la capa de tejido. El modo de perfusión se puede utilizar para crear condiciones que imiten mejor la vascularización in vivo, pero incluso es posible un modo mixto de perfusión y superfusión. Se han desarrollado diferentes generaciones de naves celulares.

Cada generación se puede utilizar con un diseño determinado para satisfacer las necesidades de cualquier aplicación especial. Por ejemplo, se han construido diseños de biorreactores de una y dos naves, así como arreglos de títulos múltiples direccionables por separado o varianza altamente paralela. Como versiones mejoradas para la última generación de estas diferentes formas, los llamados contenedores micro termoformados, se ha desarrollado una cierta tecnología, que ofrece la posibilidad adicional de modificar toda la superficie de estos contenedores formados en 3D, incluso es posible un patrón de superficie y una escala submicrónica con moléculas de señalización.

Además, se pueden incorporar sensores y electrodos de señalización. Las aplicaciones van desde la investigación básica y la biología celular hasta la toxicología y la farmacología, y también el cribado de alto rendimiento posible. Un punto muy importante al final es el hecho de que la última generación de nuestros chips micro termoformados han sido optimizados para permitir procesos de producción masiva baratos y, por lo tanto, para su aplicación en otros laboratorios.