Le bioréacteur permet la culture automatisée à long terme de cellules souches
Les cellules souches pluripotentes humaines induites (hiPSC) sont considérées comme un outil prometteur en médecine, avec le potentiel de débloquer des traitements pour de nombreuses conditions de santé telles que les maladies et les troubles neurodégénératifs. Cependant, la production de grandes quantités de hiPSC reste un défi. Des chercheurs du Fraunhofer Translational Center for Regenerative Therapies TLC-RT de l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates ISC ont mis au point un bioréacteur qui peut être utilisé pour la culture automatisée à long terme des hiPSC.
Une boucle de fluides transporte tous les liquides utilisés vers les bioréacteurs et le microscope placé au centre.
© Fraunhofer ISC
Le système d'incubateur modulaire avec bioréacteurs intégrés peut être complété par des fonctions supplémentaires.
© Fraunhofer ISC
Les cellules souches pluripotentes humaines induites (hiPSC) présentent un grand potentiel pour le développement de thérapies cellulaires et de médicaments, ainsi que pour la recherche sur les maladies. Les HiPSC sont très semblables aux cellules souches embryonnaires, mais elles sont cultivées et reprogrammées en laboratoire à partir de cellules adultes prélevées dans le tissu conjonctif de sujets adultes. L'avantage est que les cellules souches pluripotentes ont le potentiel de produire presque n'importe quel type de cellule ou de tissu dont le corps a besoin à des fins d'autoréparation. Il est également possible d'effectuer des tests spécifiques au patient sur des ingrédients actifs potentiels directement sur les cellules affectées par un certain état de santé.
Pour répondre à la demande croissante de hiPSC et permettre une production standardisée en grandes quantités, une équipe de chercheurs du Fraunhofer ISC de Würzburg a mis au point un incubateur dynamique et un bioréacteur à suspension qui peuvent être utilisés pour la culture à long terme de hiPSC dans le cadre de leurs travaux sur le projet SUSI (abréviation de "Suspension Incubator"). Il offre des conditions optimales, telles qu'une température de 37 degrés Celsius et une atmosphère saturée de 5 % deCO2, toutes deux nécessaires à la culture des cellules. L'un des éléments clés du bioréacteur est le rouet, un type d'agitateur qui effectue les tâches importantes de mélange, d'aération et de transfert de chaleur et de masse à l'intérieur du récipient en verre afin de créer des conditions homogènes au sein de la suspension cellulaire, permettant ainsi une propagation robuste et reproductible des cellules. "Nous nous concentrons sur le bien-être des cellules et avons conçu et construit tous les composants de notre bioréacteur dans cette optique", explique Thomas Schwarz, scientifique au Fraunhofer TLC-RT. Par exemple, un facteur crucial est la force de cisaillement qui affecte les cellules pendant le processus d'agitation de la culture. Les chercheurs ont utilisé des simulations logicielles pour calculer les paramètres optimaux pour la conception de la roue, ainsi que les paramètres de processus les plus efficaces. Des capteurs placés à l'intérieur du bioréacteur contrôlent ces paramètres en continu et en temps réel, ce qui garantit l'homogénéité de la culture de la suspension cellulaire, même avec de grandes quantités de cellules. Le récipient en verre dans lequel se trouve la roue à aubes est également évolutif, conformément à cette conception.
Des cellules cultivées pendant trois mois
Quatre vannes sont reliées entre elles pour créer une boucle fluidique qui transporte toutes les solutions liquides nécessaires à ces processus, comme le milieu de culture, dans un environnement stérile. Cela permet d'automatiser entièrement la propagation des hiPSC, en minimisant l'influence des interactions humaines. En outre, l'incubateur comprend également un microscope qui a été spécialement développé avec un partenaire. Il peut être utilisé pour surveiller automatiquement l'état du milieu de culture et de la suspension cellulaire afin de vérifier l'absence d'agglomération indésirable, qui se produit lorsque les cellules se regroupent. L'intelligence artificielle (IA) est également utilisée pour compter les cellules. Pendant le processus de culture, un réseau neuronal analyse la géométrie des cellules. "Notre système modulaire peut être étendu pour inclure des fonctions supplémentaires et se distingue par sa flexibilité et son haut degré d'automatisation, tout en permettant une manipulation contrôlée des cellules. La structure en boucle fermée et l'échange automatique des composants fluides empêchent toute contamination", explique M. Schwarz. Différents types de bioréacteurs peuvent être incorporés dans l'incubateur Fraunhofer TLC-RT, et l'équipement peut être réglé individuellement, une option qui n'est généralement pas offerte par les incubateurs conventionnels.
Les chercheurs ont réussi à utiliser le prototype de bioréacteur pour cultiver des cellules pendant une période de trois mois sans réduire leur potentiel de différenciation. Ils ont pu ajuster le système de manière à ce que différents types de différenciation cellulaire basés sur les cultures soient possibles - un pas en avant dans la technologie hiPSC.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Ivo Schwedhelm, Daniela Zdzieblo, Antje Appelt-Menzel, Constantin Berger, Tobias Schmitz, Bernhard Schuldt, Andre Franke, Franz-Josef Müller, Ole Pless, Thomas Schwarz, Philipp Wiedemann, Heike Walles, Jan Hansmann; "Automated real-time monitoring of human pluripotent stem cell aggregation in stirred tank reactors"; Scientific Reports, Volume 9, 2019-8-23
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