Tesis doctoral de Enric Sarró Casanovas
El cultiu de cél¿lules animals és una tecnología que disposa d_un gran potencial econí²mic i social, cada cop més elevat, que es troba enfocat al descobriment, desenvolupament i ús de nous productes biotecnolí²gics. Aquest creixement exponencial de la tecnología del cultiu de cél¿lules animals és conseqí¼éncia de la prí²pia importí ncia de les aplicacions en les que es troben relacionats aquests productes, sobresortint-ne quatre grans categories: les terí pies víriques, les terí pies bioquímiques i biofarmacéutiques, les terí pies géniques i les terí pies cel¿lulars i tissulars, amb aquesta última adquirint cada cop més importí ncia dins el cultiu de cél¿lules animals. degut a la major complexitat del cultiu de cél¿lules animals i a les limitacions que presenten envers els cultius de cél¿lules procariotes per a l_obtenció d_elevades concentracions cel¿lulars, és necessari dotar el cultiu de cél¿lules animals de tecnologies que permetin optimitzar-ne la seva expansió cel¿lular i, per tant, que permetin l_obtenció de quantitats elevades de producte (o la dosi necessí ria en terí pies cel¿lulars i tissulars). La mancaní§a d_aquestes tecnologies, així com la poca fiabilitat de les existents, ha comportat la suboptimització de la majoria dels processos de cultius de cél¿lules animals, que s_han basat en estratégies de cultiu simples (processos en discontinu) que limiten fortament les concentracions finals obtingudes (cel¿lulars i de producte). Així doncs, per tal d_optimitzar els cultius de cél¿lules animals, cal disposar de sistemes de monitoratge i control en línia dels diferents parí metres del cultiu. un dels parí metres clau en un cultiu de cél¿lules és la mesura de la concentració cel¿lular, essent la mí xima concentració cel¿lular un dels objectius primordials dels cultius cel¿lulars, a la fi de poder obtenir una mí xima productivitat, perí² alhora, permetent el cí lcul d_altres parí metres importants, com la velocitat de creixement, la velocitat de producció específica de productes i els rendiments d_utilització de substrat entre altres, essent parí metres molt útils per a l_optimització de processos i disseny d_estratégies eficients pel control del cultiu. Així² fa que, qualsevol intent d_avaní§ar en el control en línia dels bioreactors passi per a poder mesurar en línia la corresponent concentració cel¿lular. No és estrany, doncs, que aquest parí metre es consideri com el més important a monitorar en aquest tipus de processos. si una de les problemí tiques dels cultius de cél¿lules animals és que no arriben a concentracions cel¿lulars gaire elevades, en el cas del creixement de cél¿lules animals adherents encara se li ha de sumar la limitació a causa de la necessitat de disposar de superfície lliure pel creixement cel¿lular, així com la corresponent inhibició del creixement per contacte. Aquests fets fan que els cultius de cél¿lules adherents arribin a concentracions cel¿lulars més baixes que les aconseguides en cultius de cél¿lules animals en suspensió i, per tant, fa que la majoria dels productes biotecnolí²gics es produeixin a partir de cél¿lules que creixen en suspensió. Tot i així², cada cop existeix un ventall de productes més extens produí¯t exclusivament per cél¿lules adherents, que no s_han pogut adaptar amb éxit cap a un cultiu en suspensió com, per exemple, quan el producte són les prí²pies cél¿lules adherents, o quan es tracta d_un producte viral o proteic que necessita dels tipus concrets de cél¿lules animals adherents. Aquest augment, juntament amb es tecnologies emergents de les cél¿lules mare i l_enginyeria tissular, on la majoria dels llinatges cel¿lulars resultants són adherents, fan que la importí ncia d_aquests cultius de cél¿lules adherents hagi augmentat considerablement en els últims anys. la problemí tica perí², recau en que moltes de les tecnologies que es troben desenvolupades actualment s_han anat focalitzant cap als cultius de cél¿lules animals en suspensió, mentre que els cultius de cél¿lules animals adherents es deixaven a banda. Per tant, el fet que aquestes cél¿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 cél¿lules no adherents i que gaudeixen d_una bona sensibilitat, no siguin aplicables per a aquest tipus de cultius cel¿lulars, mentre que les poques tecnologies actuals que s_utilitzen pel monitoratge de cultius de cél¿lules adherents, impliquen la utilització de métodes 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 així² significa. Així² fa que aquest augment considerable de la importí ncia del cultiu de cél¿lules adherents vingui acompanyat per una necessitat creixent del desenvolupament tecnologies dirigides a les cél¿lules animals adherents que en permeti l_optimització dels seus cultius. Així doncs, en aquest treball s_ha abordat aquesta problemí tica, 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, mitjaní§ant la seva estimació a partir de la mesura de l_activitat cel¿lular, i que pugui abraí§ar l_ampli ventall de línies cel¿lulars existents que creixen en adheréncia i que disposen de característiques cel¿lulars diferents (consums de nutrients, concentracions cel¿lulars, necessitats de medis de cultiu…). l_estructura d_aquesta memí²ria comení§a amb una introducció (capítol 1), on es revisa la importí ncia dels cultius de cél¿lules animals en biotecnología, les seves característiques i principals aplicacions, tot fent un émfasi especial al cultiu de cél¿lules adherents. A més, també es fa una revisió dels diferents métodes pel monitoratge, tant de la concentració cel¿lular com de l_activitat cel¿lular, en cultius de cél¿lules animals, descrivint-ne els avantatges i inconvenients, així com si és possible la seva implementació per cultius de cél¿lules animals adherents. Finalment a la mateixa introducció, s_aprofundeix una mica més en les terí pies cel¿lulars i tissulars (enginyeria tissular), revisant-ne la seva importí ncia, aplicacions i cada un dels tres principals components del que es troba format (cél¿lules, estructures de suport i senyals químics i físics). Seguidament (capítol 2), es plantegen els principals objectius del treball. Comení§ant amb els resultats obtinguts, al capítol 3 es procedeix a l_adaptació del sistema de cultiu en minibioreactors per cultius de cél¿lules animals adherents, així com l_adaptació de la mesura de l_activitat cel¿lular a partir de la mesura de la our i la corresponent evolució de les mesures polarogrí fiques cap a mesures í²ptiques. Al capítol 4, es continua amb el desenvolupament i implementació d_una mesura en línia de la concentració cel¿lular basada en l_espectroscí²pia d_impedí ncia per cultius de cél¿lules animals adherents, finalitzant amb un estudi de l_ús del sistema desenvolupat pel monitoratge en línia de la morfología cel¿lular. A continuació, al capítol 5, es comprova i s_optimitza el funcionament de les mesures desenvolupades per a l_obtenció dels parí metres cel¿lulars bí sics en aplicacions de terí pies cel¿lulars. Finalment pel que fa a resultats (capítol 6), s_implementen les mesures desenvolupades en unes altres aplicacions terapéutiques amb una gran importí ncia, la terí pia tissular. En el capítol 7 s_exposen les principals conclusions extretes del treball. Després de les conclusions (capítol 8) es presenten els materials i métodes emprats al llarg del treball.
Datos académicos de la tesis doctoral «Sistemes de monitoratge per a cultius de cél·lules animals adherents: desenvolupament i aplicacions en models cel·lulars i tissulars«
- Título de la tesis: Sistemes de monitoratge per a cultius de cél·lules animals adherents: desenvolupament i aplicacions en models cel·lulars i tissulars
- Autor: Enric Sarró Casanovas
- Universidad: Autónoma de barcelona
- Fecha de lectura de la tesis: 27/11/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Jordi Joan Cairó Badillo
- Tribunal
- Presidente del tribunal: francesc Godia casablancas
- elisabet Rosell vives (vocal)
- (vocal)
- (vocal)