Condiciones iniciales constantes para métodos de cultivo celular en 3D: una plataforma única que permite el cultivo de hasta 9.000 esferoides uniformes y controlados en tamaño

El trabajo con la SP5D lista para usar es especialmente fácil de manejar, de modo que el manejo de la plataforma se aprende rápidamente: el cultivo no requiere ningún pretratamiento. El cambio de medios mediante pipeteo sencillo también resulta muy cómodo. (Fuente: Kugelmeiers Ltd.)

Con la SP5D y su geometría patentada, es posible cultivar un gran número de esferoides uniformes, hasta 9.000 en una sola placa. En una SP5D hay doce pocillos, cada uno con 750 micro pocillos, lo que garantiza un rendimiento muy alto. (Fuente: Kugelmeiers Ltd.)

SP5D significa «Placa Esférica 5D»: El nombre hace referencia a la estructura 3D del cúmulo celular que crece en la placa, al tiempo necesario para el cultivo como la cuarta dimensión y a la llamada comunicación célula-célula como la quinta dimensión. (Fuente: Kugelmeiers Ltd.)

Las células se deslizan en cuadrados «agujeros en forma de pirámide» con punta redondeada y, por lo tanto, forman esferas de tamaño igual cada vez. Esta configuración conduce a una formación de cúmulos regular y sin andamios, de modo que el agregado siempre se mantiene en el centro de la microdepresión (pozo) individual. (Fuente: Kugelmeiers Ltd.)

Las células se deslizan en cuadrados «agujeros en forma de pirámide» con punta redondeada y, por lo tanto, forman esferas de igual tamaño en cada ocasión. Esta configuración conduce a una formación de cúmulos sin andamio, regular, de modo que el agregado siempre se mantiene en el centro de la microdepresión individual (pozo). (Fuente: Kugelmeiers Ltd.)

El ángulo especial de las cavidades individuales permite que las células se hundan en una cantidad constante, eliminando la necesidad de centrifugado adicional. El recubrimiento nanométrico especial evita que las restos de proteínas se adhieran y garantiza un deslizamiento limpio. (Fuente: Kugelmeiers Ltd.)

"En el cuerpo humano, las células se organizan en tejidos y órganos, lo que significa que crecen en tres dimensiones y no simplemente de forma plana", explica Cordula Böttger, especialista en aplicaciones en el área de Ciencias de la Vida en Heidolph Instruments GmbH & Co. KG. "Con un cultivo celular en 3D se puede crear un entorno artificial en el que las células crecen en las tres dimensiones y pueden interactuar con su entorno. Esto hace que su comportamiento sea mucho más similar a las condiciones reales en el cuerpo, lo que permite obtener resultados clínicamente más relevantes." (Fuente: Heidolph Instruments GmbH & Co. KG)

Experimentos de cultivo celular en 3D permiten una simulación de crecimiento que se acerca más a los procesos en el cuerpo humano. Por esta razón, adquieren cada vez más importancia en las ciencias de la vida. Sin embargo, muchos diseños de placas están limitados en cuanto a la reproducibilidad o al número máximo de cúmulos celulares cultivados en un experimento. Como resultado, el cultivo celular en 3D para muchos laboratorios es costoso y requiere mucho tiempo. Por ello, la startup Kugelmeiers Ltd., en colaboración con Heidolph Instruments GmbH & Co. KG, ha desarrollado la placa de cultivo celular SP5D, que evita estas limitaciones. Su principio 5D combina las tres dimensiones espaciales con los factores tiempo y comunicación célula a célula: El diseño especial permite el cultivo controlado y rápido de hasta 9.000 cúmulos iguales en una placa, lo que aumenta la productividad por ciclo. La SP5D está lista para usar; no es necesario tratarla previamente ni centrifugarla después de la siembra. La geometría patentada y la exclusiva capa antiadherente de grado clínico garantizan un crecimiento uniforme, haciendo que los resultados sean especialmente precisos y altamente reproducibles. Ya se han cultivado con éxito numerosas especies celulares en la placa, incluyendo células madre humanas de islas y embrionarias, así como células madre de ratón.

El cultivo de células en un espacio tridimensional se está convirtiendo cada vez más en un estándar en muchos laboratorios, especialmente en áreas como la investigación de células madre o la medicina regenerativa. "En el cuerpo humano, las células se organizan en tejidos y órganos, es decir, crecen en tres dimensiones y no simplemente en una superficie plana", explica Cordula Böttger, especialista en aplicaciones en el área de Ciencias de la Vida en Heidolph Instruments GmbH & Co. KG. "Con un cultivo celular en 3D se puede crear un entorno artificial en el que las células crecen en las tres dimensiones y pueden interactuar con su entorno. Esto hace que su comportamiento sea mucho más similar a las condiciones reales del cuerpo, permitiendo obtener resultados clínicamente relevantes." En el mejor de los casos, la investigación puede hacerse de manera traslacional, de modo que los conocimientos se puedan traducir a medidas terapéuticas mucho más rápidamente que antes.

Sin embargo, muchas placas de cultivo en 3D están limitadas en cantidad o en la uniformidad de los esferoides cultivados, lo que hace que el método, a pesar de sus ventajas, sea menos económico para los laboratorios. Además, hay que tener en cuenta ciertos aspectos en su uso: el material portador debe estar diseñado para que los esferoides no crezcan demasiado, ya que, de lo contrario, morirían por falta de oxígeno debido a la ausencia de vasos sanguíneos. La interacción entre las células durante la fase de crecimiento también debe limitarse a entre ellas mismas, para evitar una diferenciación celular no controlada por señales incorrectas. Por ello, el objetivo fue desarrollar un diseño de placa seguro que elimine estos riesgos y, al mismo tiempo, permita una escalabilidad flexible y un manejo sencillo. Con la SP5D y su geometría patentada, ahora es posible cultivar una gran cantidad de esferoides uniformes — hasta 9.000 en una sola placa —. Esto hace que el diseño sea 400 veces más compacto que la tecnología de gotas en 3D actualmente utilizada. La plataforma está diseñada para aumentar la reproducibilidad de los experimentos posteriores, ya que estos siempre comienzan en condiciones iniciales idénticas debido a la baja variabilidad en el tamaño de los cúmulos celulares cultivados.

Geometría tridimensional con fondos redondeados

"La denominación SP5D significa 'Placa Esférica 5D', donde el 5D se refiere a las cinco dimensiones involucradas en total", explica Böttger. "Estas se componen de la estructura 3D de los cúmulos celulares en la placa, del tiempo necesario como cuarta dimensión, que se reduce mediante una mayor eficiencia y facilidad de uso, y de la llamada comunicación célula a célula como quinta dimensión, que es necesaria para un entorno fisiológicamente correcto y para bloquear señales no deseadas." La interacción homogénea de estos parámetros se logra, entre otras cosas, mediante la geometría patentada de los pozos en la placa. El principio puede ilustrarse de forma sencilla así: las células se deslizan en "pirámides" cuadradas redondeadas y forman siempre cúmulos de tamaño similar. Esta estructura conduce a una formación de cúmulos sin armazón, regular, de modo que el agrupamiento o la esfera celular siempre se mantiene en el centro de cada microdepresión. Esto no siempre es posible con otros diseños, lo que dificulta la formación de cúmulos iguales.

"En una SP5D hay doce pozos con 750 microdepósitos cada uno, asegurando una producción muy elevada. El ángulo especial de cada depresión hace que las células caigan en cantidades iguales, eliminando la necesidad de centrifugación adicional", explica Böttger. "Mientras tanto, la capa especial evita que restos de proteínas se adhieran y bloquea la señalización en la superficie celular, previniendo así la activación de receptores en la pared celular por materiales ajenos a la célula. Las dimensiones geométricas particulares permiten que las células tengan justo el espacio suficiente para crecer sin superar un tamaño definido, lo que evitaría daños por hipoxia debido a la escasa oxigenación."

SP5D – optimizada para el trabajo en laboratorio y la medicina traslacional

El trabajo con la SP5D lista para usar es especialmente amigable para el usuario, permitiendo aprender rápidamente a manejar la plataforma: no requiere tratamiento previo, y los procesos de recubrimiento complejos se eliminan. El cambio de medio también es muy cómodo, gracias a la sencilla pipeteo, ya que la altura de los microdepósitos fue diseñada para retener los cúmulos celulares. Con un solo movimiento de pipeta se pueden transferir 750 cúmulos, lo que es cien veces más rápido que en plataformas de esferoides individuales. La recolección de los cúmulos también es rápida: dado que no se adhieren a la superficie, los esferoides permanecen "flotando" y pueden extraerse fácilmente mediante pipeteo desde la SP5D. Además, la plataforma es compatible con unidades de automatización estándar, facilitando la integración del cultivo celular en 3D en los flujos de trabajo existentes. La elección de COC (copolímeros de olefina cíclica) como material de las placas garantiza una imagen en tiempo real con el mínimo ruido de fondo.

El alto grado de estandarización y fiabilidad hace que la SP5D sea ideal para su uso en centros de investigación de alta frecuencia, que trabajan con múltiples líneas celulares y sistemas de co-cultivo. Algunas de las aplicaciones más prometedoras en las que ya se ha utilizado con éxito la SP5D son las aplicaciones in vivo y la investigación traslacional. La SP5D ofrece a los científicos mucho espacio para descubrimientos, así como para cultivar material de alta calidad para procesos posteriores. Esto se puede ilustrar claramente en la investigación sobre cáncer y células madre: "Muchas formas de cáncer provienen de células madre, y nuestra plataforma podría usarse para recrear el entorno de las células cancerosas, incluyendo la señalización celular y la fisiología. De esta forma, se podrían comparar, por ejemplo, quimioterapéuticos y determinar el tratamiento más efectivo para el paciente", resume Böttger, destacando el potencial traslacional de la SP5D.