ES2341975T3 - Biorreactor para estudiar los efectos de estimulos impuestos sobre la actividad celular. - Google Patents
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Abstract
Un biorreactor para monitorizar la actividad celular en presencia de estímulos físico-químicos, que comprende: - al menos una cámara (2) de cultivo que tiene una entrada y una salida; - una cámara (1) de premezcla, separada de dicha al menos una cámara de cultivo, para preparar un medio de cultivo; - un circuito (4, 3) conectado a dicha entrada y a dicha salida y que comprende dicha cámara de premezcla; - medios para conducir de forma controlada dicho medio de cultivo a través de dicho circuito; - medios para generar al menos un estímulo físico-químico que tiene que ser aplicado a las células que están siendo probadas, estando seleccionado dicho estímulo del grupo de temperatura, pH, presión o una combinación de los mismos; - medios para controlar (51) dichos medios para generar al menos un estímulo físico-químico, de forma que dicho estímulo, o cada uno de ellos, alcanza valores predeterminados.
Description
Biorreactor para estudiar los efectos de
estímulos impuestos sobre la actividad celular.
La presente invención versa acerca de un
biorreactor para estudiar los efectos de estímulos de naturaleza
física, química, mecánica y electromagnética sobre la actividad
celular, para aplicaciones en muchos campos entre los que figuran:
en ingeniería de tejido para el desarrollo de construcciones
biológicas; en el campo industrial para "pruebas"
farmacológicas, y en el campo cosmético para estudiar reacciones
alérgicas a los productos desarrollados.
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Es bien conocido que cada tejido biológico
durante su evolución y su actividad normal está sometido a estímulos
físicos y químicos que determinan tanto su estado patológico como
fisiológico y afectan a su función normal. Para este fin, se han
intentado conseguir sistemas que son capaces de reproducir estímulos
físicos o químicos para estudiar su influencia sobre la actividad
celular normal.
En la actualidad, se conocen sistemas reales que
reproducen un estímulo de presión, para estudiar la influencia
sobre las células ganglionares o endoteliales. Otros sistemas
conocidos reproducen un flujo laminar, o flujo turbulento, para
estimular la permeación de nutrientes a través de la membrana
celular, como ocurre normalmente en cualquier tejido biológico
debido al flujo sanguíneo.
Con respecto a un cultivo celular isobárico se
conocen dos sistemas:
- -
- un primer sistema estudia las conexiones entre el aumento de la presión y la apoptosis en células ganglionares. Consiste en una cámara especial de cultivo que es llevada hasta presiones elevadas y se monitoriza por medio de un esfigmomanómetro de mercurio. La atmósfera en la cámara consiste en un 5% de mezcla de CO_{2} y la temperatura se mantiene constante en 37ºC;
- -
- otro sistema estudia las conexiones entre la variación de presión y la liberación de endotelina 1. Consiste en una placa de cultivo celular con 24 cámaras, revestidas con cinta adhesiva con la que está sellado el borde superior de la placa, y se practica un agujero en cada cámara donde se aplica la presión predeterminada y se monitoriza por medio de una válvula de presión conectada a un esfigmomanómetro.
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También existen los denominados biorreactores de
flujo, que proporcionan una cámara para el cultivo celular que está
dispuesta en serie con un sistema de flujo de nutrientes. Las
aplicaciones de dichos biorreactores son diversas, tal como el
estudio de patologías, la regeneración de tejidos cardiomusculares,
el desarrollo de sustitutos funcionales hepáticos, la regeneración
y la prueba de cartílago.
Se han estudiado los biorreactores de flujo para
cultivos de densidad elevada. De hecho, el flujo de nutrientes que
pasa a través de un biorreactor permite una perfusión mucho más
fácil de los mismos y una eliminación más eficaz de los catabolitos
celulares. Estos sistemas aumentan la velocidad de crecimiento de
monocapas celulares hasta una confluencia del 100% hasta el 200% y
optimizan la función, la morfología y la diferenciación de las
células.
En el mercado, los diversos biorreactores
difieren entre sí esencialmente para una variedad de tipos de las
cámaras de cultivo:
- -
- "Sistema oscilante de cultivo", consiste en una base fija con una placa oscilante y una bolsa de cultivo en la que fluye una mezcla gaseosa a través de conectores especiales en la parte superior de la bolsa. Se consigue el movimiento de la masa y del gas, al igual que de la mezcla en el medio de cultivo, por medio de la oscilación de la placa. Los efectos de las ondas generadas en la superficie y de la turbulencia provocan un aumento considerable del coeficiente de transferencia volumétrica de nutrientes con respecto a un cultivo estático.
- -
- "Sistema de biorreactor giratorio" tiene matraces con cuchillas girables que provocan la perfusión de oxígeno y la distribución de los nutrientes. Para controlar el pH y la temperatura es necesario meter el sistema en una incubadora.
- -
- "Biorreactor giratorio de elevación por aire", que adopta un sistema para inmovilizar las células que consiste en discos porosos conectados entre sí por medio de una pieza rígida fabricada de acero.
- -
- "Sistema giratorio de cultivo celular" también denominado de pared giratoria, tiene una cámara cilíndrica giratoria que contiene una membrana cilíndrica que gira conjuntamente, para intercambiar el gas y para una oxigenación.
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- -
- "Biorreactor de elevación por aire", consiste en una cámara alargada dispuesta hasta una posición vertical, en cuya parte inferior se introduce la mezcla de gas. El gas insertado desde abajo provoca la reducción de la densidad del líquido contenido en el tubo. Esto provoca una circulación del medio de cultivo a través del tubo interno hacia la zona más externa del tubo.
- -
- "Biorreactor de fibra hueca", tiene una red de capilares artificiales semipermeables que, una vez empapados por el medio de cultivo para unos fenómenos difusivos, suministra oxígeno a las células, tomando nutrientes y eliminando los catabolitos de las vías metabólicas celulares, al igual que limpiando otros inhibidores del crecimiento celular.
- -
- "Sistema de perfusión de lecho plano", comprende una cámara plana que contiene cocultivos de estroma, es decir, una malla de fibras conectivas normalmente de naturaleza reticular. Se perfunde la célula mediante el medio de cultivo.
- -
- "Tanque agitado". Este dispositivo tiene un motor eléctrico que gira algunas cuchillas que tienen una geometría y una disposición variables. Son muy similares a los "Giratorios" y permiten cultivos con "microtransportadores" o cultivos en suspensión. Se mantienen inmóviles las cuchillas por medio de una pieza de acero durante una etapa de decantación o durante la intervención de un operador, para evitar el daño de las células o de los "microtransportadores".
- -
- "Análogo de cultivo microcelular", consiste en una cámara de microcultivo fabricada mediante litografía estándar y técnicas de "ataque químico" y tiene microcámaras que están dispuestas en serie con distintos cultivos celulares para analizar el efecto de un mismo fármaco sobre distintas células para estudiar su farmacocinéti- ca.
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El límite principal de estos sistemas es que no
son autónomos, dado que requieren una incubadora para garantizar
unos valores requeridos de pH y de temperatura en la cámara. La
presencia de la incubadora no permite, en particular, el uso de un
ordenador para seguir en tiempo real el cambio progresivo de los
parámetros para ajustarlos durante el experimento.
También existen biorreactores en los que la
presencia de una incubadora no es necesaria; sin embargo, la
estructura de la cámara para el cultivo de células no permite
seguir el experimento en tiempo real, por medio de un microscopio
óptico y/o fluorescencia, y luego determinar el desarrollo de los
procesos celulares.
En conclusión, en la actualidad no existen
biorreactores autónomos que sean capaces al mismo tiempo de mantener
la presión, el pH y la temperatura en una cámara de cultivo y
cambiarlos rápidamente de forma controlada, al igual que capaces de
generar en las celdillas un flujo constante del medio de cultivo,
con la posibilidad de observar en tiempo real lo que está pasando
en el interior.
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Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un dispositivo con las funciones de un biorreactor que
utiliza cámaras de cultivo que son fácilmente moldeables y
conformables, y que permite el uso de transductores y reguladores,
para monitorizar en tiempo real lo que ocurre en una cámara de
cultivo y para ajustar los parámetros y los estímulos
físico-químicos que están simulando las condiciones
fisiológicas y/o patológicas.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un
dispositivo con la función de biorreactor en el que hay presente un
flujo de medio de cultivo que permite una reducción de la cantidad
de medio de cultivo utilizado para cada experimento que es desde 10
a 30 veces menor con respecto a otros dispositivos presentes en el
mercado, con ahorros considerables con respecto tanto a la cantidad
de medio de cultivo como a los análisis de las sustancias
contenidas en el mismo.
Una característica adicional de la presente
invención es proporcionar un biorreactor que tiene medios para
conducir el medio de cultivo en las cámaras de cultivo que no dañan
las células ni los agregados celulares, no tiene medios para
agitar, burbujear gas ni piezas móviles mecánicas en la cámara de
cultivo.
Se consiguen estos y otros objetivos por medio
de un biorreactor para monitorizar la actividad celular en
presencia de estímulos físicos, químicos, que comprende
- -
- al menos una cámara de cultivo que tiene una entrada y una salida;
- -
- una cámara de premezcla, separada de dicha al menos una cámara de cultivo, para preparar un medio de cultivo;
- -
- un circuito conectado a dicha entrada y a dicha salida y que comprende dicha cámara de premezcla;
- -
- medios para conducir de forma controlada dicho medio de cultivo a través de dicho circuito;
\newpage
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- -
- medios para generar al menos un estímulo físico-químico que tiene que ser aplicado a las células que están siendo probadas, estando seleccionado dicho estímulo del grupo de: temperatura, pH, presión o una combinación de los mismos;
- -
- medios para controlar dicho medio para generar al menos un estímulo físico-químico, de forma que dicho estímulo, o cada uno de ellos, alcanza valores predeterminados.
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De forma ventajosa, dicho medio para controlar
comprende un software especialmente desarrollado, que por
medio de una interfaz gráfica que es fácil de operar por cada
usuario permite tanto ajustar los parámetros del experimento como
observar en tiempo real lo que ocurre con las células.
De esta forma, se permite un análisis en tiempo
real de una cámara de cultivo sin tener la necesidad de utilizar
una incubadora que rodee la cámara de cultivo.
En particular, dicha cámara de cultivo está
fabricada de caucho de silicona y está formada de tal manera que se
crea un flujo laminar deseado del medio de cultivo, que puede ser
esbozado por un programa de diseño ayudado por ordenador.
Preferentemente, dicha celdilla está constituida
de al menos dos piezas que se solapan, en las que al menos una
tiene un rebaje de tal forma que una vez se ha solapado con la otra
se proporciona un conducto para el medio de cultivo.
De forma ventajosa, a lo largo de dicho conducto
para el medio de cultivo al menos una de dichas piezas que pueden
solaparse proporciona una placa de vidrio para laboratorios, para
permitir una observación con microscopio de las células
implantadas. Dichas dos piezas que pueden solaparse pueden estar
apretadas una encima de la otra por medio de dos placas rígidas que
se mantienen juntas mediante un medio de acoplamiento soltable.
Preferentemente, dicho medio para conducir de
forma controlada dicho medio de cultivo a través de dicha cámara de
cultivo comprende:
- -
- un conducto de entrada y de salida que se comunica con dicha cámara de cultivo, para formar un circuito cerrado con una cámara de premezcla separada;
- -
- una bomba peristáltica instalada a lo largo de dicho conducto;
- -
- un punto de introducción para fármacos u otras sustancias que aumentan o inhiben la actividad celular dispuesto corriente arriba de la cámara de cultivo;
- -
- un punto de muestreo corriente abajo de la cámara de cultivo para tomar muestras para ser analizadas;
- -
- un sensor de temperatura dispuesto corriente arriba de la cámara de cultivo.
\vskip1.000000\baselineskip
En particular, dicha cámara de premezcla
comprende:
- -
- un recipiente de material inerte;
- -
- un tapón de material inerte;
- -
- medios para medir de forma operativa los parámetros fisiológicos del medio de cultivo.
\vskip1.000000\baselineskip
Preferentemente, dicho recipiente de material
inerte está formado como un matraz de vidrio.
De forma ventajosa, el medio para medir de forma
operativa los parámetros fisiológicos del medio de cultivo puede
comprender:
- -
- un sensor de pH sumergido en el medio de cultivo presente en dicha cámara de premezcla;
- -
- un sensor de presión para medir la presión en dicha cámara de premezcla;
- -
- sensores para medir la especie química tal como O_{2}, CO_{2}, NO, etc.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma ventajosa, en la cámara de premezcla, y
en la parte inferior de la misma, hay presente una estructura
cóncava troncocónica en la que está dispuesto dicho sensor pH, para
preservarlo de un contacto directo con posibles burbujas de gas,
que es introducido en dicha cámara de premezcla para ajustar el
flujo de medio de cultivo y mantenerlo a un pH predeterminado.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Preferentemente, se proporcionan un medio para
ajustar de forma operativa los parámetros fisiológicos del medio de
cultivo que comprende:
- -
- conductos de entrada/salida para un gas, por ejemplo aire o CO_{2}, hacia el interior de dicha cámara de premezcla o desde la misma para cambiar su pH y la presión;
- -
- un flujo de fluido regulado por termostato en un conducto que rodea dicha cámara de premezcla, para cambiar su temperatura.
\vskip1.000000\baselineskip
Preferentemente, el medio para monitorizar y
controlar los estímulos físico-químicos aplicados a
las células en la cámara de cultivo están seleccionados del grupo
constituido por:
- -
- un sensor óptico para detectar burbujas en la cámara de cultivo de células;
- -
- un sensor para detectar la deformación y tensiones mecánicas.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma ventajosa, se pueden conectar varias
cámaras de cultivo por medio de conductos de longitud predeterminada
para estimular el comportamiento de órganos biológicos incluso
complejos, de forma que las células contenidas en las cámaras que
están dispuestas corriente arriba producen metabolitos que,
transportados por el medio de cultivo, alimentan las células
contenidas en las cámaras que están dispuestas corriente abajo.
De forma ventajosa, se integran más cámaras
conectadas entre sí en un único soporte miniaturizado, en particular
de material rígido, creando un circuito para el flujo de medio de
cultivo que alimenta, de forma predeterminada y en sucesión, todas
las cámaras de cultivo.
De forma ventajosa, dicho soporte de material
rígido está fabricado mediante un procedimiento de microformación,
en particular, mediante fotolitografía y/o electroerosión.
De forma ventajosa, dicho soporte bloquea las
celdillas y los conductos con al menos una placa de vidrio de
material transparente, lo que permite la observación con microscopio
del desarrollo de las células contenidas en las cámaras.
De forma ventajosa, se pueden operar dichos
conductos de entrada y de salida de gas hacia el interior de dicha
cámara de premezcla o desde la misma por medio de electroválvulas
accionadas por una unidad de control eléctrico.
Preferentemente, el biorreactor utiliza una
unidad de control electrónico para amplificar y filtrar las señales
eléctricas que llegan de los sensores, para medir dichos parámetros
fisiológicos del medio de cultivo, y que está ubicada aparte de
dicha unidad de control eléctrico de accionamiento para las
electroválvulas, para evitar interferencias electromagnéticas.
\vskip1.000000\baselineskip
Se mostrará ahora la invención con la siguiente
descripción de una realización ejemplar de la misma, ejemplificante
pero no limitante, con referencia a los dibujos adjuntos en los
que:
- la figura 1 muestra el biorreactor con los
dispositivos conectados al mismo para medir y ajustar desde afuera
todos los parámetros biológicos y físicos de interés;
- la figura 2 muestra una vista despiezada de la
cámara de premezcla para el medio de cultivo;
- las figuras 3 y 4 muestran respectivamente una
vista despiezada en perspectiva y una vista en corte transversal de
una realización ejemplar de la cámara de cultivo;
- la figura 4 muestra una vista en corte
transversal de la cámara de cultivo;
- las figuras 5 y 6 muestran respectivamente una
vista despiezada de la disposición de montaje y un corte transversal
de otra realización ejemplar de la cámara de cultivo;
- la figura 7 muestra una sucesión de dos
cámaras de cultivo en serie;
- la figura 8 muestra una aplicación de un
conjunto de cámaras de cultivo conectadas en serie y en paralelo
que simulan la operación de un aparato biológico.
En la figura 1 se muestra una vista compuesta de
un biorreactor para estudiar los efectos de estímulos físicos,
químicos, mecánicos y electromagnéticos sobre la actividad
celular.
En particular, el dispositivo utiliza una cámara
1 de premezcla dotada de sensores que tiene la misión de preparar
un medio de cultivo que se utiliza para alimentar las células, que
están dispuestas en una cámara 2 de cultivo, para observar en su
momento el desarrollo de las células por medio de un microscopio 40.
Se transmiten las señales en la salida de los sensores a una unidad
50 de control de amplificación y de filtración de señales, que
transmite las señales tratadas a un ordenador 52 que las guarda por
medio de una placa de I/O de adquisición de datos.
Dicho ordenador está conectado a una unidad 51
de control que acciona electroválvulas 20, 21 y 22, que ajustan la
introducción de aire y de dióxido de carbono en la cámara de
premezcla. Dicha unidad 51 de control está conectada a la unidad 50
de control por medio de un cable eléctrico 53, para eliminar la
interferencia de la red de suministro eléctrico con el sistema de
amplificación y de filtración de señales.
Se saca el medio de cultivo de la cámara 1 de
premezcla por medio del conducto 4 y se ajusta su flujo por medio
de una bomba peristáltica 30. Entonces, el medio de cultivo cruza la
cámara 2 de cultivo y continúa su recorrido a través del conducto
3, volviendo de nuevo a la cámara 1 de premezcla. En la salida de la
cámara 2 de cultivo el conducto tiene un punto 23 de toma para
verter una muestra del medio de cultivo para ser analizada.
Inmediatamente antes, a lo largo del conducto, se proporciona un
sensor 24 de temperatura que transmite una señal a la unidad 50 de
control por medio del cable eléctrico 9.
La cámara 1 de premezcla comprende un sensor 2
de pH, que transmite una señal a la unidad 50 de control por medio
del cable eléctrico 10. La presión es otro parámetro determinado en
la cámara de premezcla, a través de un sensor 1 de presión que
transmite una señal a la unidad 50 de control por medio del cable
eléctrico 10.
La cámara de premezcla contiene un entorno
controlado por medio de una introducción controlada de aire a través
del conducto 7 y de CO_{2} a través del conducto 8, que fluyen
entonces por el conducto 6. Dichas introducciones están controladas
respectivamente por electroválvulas 21 y 22, accionadas por la
unidad 51 de control. La cámara 1 de premezcla también tiene un
conducto 5 de salida de gas, que también está controlado por un
servomecanismo 20 accionado por la misma unidad 51 de control, que
permite mantener la presión constante en el biorreactor, como
impone el software.
Se lleva a cabo el control de los parámetros
físico-químicos y fisiológicos para seguir los datos
impuestos por el software por medio de un algoritmo de tipo
PID, de forma que el sistema es estacionario, y esto no hubiese
ocurrido si se hubiese utilizado un control de ENCENDIDO/APAGADO, y
se llevan a cabo correcciones únicamente cuando el sistema por sí
solo no puede volver al equilibrio inicial, para reducir los efectos
procedentes del entorno externo y para estimular cuanto sea posible
una homeostasia del sistema celular.
La cámara de premezcla está descrita con más
detalle en la figura 2. En particular, comprende un recipiente 60
de vidrio o un recipiente de otro material inerte, formado, por
ejemplo, como un matraz, cerrado herméticamente con un tapón 63 de
silicona que permite alojar los sensores y disponer una pluralidad
de conductos rígidos de entrada/salida, a los que están conectados
los conductos flexibles. En particular, el tapón 63 está cruzado:
por un conducto 68 para introducir gas (aire o CO_{2}), que está
conectado al conducto flexible 6; por el conducto 5, que tiene en
un extremo un maguito con forma de T para soportar el sensor 1 de
presión y en el otro un servomecanismo 20 para la salida del gas;
por el conducto 65 de entrada y el conducto 66 de salida, que están
conectados de forma respectiva a los conductos flexibles 4 y 3 para
el medio de cultivo. Además, el tapón 63 permite el movimiento de
un cuerpo para el sensor 64 de pH, que está conectado al cable
eléctrico 10.
En la parte inferior del recipiente 60, hay una
base fabricada de caucho de silicona que tiene un rebaje
troncocónico para reducir el espacio en torno al sensor 64 de pH,
para obtener una medición más precisa, evitando que el gas añadido
cambie el pH.
La temperatura del medio 59 de cultivo presente
en el recipiente 60 es ajustada por un flujo de líquido a una
temperatura escogida que fluye por un conducto 61 que rodea el
recipiente 60.
En las figuras 3 a 6 se muestran algunos
ejemplos de realizaciones de una cámara de cultivo.
En particular, en las figuras 3 y 4 se muestran
respectivamente una vista despiezada y una vista en corte
transversal de un tipo particular de celdilla en el que se estudia
la forma del conducto para garantizar un flujo laminar del medio de
cultivo. La celdilla comprende dos piezas de material de silicona,
una pieza inferior 71 y una pieza superior 70 simétricas entre sí.
Comprenden placas 74 y 75 de vidrio respectivas que permiten la
observación por medio de un microscopio del desarrollo de las
células depositadas anteriormente sobre las mismas placas de
vidrio. Se mantienen juntas las dos piezas de caucho de silicona por
medio de dos placas rígidas 72 y 73, por ejemplo de metal, que se
mantienen juntos por medio de tornillos 76.
\newpage
Las figuras 5 y 6 muestran respectivamente una
vista despiezada y un corte transversal de otra realización
ejemplar de cámara de cultivo, en la que los conductos 79 y 80
permiten el flujo del medio de cultivo. Incluso en el presente
ejemplo, la celdilla comprende dos piezas de caucho 70 y 71 de
silicona, que comprenden placas 74 y 75 de vidrio respectivas para
permitir la observación de las células. Entonces, se mantienen
juntas las dos piezas de caucho de silicona por medio de placas
rígidas 73 y 72 conectadas por medio de tornillos 76.
Como se muestra en la figura 7, puede haber
varias cámaras de cultivo conectadas entre sí en serie o en
paralelo, de forma que los productos de las células cultivadas en
las cámaras dispuestas corriente arriba alimentan las células en
las cámaras dispuestas corriente abajo, para estimular los sistemas
fisiológicos, tal como el sistema respiratorio, el sistema
cardiovascular, el sistema metabólico, el sistema digestivo, etc. En
el ejemplo tratado, la cámara 160 y la cámara 161 están ubicadas en
serie corriente arriba y corriente abajo con respecto al flujo 149
de medio de cultivo; sobre la placa 150 de vidrio hay depositadas,
por ejemplo, "células a" 156, que fabrican "metabolitos
a" 154 y sobre la placa 151 de vidrio hay depositadas, por
ejemplo, "células b" 157 que fabrican "metabolitos b" 155
que se alimentan con "metabolitos a" 154.
Corriente abajo desde cada celdilla se puede
proporcionar un punto 152 y 153 de toma para verter una cantidad de
cultivo para que sea analizado.
En la figura 8 se describe un ejemplo de una
combinación de varias cámaras de cultivo conectadas en serie y en
paralelo por medio de conductos más o menos largos (102, 103, 104,
105, 106, 107, 108, 109, 110) y están integrados en un único
soporte 100, realizado mediante litografía en el cuerpo del mismo
soporte. Se pueden cerrar por arriba los canales obtenidos de esta
manera en el soporte con una placa 101 de vidrio que cubre todo el
soporte 100, o de forma alternativa con más vidrios que cierran las
cámaras individuales. En particular, se utilizan cuatro cámaras que
contienen, respectivamente: células hepáticas 220, células
endoteliales 222, adipocitos 223, células pancreáticas 221 humanas
o murinas, que simulan completamente el metabolismo de un
organismo. Se monitorizan individualmente los procesos de las
células al medir los metabolitos y las proteínas en condiciones
estándar, en una muestra llevada a cabo cerca de cada cámara. Las
sustancias que pueden ser detectadas son diversas, tal como
albúmina, colesterol, glucosa, potasio, lactato, sodio, proteínas
totales, triglicéridos, urea y otros.
En el ejemplo descrito se utiliza un canal 102
de entrada del medio de cultivo para alimentar las células
hepáticas en la cámara 220, desde la cual, a través de los conductos
109 y 110, el medio de cultivo alcanza, respectivamente, los
adipocitos en la cámara 223 y las células endoteliales en la cámara
222, conectadas en paralelo. Desde estas cámaras de células, a
través de los conductos 107, 108 y 105, el medio de cultivo alcanza
las células hepáticas en la cámara 220 a través del conducto 106 y a
través del conducto 104 que discurre a través de las células
pancreáticas en la cámara 221.
La anterior descripción de una realización
específica desvelará completamente la invención conforme al punto
de vista conceptual, de forma que otros, al aplicar el conocimiento
actual, podrán modificar y/o adaptar para diversas aplicaciones tal
realización sin una investigación adicional y sin alejarse de la
invención, y se debe comprender, por lo tanto, que dichas
adaptaciones y modificaciones tendrán que ser consideradas
equivalentes a la realización específica. Los medios y los
materiales para realizar las distintas funciones descritas en el
presente documento podrían tener una naturaleza distinta sin
alejarse, por esta razón, del campo de la invención. Se debe
comprender que la fraseología o la terminología empleada en el
presente documento son para el propósito de su descripción y no de
su limitación.
Claims (15)
1. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular en presencia de estímulos físico-químicos,
que comprende:
- -
- al menos una cámara (2) de cultivo que tiene una entrada y una salida;
- -
- una cámara (1) de premezcla, separada de dicha al menos una cámara de cultivo, para preparar un medio de cultivo;
- -
- un circuito (4, 3) conectado a dicha entrada y a dicha salida y que comprende dicha cámara de premezcla;
- -
- medios para conducir de forma controlada dicho medio de cultivo a través de dicho circuito;
- -
- medios para generar al menos un estímulo físico-químico que tiene que ser aplicado a las células que están siendo probadas, estando seleccionado dicho estímulo del grupo de temperatura, pH, presión o una combinación de los mismos;
- -
- medios para controlar (51) dichos medios para generar al menos un estímulo físico-químico, de forma que dicho estímulo, o cada uno de ellos, alcanza valores predeterminados.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 1, en el que dicha cámara de
cultivo está fabricada de caucho de silicona y está formada de tal
manera que se consigue un flujo laminar a través de dicha cámara de
cultivo.
3. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 1, en el que dicha cámara de
cultivo está fabricada de al menos dos piezas que pueden solaparse,
en la que al menos una pieza tiene un rebaje, de tal forma que una
vez se solapan sobre la otra pieza se proporciona un conducto para
el medio de cultivo.
4. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 3, en el que a lo largo de
dicho conducto para el medio de cultivo al menos una de dichas
piezas que puede solaparse comprende una placa de vidrio para
laboratorios dispuesta para permitir de forma operativa una
observación con microscopio de las células implantadas en la
misma.
5. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 4, en el que dichas dos
piezas que pueden solaparse pueden estar apretadas la una sobre la
otra por medio de dos placas rígidas que se mantienen juntas
mediante medios de acoplamiento liberables.
6. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 1, en el que dichos medios
para conducir de forma controlada dicho medio de cultivo a través de
dicha cámara de cultivo comprenden:
- -
- un conducto de entrada y de salida que se comunica con dicha cámara de cultivo, para formar un circuito cerrado con una cámara de premezcla separada;
- -
- una bomba peristáltica instalada a lo largo de dicho conducto;
- -
- un punto de introducción para fármacos u otras sustancias que aumentan o inhiben la actividad celular dispuesto corriente arriba de la cámara de cultivo;
- -
- un punto de muestreo corriente abajo de la cámara de cultivo para tomar muestras para ser analizadas;
- -
- un sensor de temperatura dispuesto corriente arriba de la cámara de cultivo.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 1, en el que dicha cámara de
premezcla comprende:
- -
- un recipiente de material inerte;
- -
- un tapón de material inerte;
- -
- medios para medir de forma operativa los parámetros fisiológicos del medio de cultivo.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 7, en el que los medios para
medir de forma operativa los parámetros fisiológicos del medio de
cultivo comprenden:
- -
- un sensor de pH sumergido en el medio de cultivo presente en dicha cámara de premezcla;
- -
- un sensor de presión para medir la presión en dicha cámara de premezcla;
- -
- sensores para medir especies químicas, seleccionadas del grupo de O_{2}, CO_{2}, NO, etc.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 7, en el que, dentro de la
cámara de premezcla, y en la parte inferior de la misma, hay
presente una estructura cóncava troncocónica en la que está
dispuesto dicho sensor de pH, para preservarlo de un contacto
directo con posibles burbujas de gas, que es introducido en dicha
cámara de premezcla para ajustar el flujo del medio de cultivo y
para mantenerlo a un pH predeterminado.
10. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 7, en el que se proporcionan
medios para ajustar de forma operativa los parámetros fisiológicos
del medio de cultivo, que comprenden:
- -
- conductos de entrada/salida para un gas, tal como aire y CO_{2} en particular, que fluye hacia el interior de dicha cámara de premezcla o desde la misma para cambiar su pH y la presión;
- -
- un flujo de fluido regulado por termostato en un conducto que rodea dicha cámara de premezcla, para cambiar su temperatura.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 7, en el que los medios para
monitorizar y controlar los estímulos
físico-químicos aplicados a las células en la cámara
de cultivo están seleccionados del grupo constituido por:
- -
- un sensor óptico para detectar burbujas de gas en la cámara de cultivo de células;
- -
- un sensor para detectar la deformación y las tensiones mecánicas.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 1, en el que hay conectadas
varias cámaras de cultivo por medio de conductos de longitud
predeterminada para simular el comportamiento de órganos biológicos
incluso complejos, de forma que las células contenidas en las
cámaras dispuestas corriente arriba producen metabolitos que,
transportados por el medio de cultivo, alimentan las células
contenidas en las cámaras que están dispuestas corriente abajo.
13. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 12, en el que hay integradas
más cámaras conectadas entre sí en un único soporte miniaturizado,
en particular de material rígido, creando un circuito para el flujo
del medio de cultivo que alimenta, de forma predeterminada y en
sucesión, todas las cámaras de cultivo.
14. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 13, en el que dicho soporte
bloquea las celdillas y los conductos con al menos una placa de
vidrio de material transparente, permitiendo la observación con
microscopio del desarrollo de las células contenidas en las
cámaras.
15. Un biorreactor para monitorizar la actividad
celular, conforme a la reivindicación 10, en el que dichos conductos
de entrada y de salida de gas que fluyen hacia el interior de dicha
cámara de premezcla o desde la misma, están asociados a
electroválvulas accionadas por una unidad de control eléctrico.
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