Sistemes de monitoratge per a cultius de cèl·lules animals adherents desenvolupament i aplicacions em models cel·lulars i tissulars

Abstract

El cultiu de cèl·lules animals és una tecnologia que disposa d'un gran potencial econòmic i social, cada cop més elevat degut a la pròpia importància de les aplicacions en les que es troben relacionats aquests productes, que es troba enfocat al descobriment, desenvolupament i ús de nous productes biotecnològics. <br/>Degut a la major complexitat del cultiu de cèl·lules animals i a les limitacions que presenten envers els cultius de cèl·lules procariotes per a l'obtenció d'elevades concentracions cel·lulars, és necessari dotar el cultiu de cèl·lules animals de tecnologies que permetin optimitzar&#8208;ne la seva expansió cel·lular i poder evitar l'actual suboptimització de la majoria dels processos de cultius de cèl·lules animals, que s'han basat en estratègies de cultiu simples (discontinu) i que limiten fortament les concentracions finals obtingudes. Un dels paràmetres clau en un cultiu de cèl·lules és la concentració cel·lular, essent la màxima concentració cel·lular un dels objectius primordials dels cultius cel·lulars a la fi de poder obtenir la màxima productivitat. No és estrany, doncs, que aquest paràmetre es consideri el més important a monitorar en línia per a aquest tipus de processos. <br/>Tot i que la majoria de productes biotecnològics son produïts mitjançant cultius de cèl·lules animals que creixen en suspensió, cada cop existeix un ventall de productes més extens produït exclusivament per cèl·lules adherents, com per exemple quan una línia cel·lular adherent no s'ha pogut adaptar amb èxit cap a un cultiu en suspensió, quan el producte són les pròpies cèl·lules adherents, quan es tracta d'un producte viral o proteic que necessita dels tipus concrets de cèl·lules animals adherents o per a les tecnologies emergents de les cèl·lules mare i l'enginyeria tissular, on la majoria dels llinatges cel·lulars resultants són adherents. <br/>La problemàtica però, recau en que moltes de les tecnologies que es troben desenvolupades actualment es varen focalitzar cap als cultius de cèl·lules animals en suspensió, mentre que els cultius de cèl·lules animals adherents es deixaven a banda. El fet que aquestes cèl·lules es trobin adherides formant una monocapa a la superfície del sistema de cultiu i no es trobin en suspensió, implica que les actuals metodologies i sensors comercials utilitzats pel seguiment de la concentració cel·lular en cultius de cèl·lules no adherents i que gaudeixen d'una bona sensibilitat, no siguin aplicables. A més a més, les mesures actuals que s'utilitzen pel monitoratge de cultius de cèl·lules adherents impliquen la utilització de mètodes destructius i fora de línia, obligant a la utilització de diversos cultius en paral·lel per a poder obtenir més d'un valor de concentració cel·lular al llarg d'un creixement cel·lular, amb la variabilitat que això significa. <br/>Així doncs, en aquest treball s'ha abordat aquesta problemàtica, amb l'objectiu de desenvolupar i implementar unes tecnologies que permetin el seguiment, en línia, de la concentració cel·lular, ja sigui de forma directa o bé de forma indirecta, mitjançant la seva estimació a partir de la mesura de l'activitat cel·lular, i que pugui abraçar l'ampli ventall de línies cel·lulars existents que creixen en adherència i que disposen de característiques cel·lulars diferents (consums de nutrients, concentracions cel·lulars, necessitats en el medi de cultiu...).

The cultivation of animal cells is a technology that has great economic and social increasingly potentials, due to the very important applications in which these products are related, which are focused on the discovery, development and use of new biotechnology products. <br/>Due to the greater complexity of the cultivation of animal cells and its limitations to obtain high cell concentrations when compared to prokaryotic cells, we must develop new technologies which permits the optimization of animal cell cultures in order to prevent the current suboptimitzation of most animal cell cultures processes, which are usually based on simple cultivation strategies (batch) that limit strongly the final obtained cell concentrations. One of the key parameters in cell culture is cell density being, the maximum cell density, one of the main objectives of cell cultures in order to obtain maximum productivity. It's for this reason that it is considered the most important parameter to monitor online. <br/>Although most biotechnology products are produced by animal cells that grow in suspension cultures, the products produced exclusively for adherent cells are in constant increase, for example when an adherent cell line can't be successfully adapted to suspension cultures, when the product are the same adherent cells, when a required viral or protein product are only produced by specific types of adherent animal cells or for the emerging stem cell and tissue engineering technologies, where most of its related cell lines are adherent. <br/>The problem however, lies in that many of the current technologies have been developed for suspension animal cells, while adherent animal cell lines were left aside. The fact that these adherent cells are attached to the surface forming a monolayer culture system and are not suspended in the medium, means that the current methodologies and commercial sensors with good sensibilities used to monitor cell concentration in suspension cell cultures, can't be used for adherent cells. In addition, the current measurements used to monitor adherent cell cultures involve the use of destructive offline methods, forcing the use of various cultures in parallel in order to obtain different measurements over a whole cell growth, with the variability that it means. <br/>Thus, this work has been addressed to solve this problem with the objective to develop and implement some technologies that permits to online monitor of cell using direct methods and indirect methods through their estimation from the measurement of cellular activity, technologies which must permit to monitor cell concentration to the wide range of existing adherent cell lines with different cellular characteristics (nutrient uptake, final cell concentrations, needs in culture medium, etc.).