Intervista: Bioreattori e nobilitati-Modified 3D-Ponteggi per la ricerca sulle cellule staminali

Mi chiamo Karlan e lavoro come biofisico presso l'Institute for Biological Interfaces. Nel Cal Screw Institute of Technology, sviluppiamo bioreattori e scaffold tridimensionali modificati in superficie per la coltivazione di tessuti funzionali e per la ricerca sulle cellule staminali, siamo principalmente interessati all'interazione delle cellule con il loro ambiente artificiale. Un editoriale di Nature nel 2003 ha posto la domanda sulla biologia piatta, e la domanda è: cosa implica questo?

In passato, molti sistemi di coltura in vitro, principalmente colture monostrato, soffrivano degli svantaggi che, ad esempio, le cellule primarie differenziate avevano una durata di vita relativamente breve e si dedifferenziavano durante la coltura. Ciò significa che hanno perso la maggior parte delle loro funzioni specifiche per gli organi molto rapidamente. Pertanto, al fine di riprodurre condizioni migliori per queste cellule in vitro, sono state apportate molte modifiche e adattamenti diversi nelle colture monostrato convenzionali.

E questo include la composizione del terreno di coltura e la creazione del rivestimento dei recipienti di coltura in cui le cellule formano prevalentemente monostrati. E tutti questi approcci indicano l'importanza delle interazioni tra matrici cellulari e della comunicazione cellula-cellula. Un altro aspetto importante sembra essere la creazione di contesti specifici per le cellule, che sono realizzati, ad esempio, da complessi giunzionali gap, che sono caratteristiche comuni a molte cellule in vivo.

Nelle culture convenzionali monostrato gap la comunicazione giunzionale si perde rapidamente. Per molto tempo. È possibile ristabilire in vitro in una certa misura una disposizione tissutale delle cellule utilizzando la cosiddetta tecnica steroidea.

Un esempio dal nostro laboratorio è stato che abbiamo potuto dimostrare che anche gli epatociti ru adulti sono in grado di formare steroidi e rimanere vitali per almeno settimane in questi aggregati. Gli epatociti rimangono in stretto contatto tra loro, favorendo la comunicazione cellulare con conseguente stabilizzazione delle funzioni specifiche degli epatociti. Ma abbiamo anche scoperto che questa tecnica convenzionale di cultura tridimensionale ha diversi inconvenienti.

La dimensione dell'aggregato è fondamentale. Potrebbero indurre necrosi per aggregati di grande diametro e, nella maggior parte dei casi, il rapporto volume/cellula medio è inappropriato. Inoltre, le forze di taglio e le colture di filatura possono essere problematiche.

Gli organi e i tessuti degli organismi viventi sono, tra gli altri, caratterizzati da densità cellulari molto elevate, anche il trasporto attivo diretto di sostanze attraverso questi strati di tessuto è una caratteristica importante. Pertanto, modelli di tessuto in vitro organotipici realistici dovrebbero ricostruire più fedelmente questa architettura naturale. E un fattore determinante per la limitazione di tali sistemi è il rapporto appropriato tra il mezzo e il volume della cella.

Ho detto prima che abbiamo progettato un alloggiamento cellulare adatto a forma di impalcatura di polimeri microstrutturati con precisione, che offre un contenitore di dimensioni uniformi per la coltura tridimensionale di aggregati cellulari. Per lo scaffold in polimeri, utilizziamo preferibilmente PMMA o PC polietere, ato o policarbonato. E questo consiste in un dispositivo plantare microstrutturato di un centimetro quadrato, che offre una fitta schiera di oltre 1000 di questi contenitori.

Per la coltura tridimensionale di aggregati cellulari, si è dimostrato adatto per la coltura cellulare 3D per diverse settimane. E ognuno di questi piccoli contenitori cubici nell'array ha una lunghezza del bordo di circa 300 micrometri. Il particolare design di questo ponteggio e della periferia, ovvero la camera di incubazione.

L'alimentazione del fluido e del gas consente diverse modalità di alimentazione del fluido. Prima superfusione. Ciò significa che entrambi i lati del tessuto sono alimentati separatamente dal mezzo nutritivo e, in secondo luogo, dalla perfusione.

Ciò significa che il flusso medio è costretto a penetrare nello strato di tessuto. La modalità di perfusione può essere utilizzata per creare condizioni che imitano meglio la vascolarizzazione in vivo, ma è possibile anche una modalità mista di perfusione e superfusione. Sono state sviluppate diverse generazioni di navi cellulari.

Ogni generazione può essere utilizzata con un determinato design per soddisfare le esigenze di qualsiasi applicazione speciale. Ad esempio, sono stati costruiti progetti di bioreattori a nave singola e doppia, nonché disposizioni multititolo indirizzabili separatamente o varianze altamente parallele. Come versioni ingrandite per l'ultima generazione Di queste diverse forme, i cosiddetti contenitori micro termoformati, è stata sviluppata una certa tecnologia, che offre la possibilità aggiuntiva di modificare l'intera superficie di questi contenitori formati in 3D qui con la presente, anche un modello di superficie e una scala submicronica con molecole di segnalazione è possibile.

Inoltre, è possibile incorporare sensori ed elettrodi di segnale. Le applicazioni spaziano dalla ricerca di base e dalla biologia cellulare alla tossicologia e alla farmacologia, fino allo screening ad alto rendimento. Un punto molto importante alla fine è il fatto che l'ultima generazione dei nostri chip micro termoformati è stata ottimizzata per consentire processi per la produzione di massa a basso costo e quindi per l'applicazione in altri laboratori.