Bioreaktor lehetővé teszi az őssejtek automatizált hosszú távú kultiválását

Egy folyadékhurok szállítja az összes folyadékot a bioreaktorokhoz és a középen elhelyezett mikroszkóphoz. © Fraunhofer ISC / Egy folyadékhurok szállítja az összes használt folyadékot a bioreaktorokhoz és a középen elhelyezett mikroszkóphoz. © Fraunhofer ISC

A moduláris, funkcionálisan bővíthető inkubátor rendszer beépített bioreaktorokkal. © Fraunhofer ISC / A moduláris inkubátor rendszer beépített bioreaktorokkal további funkciókkal bővíthető. © Fraunhofer ISC

Emberi indukált pluripotens őssejtek (hiPSCs) ígéretes eszköznek számítanak az orvoslásban: a jövőben lehetővé kell, hogy tegyék számos betegség, például neurodegeneratív betegségek kezelését. Még mindig kihívás nagy mennyiségű hiPSC előállítása. A Fraunhofer Transzlációs Központ Regeneratív Terápiák TLZ-RT kutatócsoportja most egy bioreaktort fejlesztett ki, amellyel automatizált hosszú távú kultiválás valósítható meg hiPSCs esetében.

A humán indukált pluripotens őssejtek (hiPSCs) nagy potenciált kínálnak a sejtes terápiák, gyógyszerek fejlesztése és a betegségek kutatása terén. A hiPSCs nagyon hasonlóak az embrionális őssejtekhez, azonban laboratóriumban felnőtt sejtekből, amelyek korábban a felnőttek kötőszövetéből származtak, tenyésztik és reprogramozzák őket. Az előny: a pluripotens őssejtek potenciálisan bármilyen sejtet vagy szövetet képesek termelni, amelyre a szervezet saját gyógyításához szüksége van. Emellett lehetőség van arra, hogy közvetlenül az adott betegségben érintett sejtekhez patient-specifikus potenciális hatóanyagokat teszteljünk.

Az egyre növekvő hiPSC-szükséglet kielégítése és a szabványosított tömegtermelés lehetővé tétele érdekében a Würzburg-i Fraunhofer ISC kutatócsoportja a SUSI (röviden Suspensionsinkubator) projekt keretében egy dinamikus inkubátort és szuszpenziós bioreaktort fejlesztett ki, amely alkalmas hosszú távú hiPSC-kultiválásra. Optimális körülményeket kínál, például 37 °C hőmérsékletet és öt százalék CO2-tartalmú atmoszférát, amelyek szükségesek a sejtkultiváláshoz. A bioreaktor egyik kulcsfontosságú összetevője az impeller vagy keverő, amely elvégzi a keverés, szellőztetés, valamint a hő- és tömegcserék fontos feladatait az üveg edényben, hogy homogén körülményeket teremtsen a sejtszuszpenzióban, ezáltal lehetővé téve a tiszta sejtszaporodást. »A sejtek jólléte áll a középpontban nálunk. Ennek megfelelően terveztük és építettük a bioreaktor komponenseit«, mondja Thomas Schwarz, a Fraunhofer TLZ-RT tudósa. Fontos például, hogy milyen erőhatások (schererők) hatnak a sejtekre a kultúra keverése közben. Szoftveres szimulációk segítségével a kutatók sikerült meghatározniuk az optimális paramétereket az impeller kialakításához, valamint a legmegfelelőbb folyamatparamétereket, amelyeket folyamatosan, valós idejű szenzorok segítségével figyelnek meg a bioreaktorban. Ez homogén sejtszuszpenziót eredményez – még nagy sejtmennyiség esetén is. Ennek megfelelően az üveg edény, amely az impellert körülveszi, skálázható.

Sejtkultiválás három hónapon keresztül

Egy folyadékkör, amely négy szelep összekapcsolásával működik, steril környezetben szállítja az összes folyékony oldatot, amelyek a folyamatokhoz szükségesek – például a táptalajt. Így a hiPSC-k teljesen automatikusan szaporodhatnak, minimalizálva az emberi beavatkozásokat. Emellett a inkubátor egy partnerrel közösen kifejlesztett mikroszkóppal van felszerelve, amellyel a táptalaj és a sejtszuszpenzió állapota automatizált módon ellenőrizhető, és vizsgálható a nem kívánt csoportosulások vagy sejthalmazok képződése szempontjából. Továbbá az MI alkalmazásával sejtszámlálás is lehetséges. A sejtkultiválás során egy neurális hálózat elemzi a sejtek geometriáját. »Moduláris, funkcionálisan bővíthető rendszerünk rugalmasságával és magas automatizáltságával jellemezhető, és lehetővé teszi a kontrollált sejtszabályozást. A zárt körfolyamat és az automatizált folyadékcserék révén elkerülhetők a szennyeződések«, mondja a kutató. A Fraunhofer TLZ-RT inkubátorába különböző típusú bioreaktorokat lehet beépíteni, a felszerelés egyedileg testreszabható – ez egy olyan lehetőség, amit a hagyományos inkubátorok általában nem kínálnak.

A prototípusként rendelkezésre álló bioreaktorral a kutatók már sikerült három hónapon keresztül sejtek kultiválását elvégezni anélkül, hogy azok differenciálódási potenciáljukat csökkentenék. A rendszer úgy lett módosítva, hogy különböző sejtdifferenciációk legyenek lehetségesek a kultúrákból – ez előrelépés a hiPSC-technológiában.