Entrevista: biorreatores e apareceu-Modified 3D-andaimes para Investigação em Células Estaminais

Meu nome é Karlan e trabalho como biofísico no Instituto de Interfaces Biológicas. No Instituto de Tecnologia Cal Screw, desenvolvemos biorreatores e scaffolds tridimensionais com superfície modificada para o cultivo de tecidos funcionais e para pesquisas com células-tronco; estamos principalmente interessados na interação das células com seu ambiente artificial. Um editorial da Nature em 2003 fez a pergunta "biologia plana", e a questão é: o que está implícito nisso?

No passado, muitos sistemas de cultura in vitro, principalmente culturas em monocamada, sofriam com as desvantagens de que, por exemplo, células primárias diferenciadas tinham uma vida útil relativamente curta e desdiferenciavam durante a cultura. Isso significa que perdiam a maior parte de suas funções específicas de órgão muito rapidamente. Portanto, a fim de reproduzir condições melhores para essas células in vitro, muitas modificações e adaptações diferentes foram feitas nas culturas convencionais em monocamada.

E isso inclui a composição do meio de cultura e o revestimento criado dos recipientes de cultura nos quais as células predominantemente formam monocamadas. E todas essas abordagens indicam a importância das interações entre células e matriz, bem como da comunicação célula a célula. Outro aspecto importante parece ser o estabelecimento de contextos específicos das células, que são realizados, por exemplo, por complexos de junções comunicantes, que são uma característica comum de muitas células in vivo.

Nas culturas convencionais em monocamada, a comunicação por junções de fenda é rapidamente perdida. Por um longo período, é possível restabelecer in vitro, até certo ponto, uma organização tecidual das células utilizando a chamada técnica de agregação.

Um exemplo do nosso laboratório foi que conseguimos demonstrar que mesmo hepatócitos adultos de ru são capazes de formar esteroides e permanecer viáveis por pelo menos semanas nesses agregados. Os hepatócitos permanecem em estreito contato uns com os outros, promovendo a comunicação celular que resulta na estabilização de funções específicas dos hepatócitos. Porém, também descobrimos que essa técnica convencional de cultivo tridimensional apresenta várias desvantagens.

O tamanho do agregado é crítico. Eles podem induzir necrose em diâmetros grandes de agregados, e na maioria dos casos, a relação entre volume do meio e número de células é inadequada. Além disso, forças de cisalhamento e cultivos com agitação podem ser problemáticos.

Órgãos e tecidos em organismos vivos são, entre outras características, definidos por densidades celulares muito elevadas, além de que o transporte ativo direcionado de substâncias através dessas camadas teciduais é uma característica importante. Portanto, modelos teciduais in vitro organotípicos realistas devem reproduzir o mais fielmente possível essa arquitetura natural. E um determinante essencial para a limitação desses sistemas é a proporção adequada entre o volume de meio e o volume celular.

Mencionei anteriormente que projetamos uma estrutura celular adequada com formato de uma matriz polimérica microestruturada com precisão, que oferece compartimentos de tamanho uniforme para o cultivo tridimensional de agregados celulares. Para a matriz polimérica, utilizamos preferencialmente PMMA ou poliéter, éster ou policarbonato. Essa estrutura consiste em um dispositivo plantar microestruturado de um centímetro quadrado, que oferece uma matriz densa com mais de 1000 desses compartimentos.

Para o cultivo tridimensional de agregados celulares, demonstrou-se adequado para o cultivo celular tridimensional por várias semanas. E cada um desses pequenos compartimentos cúbicos na matriz possui um comprimento de aresta de aproximadamente 300 micrômetros. O design especial desse suporte e da periferia, ou seja, a câmara de incubação.

O meio externo e o suprimento de gás permitem diferentes modos de fornecimento de meio. Primeiro, a superfusão, ou seja, ambos os lados do tecido são supridos separadamente com meio nutritivo, e segundo, a perfusão.

Isso significa que o fluxo médio é forçado a penetrar a camada de tecido. O modo de perfusão pode ser usado para criar condições que imitam melhor a vascularização in vivo, mas mesmo um modo misto de perfusão e superfusão é possível. Diferentes gerações de chips de células foram desenvolvidas.

Cada geração pode ser utilizada com um determinado design para atender às necessidades de qualquer aplicação específica. Por exemplo, foram desenvolvidos designs de biorreatores de navio simples e duplo, bem como arranjos multiconcentração endereçáveis separadamente ou Variance altamente paralelizados. Como versões ampliadas da última geração dessas diferentes formas, uma determinada tecnologia foi desenvolvida para os chamados recipientes microtermoformados, a qual oferece a possibilidade adicional de modificar toda a superfície desses recipientes tridimensionais aqui descritos, permitindo inclusive a padronização da superfície e a escala submicrométrica com moléculas sinalizadoras.

Além disso, sensores e eletrodos de sinal podem ser incorporados. As aplicações variam desde pesquisa básica e biologia celular até toxicologia e farmacologia, e também é possível o uso em triagem de alto rendimento. Um ponto muito importante no final é o fato de que a última geração dos nossos chips microtermoformados foi otimizada para permitir processos de produção em massa baratos e, portanto, aplicação em outros laboratórios.