El biorreactor permite la cultivo automatizado a largo plazo de células madre

Un circuito de fluidos transporta todos los líquidos hacia los biorreactores y hacia el microscopio colocado en el centro. © Fraunhofer ISC / Un circuito de fluidos transporta todos los líquidos utilizados a los biorreactores y al microscopio situado en el centro. © Fraunhofer ISC

El sistema de incubadoras modular, ampliable funcionalmente, con los biorreactores integrados. © Fraunhofer ISC / El sistema de incubadoras modular con biorreactores integrados puede ampliarse para incluir funciones adicionales. © Fraunhofer ISC

Las células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSCs) se consideran una herramienta prometedora en la medicina: en el futuro, podrán facilitar la terapia de muchas afecciones, como las enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, la producción de grandes cantidades de hiPSCs sigue siendo un desafío. Investigadores del Centro de Traducción de Fraunhofer para Terapias Regenerativas TLZ-RT en el Instituto Fraunhofer de Investigación en Silicato ISC han desarrollado un bioreactor que permite una cultivación automatizada a largo plazo de hiPSCs.

Las células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSCs) ofrecen un gran potencial para el desarrollo de terapias celulares, medicamentos y para la investigación de enfermedades. Las hiPSCs son muy similares a las células madre embrionarias, pero se cultivan en laboratorio a partir de células adultas, previamente extraídas del tejido conectivo de adultos, y se reprograman. La ventaja: las células madre pluripotentes pueden potencialmente producir cualquier célula o tejido que el cuerpo necesite para su autorreparación. Además, es posible probar directamente en las células afectadas por una enfermedad específica, posibles fármacos específicos para el paciente.

Para satisfacer la creciente demanda de hiPSCs y permitir una producción estandarizada en mayor volumen, un equipo de investigación del ISC de Fraunhofer en Würzburg ha desarrollado, en el proyecto SUSI (abreviatura de Suspensión-Incubador), un incubador dinámico y un bioreactor de suspensión adecuados para la cultivación a largo plazo de hiPSCs. Ofrece condiciones óptimas como una temperatura de 37 °C y una atmósfera enriquecida con cinco por ciento de CO2, necesarias para el cultivo celular. Un componente clave del bioreactor es el impulsor o agitador, que cumple las tareas importantes de mezclar, ventilar, así como de transferencia de calor y masa en el recipiente de vidrio para establecer condiciones homogéneas dentro de la suspensión celular y así facilitar una proliferación celular limpia. »El bienestar de las células es nuestra prioridad. Por ello, hemos diseñado y construido los componentes de nuestro bioreactor«, dice Thomas Schwarz, científico en el Fraunhofer TLZ-RT. Por ejemplo, es fundamental qué fuerzas de cizalladura actúan sobre las células durante la agitación de la cultura. Con la ayuda de simulaciones por software, los investigadores lograron calcular los parámetros óptimos para la construcción del impulsor y los parámetros de proceso más adecuados, que luego son monitoreados continuamente en tiempo real en el bioreactor mediante sensores. Esto logra una suspensión celular homogénea, incluso en grandes cantidades de células. En consecuencia, el recipiente de vidrio que aloja el impulsor es escalable.

Cultivo celular durante tres meses

Un circuito de fluidos, que permite mediante una interconexión de cuatro válvulas, transportar todas las soluciones líquidas necesarias para los procesos —como el medio de cultivo— en un entorno estéril. De esta forma, las hiPSCs pueden multiplicarse de forma completamente automática y se minimizan las influencias de interacciones humanas. Además, el incubador incluye un microscopio desarrollado en colaboración con un socio, que permite monitorear de forma automatizada el estado del medio de cultivo y la suspensión celular, así como detectar la formación de aglomerados o grupos celulares no deseados. Complementariamente, el uso de inteligencia artificial permite contar las células. Durante el cultivo, una red neuronal analiza las geometrías celulares. »Nuestro sistema modular, expandible funcionalmente, se caracteriza por su flexibilidad y alto grado de automatización, permitiendo un tratamiento controlado de las células. Gracias al circuito cerrado y al intercambio automatizado de componentes fluidos, se pueden evitar contaminaciones«, explica el investigador. En el incubador del TLZ-RT de Fraunhofer se pueden instalar diferentes tipos de bioreactores, y el equipamiento es personalizable, una posibilidad que los incubadores tradicionales generalmente no ofrecen.

Con el bioreactor, que actualmente se presenta como prototipo, los investigadores han logrado cultivar células durante tres meses sin reducir su potencial de diferenciación. El sistema ha sido ajustado para permitir diferentes diferenciaciones celulares a partir de las culturas, lo que representa un avance para la tecnología hiPSC.