ES2340675T3 - Sistema modular de multiples minibiorreactores automatizados para screening multifuncional (hts) en biotecnologia. - Google Patents

Sistema modular de multiples minibiorreactores automatizados para screening multifuncional (hts) en biotecnologia. Download PDF

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Abstract

La presente invención de refiere a un método y un aparato para conseguir y mantener múltipées cultivos biológicos, con unas características ambientales similares a las de los biorreactores de mayor tamaño ( a partir de 1L) y con un grado de automatización de las medidas paredico al que se obtiene actualmente con las microplacas (1-2 mL). Las características ambientales incluyen como mínimo, medida y control de temperatura, agitación y aireación, medida y control de pH y oxígeno disuelto, y medida de la biomasa.

Description

Sistema modular de múltiples minibiorreactores automatizados para screening multifuncional (HTS) en biotecnología.
La presente invención se refiere a un método y un aparato para conseguir y mantener múltiples cultivos biológicos, con unas características ambientales similares a las de los biorreactores de mayor tamaño (a partir de 1 l) y con un grado de automatización de las medidas parecido al que se obtiene actualmente con las microplacas (1-2 ml). Las características ambientales pueden incluir medida y control de temperatura, agitación y aireación, medida y control de pH y oxígeno disuelto, y medida de la biomasa.
Estado de la técnica
La aplicación de la tecnología basada en la utilización de técnicas de genómica y proteómica y de química combinatoria está favoreciendo el desarrollo de organismos nuevos o mejorados, nuevas substancias y nuevos procesos. Las áreas de aplicación de estas técnicas son tan amplias como la biomedicina, biotecnología, industria alimentaria y medio ambiente, y sin duda irán en aumento en un futuro próximo, dado el potencial de esta tecnología. No debe tampoco olvidarse que todavía están por descubrir muchas capacidades en los organismos existentes. En este sentido, se deberá hacer frente a la capacidad de explorar, en tiempos razonables y con medios altamente tecnificados, automatizados y estandarizados, tanto el potencial de las diferentes células y enzimas naturales o modificados, como los efectos terapéuticos y/o tóxicos de las diferentes moléculas desarrolladas con las mencionadas técnicas. La denominación que han adquirido los sistemas que permiten esta exploración es la de High Throughput Screening (HTS).
El HTS en Biotecnología puede abordarse a distintos niveles y los sistemas existentes se adecuan a cada uno de ellos atendiendo a las necesidades específicas requeridas por el usuario final. Así, a nivel molecular, el interés se centra en permitir la realización de múltiples ensayos, normalmente de tipo enzimático, donde se suelen seguir múltiples actividades o metabolitos, en distintas fases del desarrollo de productos en Biotecnología, y más en particular en el área de las aplicaciones terapéuticas. En cambio, a nivel celular, las acciones se centran en la determinación mediante métodos manuales y visuales del efecto de los productos en fases clínicas o a ensayos sobre los efectos de diversos compuestos sobre el crecimiento y/o actividad celular.
Las tecnologías que se utilizan actualmente en los procesos de identificación y desarrollo de nuevas sustancias y procesos son por un lado elementos de cultivo de volumen pequeño (1-10 mL) que no permiten el control in situ de las variables críticas del proceso, y cuya monitorización mediante técnicas convencionales es cuando menos costosa en lo referente al tiempo requerido. Además dado el pequeño volumen de reacción, el número de muestras que se pueden extraer es reducido. Por tanto la implementación de sistemas de medida in situ y en línea supondría un claro avance en este campo.
Por otro lado, el uso de sistemas de medida en linea está restringido a biorreactores de escala de laboratorio (2-5 litros) y superiores. Sin embargo su elevado coste de compra, su coste de operación (ciertamente elevado si nos referimos en cultivos de células animales) y la necesidad de mano de obra ciertamente especializada dificulta el uso de baterías de biorreactores para el estudio de diferentes condiciones de cultivo/reacción para cada potencial producto de interés. Existe pues, un potencial vacío tecnológico que combine las capacidades de medida y control de un biorreactor con la escalabilidad de los pequeños sistemas de reacción/cultivo. Es este vacío el que la presente patente pretende cubrir.
En las etapas iniciales del desarrollo de nuevas substancias con actividad biológica o procesos biotecnológicos la determinación de parámetros como por ejemplo la concentración de oxígeno disuelto, el pH, la temperatura o la fuerza iónica del medio es de especial interés. Sin un claro conocimiento de sus valores y márgenes de variación durante los ensayos puede resultar poco menos que imposible reproducir las condiciones ambientales en las que éste se generó, haciendo poco menos que inviable el pase a posteriores etapas de desarrollo. El atractivo del concepto en que se basa este equipo es que en el HTS se podrán determinar las condiciones del proceso final.
Un estudio de los equipos existentes en el mercado revela que el producto con una mayor similitud con el que se presenta en lo que se refiere a su diseño y volumen, es un equipo que consta de diferentes viales cuyo potencial campo de aplicación consiste en la síntesis de compuestos según esquemas de química combinatoria. Sin embargo, su diseño no está orientado al uso de dichos viales como biorreactores.
Además del campo químico, en el campo médico también existen productos con ciertas similitudes al que se presenta, aunque en este caso las similitudes no sean tan de diseño como funcionales. Así, en el ámbito hospitalario hay equipos que se basan en placas de 1 o 6 pozos de cultivo (elementos típicos de laboratorio de cultivo) que se utilizan para mantener cultivos de determinadas muestras de tejido, lo cual se hace mediante la perfusión continua de medio a través de los pozos de cultivo dónde se encuentran los tejidos. Dichas placas precisan, sin embargo, de un equipamiento voluminoso (incubador) para mantener las condiciones de temperatura, humedad y composición atmosférica, y carecen de un sistema de monitorización en línea de las condiciones del cultivo.
WO2002/14539, en la que se basa el preámbulo de la reivindicación 1, describe una biorecator para realizar varios cultivos simultáneos en microbioreactores, con sensores ópticos para monitorizar las propiedades de los cultivos.
Descripción de la invención
De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se refiere a un dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1.
En una realización preferida, cada placa comprende además un agitador central del baño de termostatado.
Preferiblemente, la placa comprende una pluralidad de minibiorreactores individuales en disposición poligonal, con una zona central que facilita el termostatado común de dichos minibiorreactores.
La disposición geométrica centrosimétrica de los pocillos dentro de la placa asegura, por diseño, que el control global de temperatura puede realizarse de forma centralizada, asegurando la homogeneidad térmica de todos los minibiorreactores La forma poligonal permite el acoplamiento lateral de múltiples placas con el fin de formar macroconjuntos de minibiorreactores que serían acondicionados por un equipo común, con variación de los parámetros de cultivo individualmente o en grupos.
De acuerdo con una realización, el equipo se conecta a un sistema informático, mediante conexión dedicada o a través de una red telemática.
De este modo puede expandirse local o remotamente el sistema de manera indefinida para lograr el control de un número elevado de cultivos para aplicaciones de HTS.
En una realización, cada minibiorreactor comprende una tapa superior que incorpora un puerto óptico constituído por un tubo que penetra en el interior del minibiorreactor de manera que su extremo inferior está sumergido en un líquido contenido en dicho minibiorreactor.
Se evita así el efecto de las variaciones de nivel y de la condensación en las medidas ópticas que se realicen a través de dicho puerto óptico.
Se pueden situar sensores ópticos y fuentes de luz en el puerto óptico en la parte del fondo de la placa que se enfrenta a dicho puerto óptico y/o en la superficie lateral del recipiente.
Estos sensores tienen la finalidad de realizar medidas de absorción, reflexión, dispersión o fluorescencia del contenido del minibiorreactor.
También se pueden situar fibras ópticas o guías de luz en el puerto óptico, en la parte del fondo de la placa que se enfrenta a dicho puerto óptico y/o en la superficie lateral del recipiente.
Las fibras ópticas tienen la finalidad de realizar de forma remota medidas de absorción, reflexión, dispersión o fluorescencia del contenido del minibiorreactor.
En una realización se introduce un puerto adicional por la tapa superior de manera que el extremo de dicho puerto quede sumergido en el líquido, estando dicho extremo acabado por un filtro o membrana semipermeable.
Este puerto permite realizar medidas relacionadas con el contenido del minibiorreactor desde el exterior de éste y sin romper la barrera estéril.
Otras realizaciones prevén introducir un puerto adicional por la tapa superior de manera que el extremo de dicho puerto quede sumergido en el líquido, conteniendo dicho extremo sensores o microsensores.
Los sensores o microsensores permiten realizar medidas relacionadas con el contenido del minibiorreactor a partir de conexiones eléctricas realizadas desde el exterior de éste.
De acuerdo con una realización, el intercambio de calor entre el equipo y el baño de termostatado de la placa se lleva a cabo mediante una resistencia calefactora que está en contacto con una parte del perímetro exterior de la placa.
Alternativamente, el intercambio de calor entre el equipo y el baño de termostatado de la placa se lleva a cabo mediante una célula Peltier que está en contacto con una parte del perímetro exterior de la placa.
De acuerdo con otra realización, el intercambio de calor entre el equipo y el baño de termostatado de la placa se lleva a cabo mediante una resistencia calefactora que está inmersa en dicho baño.
En este caso, la resistencia formaría parte de la propia placa.
Otras realizaciones pueden prever que el intercambio de calor entre el equipo y el baño de la placa se lleve a cabo mediante calentamiento por radiofrecuencia llevado a cabo desde el exterior.
El aparato puede comprender una sonda de temperatura sumergida en el baño de termostatado.
La sonda permite medir de temperatura de dicho baño y llevar a cabo el control de ésta.
El aparato también puede comprender sondas de temperatura sumergidas en el contenido de uno o varios de los minibiorreactores.
El aparato también puede comprender un minibiorreactor adicional, rodeado igual que los demás minibiorreactores por el baño de termostatado, en el cual se sumerge una sonda de temperatura.
La sonda permite medir la temperatura del baño, con la ventaja que el minibiorreactor adicional puede tener forma y dimensiones distintas de los minibiorreactores, pudiendo no ser estéril.
En una realización, el aparato comprende un estátor situado debajo de cada uno de los elementos de agitación individual del contenido de los minibiorreactores, para la transmisión de energía a dichos elementos de agitación.
Alternativamente, el aparato comprende imanes giratorios situados debajo de cada uno de los elementos de agitación individual del contenido de los minibiorreactores, para la transmisión de energía a los distintos agitadores, girando dichos imanes gracias a un sistema mecánico de transmisión excitado por un motor eléctrico común. De acuerdo con otra variante, los imanes giran gracias a motores eléctricos individuales.
Preferiblemente, el aparato comprende un estátor o un imán giratorio situado debajo del agitador central del baño de termostatado, para la transmisión de energía a dicho agitador.
En una realización, el aparato comprende medios para provocar el giro del agitador del baño común de termostatado a partir de la secuenciación de las excitaciones a los minibiorreactores.
Cada minibiorreactor tiene un volumen de entre 5 y 25 ml.
En una realización, las placas son al menos en parte desechables; pueden estar formadas por una base realizada en material plástico y al menos una tapa realizada en material plástico u otro material transparente.
De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un método como se reivindica en la reivindicación 24.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se describe una realización concreta de la invención. En dichos dibujos:
las figuras 1a y 1b son vistas en planta de sendas realizaciones de una placa de acuerdo con la invenicón que contiene seis minibiorreactores, con perfil exterior circular y hexagonal, respectivamente;
las figuras 2a y 2b son vistas en sección vertical de una placa que contiene seis minibiorreactores y el sistema de agitación central, respectivamente soportado por la estructura o apoyado en el fondo;
las figuras 3a y 3b son vistas en planta y en sección vertical, respectivamente, de uno de los pocillos o minibiorreactores;
las figuras 4a y 4b son vistas en sección vertical (4a) y en planta, respectivamente, de una placa dispuesta en el interior de un equipo de acuerdo con una realización de la invención;
las figuras 5a y 5b son vista en perspectiva de una realización de un equipo que alberga una placa, representado con la tapa cerrada y sin tapa, respectivamente;
la figura 6 muestra un equipo de acuerdo con otra realización de la invención, que alberga siete placas, con un total de cuarenta y dos minibiorreactores;
las figuras 7a y 7b son vistas análogas a las figuras 5a y 5b, para el equipo de la figura 6; y
las figuras 8a y 8b muestran esquemas de conexión del equipo a un ordenador y a una red informática, respectivamente.
Descripción de una realización preferida
El aparato de acuerdo con una realización de la invención que se representa en los dibujos consta de dos partes claramente diferenciadas:
A.
Un recipiente cerrado 1, realizado en material plástico (en adelante, placa), cuyas características se aprecian en las figuras 1a, 1b, 2a y 2b, que alberga un cierto número de celdas o pocillos 2 (en adelante, minibiorreactores) de tamaño medio (5-25 ml), uno de los cuales se ha representado con detalle en las figuras 3a y 3b. La placa 1 puede ser de un solo uso y, una vez llenada con los líquidos de cultivo en un ambiente estéril, puede ser manipulada y transportada en un ambiente no estéril durante el resto del proceso.
B.
Un equipo o sistema de medida 3, representado en las figuras 5a, 5b, 7a y 7b, que alberga una o varias placas 1 en su interior y que proporciona las condiciones ambientales, comunes o individuales a los minibiorreactores 2. El equipo 3 proporciona también los sistemas de medida que permiten el seguimiento y control de los parámetros adecuados para cada tipo de cultivo biológico, de forma automática y respetando la barrera estéril establecida en la placa 1. El equipo 3 puede ser replicado de forma indefinida mediante su conexión a una red informática con el objeto de realizar, controlar y monitorizar un número elevado de ensayos, con variación de sus condiciones de reacción/crecimiento y con repetición de condiciones por grupos de minibiorreactores 2 o placas 1, si es necesario.
A continuación se describen con más detalle las diferentes partes del aparato y su funcionamiento.
Descripción de la placa
Como muestran las figuras 1a y 1b, una placa 1 puede contener seis minibiorreactores 2 y un sistema de agitación central 4.
Se resalta la simetría central de la placa 1, que permite mantener los pocillos 2 a la misma temperatura con un solo calefactor central 5 que calienta un baño común de termostatado 6, agitado por el citado sistema de agitación 4. Dicho baño 6 se llena a través de un tapón 7, que también puede estar situado en una tapa superior (no representada).
En la figura 1a la placa tiene perfil exterior circular, mientras que en la variante de realización representada en la figura 2b el perfil es hexagonal. El perímetro admite diversas formas; la forma poligonal permite encajar lateralmente varias placas 1 formando un conjunto compacto de múltiples pocillos 2 (cuarenta y dos en el caso de placas hexagonales de seis pocillos).
En la vista en sección vertical de la figura 2a se aprecia una placa 1 dotada de un sistema de agitación central 4 que está soportado por la estructura; la figura muestra los minibiorreactores o pocillos 2 rodeados lateralmente por el baño de termostatado 6, el agitador central 4 y unos accesos superiores e inferiores 8 a través de los cuales se proporciona, como se explicará más adelante, el intercambio de calor al baño 6 y la energía al agitador central 4.
En una variante, representada en la figura 2a, el sistema de agitación 4 está apoyado en el fondo de la placa 1, y únicamente se prevé un acceso superior 8.
Las figuras 3a y 3b muestran con más detalle uno de los pocillos o minibiorreactores 2, en planta y en sección vertical.
El minibiorreactor 2 comprende un puerto óptico 21, que permite la realización de medidas por transmisión o reflexión a través de su ventana inferior 22, que se mantiene siempre sumergida por debajo del nivel del líquido 23, proporcionando así un camino óptico de longitud independiente del nivel.
El minibiorreactor 2 presenta asimismo tubos de entrada y salida de gases 24, un septum 25 de llenado, inoculación y eventual aporte y drenaje de líquidos, un puerto opcional 26, inicialmente no perforado, que permitiría la adición de sondas o microsondas no ópticas, y un rotor 27 de un agitador magnético.
En definitiva la placa alberga, como se ha dicho, un cierto número de minibiorreactores (por ejemplo, seis), siendo cada uno de ellos estanco respecto al ambiente, a los demás pocillos y a un baño que permite su termostatado común. La disposición geométrica centrosimétrica de los pocillos dentro de la placa asegura, por diseño, que el control global de temperatura puede realizarse de forma centralizada, asegurando la homogeneidad térmica de cada una de los minibiorreactores. Cada minibiorreactor incluye también un elemento de agitación individual, para permitir la homogeneización de su contenido. La energía necesaria para proporcionar el movimiento a dicho elemento se proporcionará, sin contacto, desde el exterior. Los minibiorreactores tendrán además, puertos de acceso para la entrada y salida de gases con el objeto de proporcionar la adecuada presión parcial de oxígeno al cultivo, así como de otros gases si fuera necesario. La esterilidad de dicho acceso se asegurará mediante filtros conectados a dichos puertos. El llenado, inoculación y, en caso de ser necesario, toma de muestras de los minibiorreactores se realizará a través de un tercer puerto mediante un cierre de tipo septum. Para procesos continuos o feedbatch puede usarse dicho septum para introducir cánulas que aporten y drenen líquidos a lo largo del crecimiento.
Las medidas de los parámetros del cultivo se llevarán a cabo desde el exterior, sin interferir con la barrera estéril de la placa. Los posibles métodos de medida contemplados son los siguientes:
- Acceso óptico al contenido de cada minibiorreactor, a partir de sus paredes o de partes transparentes de éstas.
- Acceso eléctrico a los contactos exteriores de sensores o microsensores dispuestos en el interior de los minibiorreactores antes del proceso de esterilización.
- Medidas realizadas desde el exterior sobre líquidos sujetos a intercambio iónico con el contenido del biorreactor a través de membranas que mantengan la barrera estéril.
El volumen de la placa que corresponde al exterior de los minibiorreactores, se llenará con un líquido (por ejemplo, agua) no necesariamente estéril. La agitación de este líquido se proporcionará desde el exterior de una forma similar a la agitación del contenido de los biorreactores. Se aportará o drenará calor de dicho líquido, también desde el exterior, para conseguir la homogeneización térmica del baño y del contenido de los pocillos.
La placa en su conjunto o, como mínimo, la parte de ella que estará en contacto con el medio de cultivo, será desechable y se presentará, ya esterilizada, en el interior de una bolsa o sobre estancos, con lo que pasa a ser un consumible para el usuario. Su llenado, inoculación y conexión a los filtros no precisan de otro utillaje que una cámara de flujo laminar y son los únicos procesos que deben ser realizados en una zona estéril.
Descripción del equipo
En las figuras 4a y 4b se representa, en sección vertical y en planta, una placa 1 como la que se ha descrito, situada en el interior de un equipo 3; este equipo presenta subsistemas que dan servicio a la placa (para suministrar energía y calor a la placa, así como sistemas de medida y control), y se aloja a su vez en una caja exterior 9.
La caja exterior 9 puede albergar las diversas partes del equipo 3 y la placa 1 de minibiorreactores 2, y también un sistema de adquisición de datos y control (no representado en las figuras 4a,4b), aunque éste puede también estar situado en el exterior de la caja 9 y conectado a ésta mediante cables.
Al cerrarse la tapa de la caja exterior 9, se facilita el alineamiento y conexión de los diversos subsistemas a la placa 1.
Las distintas tramas de las figuras 4a, 4b permiten identificar la posición de los subsistemas del equipo 3 que proporcionan el intercambio de calor al baño de termostatado 6 de la placa 1 y la energía al agitador central 4 de dicho baño y a los agitadores 27 de cada pocillo 2, así como los sensores ópticos (parte inferior de la placa 1 y puerto óptico 21) o bien otro tipo de sensores o microsensores. En la figura 4b se puede observar como la disposición con simetría central de los pocillos facilita la separación de los diversos subsistemas en coronas circulares.
La forma exterior del equipo 3 se representa, en una posible variante de realización, en la figura 5a: comprende una base 31 en la cual se aloja una placa 1 (figura 5b), que queda cerrada por una tapa 32.
Como se puede ver en la vista en planta de la figura 6, también se puede diseñar un equipo que albergue varias placas 1 de perímetro poligonal: en la figura se aprecia una disposición de siete placas 1 (un total de cuarenta y dos minibiorreactores) dentro de un único equipo. El perímetro del equipo, en este caso, puede ser hexagonal 3' o circular 3''.
En general, disponiendo m placas 1 de perímetro poligonal con n pocillos cada una pueden así formarse macroplacas de n x m pocillos 2.
Los pocillos 2 de cada placa 1 estarán a la misma temperatura, de manera que el sistema permite obtener m experimentos a temperaturas distintas con n réplicas cada uno.
Las figuras 7a y 7b son análogas a las figuras 5a y 5b, para una realización del equipo 3 con siete placas 1 de seis pocillos 2 cada una.
En definitiva, el equipo o sistema de medida externo albergará una o más placas en su interior, que serán introducidas mediante la abertura de una o más partes de dicho equipo. Sus funciones serán las siguientes:
-
Intercambio controlado de calor con el baño que termostata a los n minibiorreactores simultáneamente.
-
Transmisión de energía a los n agitadores individuales.
-
Intercambio de gases a través de filtros estériles con aireación del cultivo por el cabezal o mediante un tubo que penetre en el interior del líquido. Podrá controlarse la aireación de cada pozuelo separadamente.
-
Monitorización no invasiva y/o control de los parámetros de los cultivos. Como ejemplos, pH, densidad óptica (concentración celular) y oxígeno disuelto en cada pozo por separado.
-
Posibilidad de aporte y drenaje de líquidos
-
Posibilidad de incorporación de otras sondas y biosensores.
-
Posibilidad de personalización del sistema para aplicaciones particulares.
Conexión a un sistema de control y funcionamiento
En la figura 8a, un equipo 3, conteniendo una sola placa o un conjunto de m placas se conecta a un ordenador o sistema de control 10 que gestionará los parámetros de configuración y control de los subsistemas y recogerá los datos de las mediciones. La conexión entre ambos se realiza mediante un cable 11 que se adapte a un protocolo estándar de transmisión de datos o bien mediante una conexión hecha a medida, que contemple tanto la transmisión de datos como de señales.
En la figura 8b, una serie de equipos 3, conteniendo cualquier combinación de placas o conjuntos de placas se conecta a un ordenador o sistema de control 10 que gestionará los parámetros de configuración y control de los subsistemas y recogerá los datos de las mediciones. La conexión entre las partes se realiza mediante cables 12 que conectan los sistemas a una red telemática 13, con la posibilidad de integrar equipos y/o ordenadores remotos a través de una conexión 14 a una red externa 15.
En definitiva, el equipo se podrá conectar a un sistema informático, mediante conexión dedicada o a través de una red telemática. El software de control permitirá la conexión de un número suficiente de equipos tal que proporcione capacidad de control automático del número elevado de cultivos necesario para la aplicación del sistema en HTS.
El sistema de gestión de todo el conjunto de biorreactores fijaría las consignas de control de cada unidad y monitorizaría la evolución de los parámetros de cada minibiorreactor y su respuesta a los posibles estímulos aplicados. La propuesta consiste, pues, en la aplicación de las capacidades y versatilidad de un equipo compuesto de una batería de minibiorreactores, de pequeño volumen, fabricados en piezas de plástico y equipados con microsondas, para realizar múltiples pruebas de forma simultánea en el desarrollo de procesos y productos biotecnológicos. Un aspecto importante es que el equipo es de tipo modular, es decir, que las placas que constan de n minibiorreactores, podrán ser multiplicadas m veces en función del número de pruebas y la velocidad a que se tengan que realizar en la aplicación final.
La medida de las actividades biológicas y enzimáticas propias, generadas por modificaciones genéticas o inducidas por diferentes sustancias es, pues, de gran importancia para informar y valorar el objeto investigado y establecer las correspondientes correlaciones con respecto a actividades, propiedades y posibilidades de aplicación de las diferentes substancias o procesos explotables a nivel industrial. Cabe decir que las variables biológicas más relevantes en que se centrará el seguimiento del cultivo en el equipo propuesto son la medida de concentración celular (mediante sistemas ópticos de absorción o refracción de la luz) y la medida de la actividad celular (a partir de medidas de consumo de oxigeno). El sistema de medida de ambas variables permitirá seguir la respuesta de los cultivos a diferentes condiciones cambiantes del entorno fisicoquímico de los organismos en cultivo y de perturbaciones en ellas a través de la adición de substancias con efectos fisiológicos, bien efectos potenciadores del crecimiento o, por el contrario, con efectos tóxicos para el desarrollo de los cultivos. Asimismo el sistema también permitirá la posibilidad del seguimiento de reacciones catalizadas por enzimas, producidos por las propias células cultivadas en el sistema bajo distintas condiciones controladas, como de enzimas o sistemas multienzimáticos en condiciones in vitro. Además, el sistema podrá incorporar todos aquellos elementos de medida y control necesarios para el desarrollo del cultivo en condiciones óptimas (pH, temperatura, concentración de oxígeno disuelto, agitación, conductividad y osmolaridad).

Claims (24)

1. Aparato para la realización simultánea y automatizada de un número elevado de cultivos biológicos en pequeño volumen y con condiciones controladas, similares a las que pueden obtenerse con biorreactores de gran escala, que comprende:
al menos una placa (1) de material plástico u otro material transparente, que comprende una pluralidad de minibiorreactores (2) para el cultivo en condiciones estériles, incluyendo cada minibiorreactor (2) un elemento de agitación individual (27) para permitir la homogeneización de su contenido,
caracterizado por el hecho de que cada minibioreactor (2) tiene un volumen de entre 5 y 25 ml y es estanco respecto al ambiente, a los demás minibiorreactores (2) y a un baño de termostatado común (6), e incluye puntos de acceso estériles (21,24,25,26) que permiten el llenado, inoculación, intercambio de gases, intercambio de líquidos y medida de parámetros; y por el hecho de que comprende además
un equipo (3) destinado a albergar al menos una placa (1) en su interior, introduciéndose las placas (1) a través de la apertura de al menos una parte de dicho equipo (3), comprendiendo dicho equipo (3) medios para el intercambio controlado de calor con el baño de termostatado (6), medios para la transmisión de energía a los elementos de agitación individuales (27), medios para el intercambio de gases a través de filtros estériles y medios para la monitorización no invasiva y/o para el control de los parámetros de los cultivos, donde dichos medios para el intercambio de gases y dichos medios para la monitorización y/o para el control de los parámetros de los cultivos comprenden sondas individuales y conexiones para cada minibioreactor, que pueden acoplarse simultáneamente con dichos puntos de acceso estériles del minibioreactor.
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2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada placa (1) comprende además un agitador central (4) del baño de termostatado (6).
3. Aparato según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que la placa (1) comprende una pluralidad de minibiorreactores (2) individuales en disposición poligonal, con una zona central que facilita el termostatado común de dichos minibiorreactores (2).
4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el equipo (3) se conecta a un sistema informático (10,15), mediante conexión dedicada o a través de una red telemática.
5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cada minibiorreactor (2) comprende una tapa superior que incorpora un puerto óptico (21) constituido por un tubo que penetra en el interior del minibiorreactor de manera que su extremo inferior (22) está sumergido en un líquido (23) contenido en dicho minibiorreactor (2).
6. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que se sitúan sensores ópticos y fuentes de luz en el puerto óptico (21) en la parte del fondo de la placa (1) que se enfrenta a dicho puerto óptico (21) y/o en la superficie lateral del recipiente.
7. Aparato según las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado por el hecho de que se sitúan fibras ópticas o guías de luz en el puerto óptico (21), en la parte del fondo de la placa (1) que se enfrenta a dicho puerto óptico (21) y/o en la superficie lateral del recipiente.
8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por el hecho de que se introduce un puerto adicional (26) por la tapa superior de manera que el extremo de dicho puerto quede sumergido en el líquido (23), estando dicho extremo acabado por un filtro o membrana semipermeable.
9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por el hecho de que se introduce un puerto adicional (26) por la tapa superior de manera que el extremo de dicho puerto quede sumergido en el líquido (23), conteniendo dicho extremo sensores o microsensores.
10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que el intercambio de calor entre el equipo (3) y el baño de termostatado (6) de la placa (1) se lleva a cabo mediante una resistencia calefactora que está en contacto con una parte del perímetro exterior de la placa (1).
11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que el intercambio de calor entre el equipo (3) y el baño de termostatado (6) de la placa (1) se lleva a cabo mediante una célula Peltier que está en contacto con una parte del perímetro exterior de la placa (1).
12. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que el intercambio de calor entre el equipo (3) y el baño de termostatado (6) de la placa (1) se lleva a cabo mediante una resistencia calefactora que está inmersa en dicho baño (6).
13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que el intercambio de calor entre el equipo (3) y el baño (6) de la placa (1) se lleva a cabo mediante calentamiento por radiofrecuencia llevado a cabo desde el exterior.
14. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que comprende una sonda de temperatura sumergida en el baño de termostatado (6).
15. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que comprende sondas de temperatura sumergidas en el contenido (23) de uno o varios de los minibiorreactores (2).
16. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por el hecho de que comprende un minibiorreactor adicional, rodeado igual que los demás minibiorreactores (2) por el baño de termostatado (6), en el cual se sumerge una sonda de temperatura.
17. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por el hecho de que comprende un estátor situado debajo de cada uno de los elementos de agitación individual (27) del contenido de los minibiorreactores (2), para la transmisión de energía a dichos elementos de agitación (27).
18. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por el hecho de que comprende imanes giratorios situados debajo de cada uno de los elementos de agitación individual (27) del contenido de los minibiorreactores (2), para la transmisión de energía a los distintos agitadores (27), girando dichos imanes gracias a un sistema mecánico de transmisión excitado por un motor eléctrico común.
19. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por el hecho de que comprende imanes giratorios situados debajo de cada uno de los elementos de agitación individual (27) del contenido de los minibiorreactores (2), para la transmisión de energía a los distintos agitadores (27), girando dichos imanes gracias a motores eléctricos individuales.
20. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 19, caracterizado por el hecho de que comprende un estátor o un imán giratorio situado debajo del agitador central (4) del baño de termostatado (6), para la transmisión de energía a dicho agitador (4).
21. Aparato según la reivindicación 2 y cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado por el hecho de que comprende medios para provocar el giro del agitador (4) del baño común de termostatado (6) a partir de la secuenciación de las excitaciones a los minibiorreactores (2).
22. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las placas (1) son al menos en parte desechables.
23. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las placas (1) están formadas por una base realizada en material plástico y al menos una tapa realizada en material plástico u otro material transparente.
24. Método para la realización simultánea y automatizada de un número elevado de cultivos biológicos en pequeño volumen y con condiciones controladas, de manera que dichas condiciones sean similares a las que pueden obtenerse con biorreactores de gran escala, que comprende:
realizar cultivos en condiciones estériles en una pluralidad de minibiorreactores (2) dispuestos en al menos una placa (1) de material plástico u otro material transparente, comprendiendo cada minibiorreactor (2) un elemento de agitación individual (27) para permitir la homogeneización de su contenido,
caracterizado por el hecho de que cada minibiorreactor (2) tiene un volumen de entre 5 y 25 ml, y cada uno de dichos minibioreactores es estanco respecto al ambiente, a los demás minibiorreactores (2) y a un baño de termostatado común (6), e incluye puntos de acceso estériles (21,24,25,26) que permiten el llenado, inoculación, intercambio de gases, intercambio de líquidos y medida de parámetros; y por el hecho de que el método comprende además
introducir al menos una placa (1) en el interior de un equipo (3) que comprende medios para el intercambio controlado de calor con el baño de termostatado (6), medios para la transmisión de energía a los elementos de agitación individuales (27), medios para el intercambio de gases a través de filtros estériles y medios para la monitorización no invasiva y/o control de los parámetros de los cultivos, donde dichos medios para el intercambio de gases y dichos medios para la monitorización y/o el control de los parámetros de los cultivos comprenden sondas individuales y conexiones para cada minibioreactor, que pueden acoplarse simultáneamente con dichos puntos de acceso estériles del minibioreactor; y
monitorizar de forma no invasiva y/o controlar los parámetros de los cultivos.
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