Cadenas de procesos para el aislamiento y análisis: desde la célula individual hasta el organoide

Esferoide de fibroblastos 3T3 teñidos con actina para la transferencia LIFT, cultivados en microcráteres fabricados con láser. © Fraunhofer ILT, Aachen / Esferoide de fibroblastos 3T3 teñidos con actina para la transferencia LIFT cultivado en microcráteres fabricados con láser. © Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania

Perfusión paralela y continua de cuatro sistemas órgano-en-chip. © Fraunhofer ILT, Aachen / Perfusión paralela y continua de cuatro sistemas órgano-en-chip. © Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania

Los investigadores del Instituto Fraunhofer para Tecnología Láser ILT trabajan en nuevas herramientas para la provisión y análisis de células individuales y tejidos celulares. Con el »Liftoscope« se ha desarrollado un sistema de clasificación celular para un posterior cultivo, que puede analizar y transferir biomateriales de manera precisa y respetuosa con las células. Los métodos de bioimpresión 3D están ganando terreno en la investigación biotecnológica: mediante el desarrollo de sistemas microfluídicos Organ-on-a-Chip, se pretende definir y reproducir diferentes tipos de células en arreglos que formen tejidos artificiales. Los resultados de la investigación serán presentados por los expertos del Fraunhofer ILT del 21 al 24 de junio en la feria analytica en Múnich.

Soluciones biotecnológicas orientadas al futuro y tecnología de laboratorio innovadora esperan a los aproximadamente 35.000 visitantes en la feria analytica, la feria líder mundial en tecnología de laboratorio, análisis y biotecnología. En la primera edición desde el inicio de la pandemia de COVID-19, además de más de 700 expositores, también estará presente el Fraunhofer ILT con varios temas.

Analizar, aislar, transferir

La producción de cultivos celulares requiere muchos pasos diferentes en los que las células se cultivan y estudian. La cultivo celular es muy laboriosa y propensa a errores debido al trabajo manual en los métodos convencionales. El Fraunhofer ILT presenta dos proyectos sobre cultivo celular: en el proyecto conjunto »Liftoscope«, el Fraunhofer ILT, en colaboración con el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción IPT, desarrolla un método automatizado y delicado para analizar e aislar células.

Primero, se escanea la placa de cultivo celular con un microscopio de alta velocidad. Con base en los datos de imagen, se puede determinar la morfología celular de las células detectadas mediante un algoritmo especialmente desarrollado. Para que solo se aísle el material celular adecuado, los investigadores utilizan la tecnología de transferencia por láser inducido, conocida como LIFT: las culturas celulares se encuentran en la placa en un hidrogel especial. Un láser enfoca muy localmente debajo de las células seleccionadas en el gel y genera una cantidad precisa de energía térmica. Con el pulso breve, el gel se expande y transfiere las células a un portador de cultivo celular situado encima, donde se cultivan posteriormente.

El proceso de análisis y aislamiento totalmente automatizado puede integrarse fácilmente en cualquier entorno de laboratorio. Gracias a su diseño modular, es versátil y puede adaptarse a microscopios existentes. Como portador celular, se puede utilizar, por ejemplo, una placa de microtitulación comercial. Esto hace que el método no solo ahorre tiempo, sino también sea más económico.

Otro desafío es la transferencia de células que crecen adheridas: »Aquí todavía buscamos el hidrogel adecuado para mejorar la tasa de supervivencia de las células«, dice Richard Lensing, científico del Fraunhofer ILT, grupo de Biofabricación. Para hacer el proceso aún más eficiente, los investigadores del Fraunhofer IPT y ILT también trabajan en un algoritmo más rápido y diferenciado, que pueda clasificar y seleccionar células según diferentes características.

Organ-on-a-Chip

Un nuevo enfoque también ofrece la impresión 3D: la bioimpresión permite construir tejidos artificiales y contribuye a evitar experimentos con animales y a mejorar la terapia diagnóstica. Los científicos del Fraunhofer ILT muestran en la analytica varios sistemas microfluídicos Organ-on-a-Chip del tamaño de una memoria USB.

El objetivo de la bioimpresión 3D es organizar las células en una configuración espacial definida y reproducible para formar tejidos artificiales. Los hidrogel con células, llamados bioinks, se imprimen mediante extrusión. En estos cultivos, las células se desarrollan casi igual que en el cuerpo. Al mismo tiempo, los investigadores pueden intervenir más fácilmente y observar el proceso. Combinado con un diseño de chip microfluídico, se construye un Organ-on-a-Chip con varios tipos de células y se analiza la función de las mismas. Las pruebas pueden controlarse con precisión y probablemente ofrecerán resultados más precisos y mejores al estudiar los efectos de bacterias, virus y medicamentos en tejidos in vitro.