PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA FORMACIÓN DE MATERIAL CELULAR BIOLÓGICO.

La invención se refiere a procedimientos para la formación, en particular para la conformación y/o deposición, de un material celular con una pluralidad de células biológicas, en particular a procedimientos para la adaptación o modificación de una topografía superficial de un material celular y a procedimientos para la estructuración geométrica del material celular, como, por ejemplo, procedimientos para la denominada ingeniería tisular. La invención también se refiere a herramientas de manipulación para la realización de estos procedimientos, en especial a sustratos para material celular tal como, por ejemplo, cultivos celulares o tejido, y a herramientas de conformación con las que se puedan modificar la forma geométrica y/o la expansión del material celular. La invención se refiere asimismo a nuevas aplicaciones de los procedimientos y herramientas de manipulación mencionados. En la medicina, la biotecnología y la bioquímica, los objetivos principales del estudio o la manipulación de células biológicas, especialmente en relación con la terapia celular médica y la ingeniería tisular (Tissue Engineering), consisten en proporcionar formaciones de células o grupos de células con una disposición geométrica predeterminada de las células individuales. Por ejemplo, la forma de un material celular que se implanta en un organismo debe adaptarse lo mejor posible a las condiciones geométricas existentes en el lugar de implante. Por la práctica es sabido que la forma del material de implante se puede ajustar mediante una separación mecánica adecuada (corte) de un cultivo celular. Esto, sin embargo, resulta desventajoso puesto que el daño de las células o del material celular puede tener efectos no deseados en la regeneración del tejido después del implante. En numerosos experimentos conocidos en la práctica no se produjo la regeneración o neoformación deseada de un tipo de célula o tejido, sino, por ejemplo, la inducción de tumores. Se parte de la base de que la inducción de tumores es trasladada al lugar del implante en forma de una proliferación celular incontrolada de células por influencias físicas, químicas o mecánicas ajenas. Estas influencias no se pueden ajustar de forma reproducible y ni siquiera registrar con las técnicas convencionales. Otro ejemplo para la conformación de material celular se encuentra en el estudio de principios activos (ensayo de principios activos farmacológicos) en modelos tisulares. Como modelos tisulares se utilizan con preferencia los denominados esferoides, que se producen como estructura esférica mediante el crecimiento de material celular en forma de capas sobre un núcleo interior de células. Un inconveniente de los modelos tisulares convencionales reside en su tamaño limitado. Por ejemplo, hasta ahora sólo se pueden utilizar esferoides con un diámetro de hasta aproximadamente 150 µm. Cuando los diámetros son mayores, surgen problemas en el aporte de nutrientes a las células interiores. La vitalidad de las células interiores se restringe y se puede producir la muerte de las células desde el interior hacia el exterior. Otro problema aún no resuelto de la ingeniería tisular radica en la generación de materiales compuestos estructurados formados por materiales celulares de distintos tipos celulares o por células biológicas y materiales sintéticos. Un inconveniente reside en que actualmente las formaciones de compuestos están relacionadas con lesiones mecánicas de las células o del material celular. Los problemas mencionados de la terapia celular y los resultados de la ingeniería tisular, en parte poco satisfactorios hasta la fecha, constituyen en la actualidad las limitaciones y los retrasos más importantes con vistas a una amplia aplicación de estos procedimientos en la biotecnología y la medicina. La patente US-A-5108926 da a conocer una disposición selectiva de células biológicas para un cultivo tisular sobre un sustrato con un procedimiento de impresión que trabaja a modo de una impresora de inyección de tinta. El objetivo de la invención es proporcionar procedimientos mejorados para la formación de material celular con una disposición geométrica predeterminada de las células individuales, con los que se superen los inconvenientes de los procedimientos convencionales y que sean especialmente adecuados para conformar y/o generar material celular sin dañar células individuales. El objetivo de la invención también es proporcionar unas herramientas de manipulación mejoradas para la realización de este tipo de procedimientos, con las que se superen los inconvenientes de las técnicas celulares o tisulares convencionales. Otro objetivo más de la invención es señalar nuevas aplicaciones de la conformación, el cultivo o la generación de material celular. Estos objetivos se alcanzan con los procedimientos y las herramientas de manipulación con las características de las reivindicaciones 1 ó 20. Los modos de realización y las aplicaciones ventajosas de la invención se deducen de las reivindicaciones dependientes. En lo que al procedimiento se refiere, la invención se basa en la enseñanza técnica general de que la disposición geométrica de las células en el material celular se ajusta con una herramienta de manipulación que está en contacto, al menos parcialmente, con un material celular que se ha de manipular modificando de manera predeterminada la geometría superficial de la herramienta de manipulación. La geometría superficial se modifica de acuerdo con la invención respecto a al menos una de las características de área, orientación en relación con un sistema de referencia fijo, forma superficial y estructura superficial. Ventajosamente, las células del material celular que están en 2 contacto con la superficie de la herramienta siguen el movimiento de la superficie, permaneciendo inalterado el estado físico y químico de las células durante el movimiento de la superficie. La modificación geométrica de la superficie de la herramienta provoca exclusivamente una reorganización de las células, especialmente un desplazamiento o traslado de células sin causar daño, en la que, si bien se deforman células en contacto con el cuerpo de la herramienta o células situadas a más profundidad en el material celular o se altera su posición espacial, éstas no liberan señales químicas en forma de sustancias mensajeras o secreciones de sustancias. Por material celular se entiende en este caso en general una acumulación de células que están en contacto con su entorno mediante contactos de adhesión (uniones químicas macromoleculares, ningún enlace de van der Waals). El material celular es, por ejemplo, una agrupación o aglomeración de células individuales, un tejido (agrupación de células con el mismo tipo de diferenciación) o un órgano. La agrupación no fluida de células individuales puede contener componentes sintéticos adicionales, por ejemplo un material matricial sintético. Con formación de material celular se designa en este caso en general una modificación de la forma, la densidad, el tamaño y/o la estructura del material celular. La herramienta de manipulación es, en general, un elemento extraño u objeto formado por un material delimitable respecto al material celular, con una superficie sólida cuyas propiedades geométricas son variables al menos en zonas parciales. La herramienta de manipulación puede presentar, por ejemplo, un sustrato para un cultivo celular, una sonda en el material celular o un punzón para la conformación. La herramienta de manipulación se puede ajustar de tal manera que las propiedades geométricas de su superficie se alteren respecto a al menos una de las características antes mencionadas. La velocidad de ajuste se denomina velocidad de avance. La invención se basa especialmente en las reflexiones siguientes de los autores. En primer lugar, se ha reconocido que las reacciones manifestadas hasta ahora de diversas formas, por ejemplo, por las células en un tejido o en una agrupación de células se deben a que mediante la introducción de una herramienta se dañan o destruyen células en el material celular presente, provocando de este modo efectos de herida. Cuando se hieren células o tejidos, se generan señales químicas (emisión de sustancias mensajeras moleculares) o procesos mediados por células, como, por ejemplo, una migración de fibroblastos, una secreción de fibronectina o similares. La reacción de las células dañadas influye en la actividad de las células o de las sustancias adicionales. Por ejemplo, el comportamiento de las células troncales en el entorno de células dañadas es distinto del de las células troncales en un material celular intacto. En segundo lugar, los autores han constatado que, en contra de los conceptos actuales, incluso las células unidas por adhesión se pueden desplazar espacialmente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la formación de material celular (20) con una pluralidad de células biológicas (21) que presentan una disposición geométrica predeterminada, caracterizado por las etapas: - proporcionar una herramienta de manipulación (10) con un cuerpo de herramienta (11) cuya superficie (12, 14) está en contacto, al menos parcialmente, con el material celular (20), y - ajustar la herramienta de manipulación (10) modificando al menos una de las características de área, orientación en relación con un sistema de referencia fijo, forma superficial y estructura superficial de la superficie (12, 14) de tal modo que se modifique la disposición geométrica de las células (21). 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ajuste de la herramienta de manipulación (10) se efectúa a una velocidad de avance inferior o igual a una velocidad de referencia fisiológica de las células. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el ajuste de la herramienta de manipulación (10) se efectúa a una velocidad de avance comprendida en el intervalo de 0,1 µm/h a 1 mm/h. 4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que durante el ajuste de la herramienta de manipulación (10) se amplía la superficie (12, 14) de la herramienta de manipulación (10). 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la herramienta de manipulación (10) presenta un material elástico que se expande durante el ajuste. 6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la herramienta de manipulación (10) presenta un material no elástico que se extiende durante el ajuste. 7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, en el que la herramienta de manipulación (10) presenta un cuerpo hueco (11) con un espacio hueco (31) que se amplía durante el ajuste. 8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el material celular está dispuesto por fuera sobre el cuerpo hueco (11) y/o en el espacio interior (31) del cuerpo hueco (11). 9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que durante el ajuste de la superficie (12, 14) se produce una adhesión de células individuales o grupos de células a la superficie (12, 14) por fuera y/o dentro del cuerpo hueco (11). 10. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que el material celular se dispone en capas de diferentes tipos celulares por fuera y/o dentro del cuerpo hueco (11). 11. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes 7 a 10, en el que para el ajuste del cuerpo hueco (11) se aplica una presión al espacio interior (31) a través de una tubería a presión (13). 12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que para el ajuste del cuerpo hueco (11) se introduce una suspensión de células en el espacio interior. 13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes 7 a 12, en el que entre el espacio interior del cuerpo hueco (11) y su entorno se efectúa un intercambio de sustancias. 14. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el cuerpo de herramienta contiene al menos un elemento de forma (15) que durante el ajuste de la herramienta de manipulación (10) se desplaza de manera que se modifique la forma de la superficie (12). 15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que el cuerpo de herramienta contiene una pluralidad de elementos de forma (15) que se desplazan durante el ajuste de la herramienta de manipulación (10). 16. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que durante el ajuste de la herramienta de manipulación (10), la superficie (12) y/o los elementos de forma (15) se introducen, al menos parcialmente, en el material celular (20) y se genera una impresión de la superficie (12) de la herramienta de manipulación (10) en el material celular (20). 17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que sobre el material celular (20) se disponen células adicionales o un material matricial sintético (25). 18. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que el material celular (20) comprende un material compuesto formado por las células biológicas o por las células biológicas y un material matricial. 8   19. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en el que la disposición geométrica de las células (21) se modifica con la herramienta de manipulación (10) en el exterior de un organismo animal o humano. 20. Herramienta de manipulación (10) para la formación de material celular (20) con una pluralidad de células biológicas (21) que presentan una disposición geométrica predeterminada, caracterizada por: - un cuerpo de herramienta (11) con al menos una superficie (12, 14), y - un dispositivo de ajuste (30) para ajustar el cuerpo de herramienta (11) de manera que se modifique al menos una de las características de área, orientación en relación con un sistema de referencia fijo, forma superficial y estructura superficial de la superficie (12, 14). 21. Herramienta de manipulación según la reivindicación 20, en la que en el dispositivo de ajuste (30) para ajustar el cuerpo de herramienta (11) se establece una velocidad de avance que es inferior o igual a una velocidad de referencia fisiológica de las células (21). 22. Herramienta de manipulación según la herramienta 21, en la que en el dispositivo de ajuste (30) para ajustar el cuerpo de herramienta (11) se establece una velocidad de avance comprendida en el intervalo de 0,1 µm/h a 1 mm/h. 23. Herramienta de manipulación según al menos una de las reivindicaciones 20 a 22, en la que la superficie (12) del cuerpo de herramienta (11) está configurada para ampliarse durante el ajuste. 24. Herramienta de manipulación según la reivindicación 23, en la que el cuerpo de herramienta (11) presenta un material elástico. 25. Herramienta de manipulación según la reivindicación 23, en la que el cuerpo de herramienta (11) presenta un material no elástico extensible. 26. Herramienta de manipulación según la reivindicación 24 ó 25, en la que el cuerpo de herramienta comprende un cuerpo hueco (11) con un espacio interior (31) que se amplía durante el ajuste. 27. Herramienta de manipulación según la reivindicación 26, en la que el cuerpo hueco (11) está conectado con una fuente de presión (30) a través de una tubería a presión (13). 28. Herramienta de manipulación según la reivindicación 23, en la que el cuerpo de herramienta (11) contiene al menos un elemento de forma (15) desplazable. 29. Herramienta de manipulación según la reivindicación 28, en la que el cuerpo de herramienta (11) contiene una pluralidad de elementos de forma (15) desplazables que están dispuestos en forma de matriz en filas y columnas rectas. 30. Herramienta de manipulación según la reivindicación 28 ó 29, en la que sobre los elementos de forma (15) está dispuesto al menos un elemento cubridor (17) que forma la superficie (12). 31. Herramienta de manipulación según al menos una de las reivindicaciones 20 a 30, en la que sobre la superficie (12) está prevista una estructura o recubrimiento que fomenta la unión adhesiva de las células biológicas. 32. Herramienta de manipulación según al menos una de las reivindicaciones 20 a 31, en la que sobre la superficie (12) está prevista una estructura o recubrimiento que bloquea la unión adhesiva de las células biológicas. 9     11   12   DOCUMENTOS INDICADOS EN LA DESCRIPCIÓN En la lista de documentos indicados por el solicitante se ha recogido exclusivamente para información del lector, y no es parte constituyente del documento de patente europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u omisiones. Documentos de patente indicados en la descripción US 5108926 A [0006] Literatura de patentes no citadas en la descripción 13