BIORREACTOR DE FLUJO PARA CULTIVO CELULAR.

Biorreactor de flujo para cultivo celular, que permite la realización de cultivos celulares de larga duración a temperatura controlada y en condiciones de flujo.

Comprende un incubador (1), con uno o más orificios pasantes en sus paredes, por cada uno de los cuales se hace pasar un eje (4, 5), sellándose el paso de cada eje mediante juntas pasamuros de estanqueidad (15, 16). Cada eje (4, 5) se impulsa por uno de sus extremos mediante un motor (6, 7), colocado en el exterior del incubador y regulado por un sistema de control electrónico, mientras que el extremo interior está diseñado para que se pueda acoplar sobre él un actuador (8, 20), que permite el impulso de un fluido por el interior de un circuito de cultivo dispuesto en el receptáculo (14) del incubador (1). Cada circuito posee una cámara (12, 17) donde se alojan los andamiajes de soporte para el cultivo celular.

Biorreactor de flujo para cultivo celular.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un biorreactor para ingeniería de tejidos, el cual, formado por un sistema de bombeo de fluido integrado en un incubador, permite la aplicación controlada de flujo de un fluido sobre o a través de cultivos celulares alojados en un circuito de cultivo, garantizando condiciones aptas para el desarrollo celular, de temperatura, composición de la atmósfera en el interior del incubador, difusión de nutrientes en el cultivo y estimulación mecánica de las células, a la vez que, gracias a la colocación del accionamiento del sistema de bombeo fuera del receptáculo del incubador, se evita la introducción de motores en su interior, reduciendo el riesgo de contaminación, eliminando la posibilidad de sobrecalentamiento del cultivo y aumentando el espacio útil en el receptáculo.

Campo de aplicación de la invención

La presente invención se incluye en el campo técnico de los aparatos destinados al cultivo celular, en particular, de los equipos para la realización de cultivos celulares en ingeniería de tejidos. Antecedentes de la invención La ingeniería de tejidos es una disciplina encuadrada dentro la bioingeniería cuya finalidad principal es la regeneración in vitro de sustitutos biológicos que puedan ser implantados en el cuerpo humano de forma que se mejore o restaure la función de órganos y tejidos. La regeneración de tejidos mediante esta técnica requiere habitualmente el cultivo de células sobre substratos tridimensionales, utilizando para ello andamiajes que sirven de soporte para la proliferación celular.

La realización de este tipo de cultivos tridimensionales presenta problemas particulares en comparación con el cultivo celular sobre superficies planas, siendo algunos de los más importantes la dificultad para mantener una adecuada distribución de nutrientes de manera constante en todo el cultivo y la necesidad de aplicar sobre las células estímulos mecánicos que reproduzcan las condiciones naturales de desarrollo celular in vivo, para lo que se utilizan dispositivos conocidos como biorreactores de ingeniería de tejidos, cuya principal finalidad es proporcionar las condiciones que posibiliten y optimicen la regeneración de los tejidos incluyendo condiciones físico-químicas, de temperatura, pH, disponibilidad de nutrientes y estimulación mecánica.

En lo que respecta a estas últimas, existen varios métodos para estimular mecánicamente los cultivos celulares, pudiéndose clasificar los biorreactores para ingeniería de tejidos según el tipo de tecnología que utilicen para tal fin. Un tipo lo constituyen los conocidos como biorreactores de flujo, que se sirven de la aplicación de un flujo de medio de cultivo a través de los andamiajes en los que se desarrolla el cultivo -perfusión-, o bien alrededor de la superficie de los mismos -perifusión-, para estimular mecánicamente las células lo que, además, conlleva una mejora del suministro de nutrientes y de la eliminación de sustancias de desecho resultantes del metabolismo celular.

La realización más habitual de los biorreactores de flujo de ingeniería de tejidos comprende una cámara de cultivo en la que se alojan los andamiajes que actúan de soporte para el cultivo celular, un sistema de tubos o conducciones, reservorios y elementos auxiliares, que sirven para el almacenamiento, la renovación y el transporte del medio de cultivo desde y hacia la cámara de cultivo. Además, para hacer circular el medio por el interior del circuito de cultivo y controlar el caudal que se hace pasar a través de los andamiajes se utiliza un sistema de bombeo que comprende, por ejemplo, una bomba peristáltica, de jeringa o de otro tipo, impulsada por un sistema de accionamiento, constituido por un motor eléctrico. En este sentido, se pueden mencionar como ejemplos relevantes los documentos US20080311650-A1 y US006416995-B1.

Sin embargo, este tipo de biorreactores de flujo no son capaces de regular ni la temperatura ni la atmósfera en que se realizan los cultivos, por lo que resulta imprescindible introducirlos en un incubador de CO2 que garantice condiciones de temperatura y de composición de gases de la atmósfera aptas para el cultivo. Los incubadores disponen de un receptáculo en cuyo interior se dispone el biorreactor, en el que la composición de la atmósfera y la temperatura están permanentemente controladas en los rangos que permiten la supervivencia de los cultivos celulares. Dado que la temperatura habitual de cultivo celular en ingeniería de tejidos se sitúa en torno a 37ºC, valor normalmente superior a la temperatura de la estancia en que los incubadores se encuentran, para alcanzar y mantener la temperatura deseada de cultivo los incubadores disponen de un sistema de control que permite calentar el interior del receptáculo, estando, además, dotados de sistemas de aislamiento térmico que minimizan las pérdidas de calor hacia el exterior. Por consiguiente, queda de manifiesto que los incubadores sólo son capaces de mantener una temperatura determinada en su receptáculo cuando para ello es preciso calentar su interior.

Actualmente, y que sean conocidos por parte del solicitante, todos los biorreactores de flujo comerciales destinados al cultivo celular en ingeniería de tejidos se basan en la introducción de circuitos de cultivo junto con sistemas de bombeo en el interior de incubadores, lo que plantea varios inconvenientes significativos asociados al mantenimiento de condiciones ambientales adecuadas para el cultivo, que se describen seguidamente. En primer lugar, el funcionamiento continuo del sistema de bombeo durante períodos de varias semanas o incluso meses, duración típica de los cultivos en ingeniería de tejidos, provoca sobrecalentamiento en el receptáculo del incubador, dado que éste es incapaz de disipar el calor generado por el motor de accionamiento del sistema de bombeo, con la consecuencia inmediata del sobrecalentamiento del receptáculo del incubador y la consiguiente muerte de las células del cultivo, al ser éstas incapaces de soportar temperaturas elevadas. En segundo lugar, es necesario destacar que la alimentación de los sistemas de accionamiento de los biorreactores que se introducen en el interior del incubador se realiza mediante conexión a la red eléctrica. Sin embargo, los incubadores comerciales no están preparados para el paso de cables desde el exterior hacia el interior de su receptáculo, por lo que la introducción de cables eléctricos, necesaria para la alimentación de los motores del sistema de bombeo, se ha de hacer a través de la puerta del incubador, impidiéndose su buen cierre, perdiéndose la hermeticidad del sistema, generándose fugas y aumentando el riesgo de contaminación. En tercer lugar, la atmósfera típicamente corrosiva existente en el receptáculo del incubador, debida a la presencia habitual de CO2 y vapor de agua, puede dañar seriamente a los motores que se utilicen en el accionamiento del sistema del bombeo, salvo que se escojan modelos específicamente concebidos para su uso en ambientes corrosivos, de coste elevado. Finalmente, la introducción del sistema de accionamiento en el interior del incubador presenta el inconveniente añadido de la disminución de espacio útil que podría ser utilizado para otros fines.

Dichos inconvenientes comprometen seriamente la viabilidad de los cultivos realizados con este tipo de sistemas e implican la presencia de limitaciones de carácter práctico, por lo que sería deseable la existencia un biorreactor de flujo de ingeniería de tejidos que, controlando los parámetros ambientales necesarios para desarrollar los cultivos celulares y permitiendo aplicar flujo de fluido de forma controlada sobre andamiajes, resolviera los inconvenientes asociados a la necesidad de introducir motores en el interior de un incubador, siendo éste el principal objetivo del equipo aquí preconizado, sobre el cual, por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ningún otro que presente unas características técnicas, estructurales o de configuración semejantes. Explicación de la invención

Así, el biorreactor de flujo que permite la aplicación controlada de un flujo de fluido sobre cultivos celulares mediante el uso de sistemas de bombeo integrados en un incubador, garantizando el mantenimiento de unas condiciones aptas para el desarrollo celular durante períodos de cultivo prolongados, que la presente invención propone, se configura como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación dado que, a tenor de su implementación, y de forma taxativa, alcanza a solucionar las deficiencias anteriormente señaladas, estando los detalles caracterizadores que lo distinguen adecuadamente recogidos en las reivindicaciones finales...

1. Biorreactor de flujo para cultivo celular, del tipo aplicable en ingeniería de tejidos para la realización de cultivos celulares sobre andamiajes de soporte tridimensionales, que comprende un incubador (1) , cuyo receptáculo (14) , al que se accede a través de una puerta (13) de cierre hermético, queda limitado por paredes aislantes térmicas dotadas de un sistema de calefacción que permite transmitir calor al receptáculo y regular su temperatura, y que está dotado de un sistema de bombeo de fluido, constituido a su vez por uno o varios subsistemas de bombeo independientes, cada uno de los cuales comprende un motor de accionamiento (6, 7) , un eje (4, 5) y un actuador (8, 20) , caracterizado porque:

-el incubador (1) presenta uno o más orificios pasantes, tantos como subsistemas de bombeo, en una o varias de sus paredes, por cada uno de los cuales se hace pasar el eje (4, 5) de cada subsistema, sellándose el paso del eje mediante una junta pasamuros de estanqueidad (15, 16) que permite el giro del mismo sin dificultad a la vez que garantiza la hermeticidad del incubador (1) ,

-los motores de accionamiento (6, 7) se disponen en el exterior del incubador (1) y se conectan con el extremo externo de cada eje (4, 5) mediante un acoplamiento,

-el extremo interno de cada eje (4, 5) posee la forma adecuada para que se pueda acoplar sobre él un actuador (8, 20) que permite el impulso de un fluido por el interior de un circuito de cultivo dispuesto en el receptáculo (14) ,

-el giro de los motores viene controlado por un sistema de control electrónico que permite regular de forma independiente el caudal que proporciona cada subsistema de bombeo, permitiendo la aplicación de caudales continuos y variables en el tiempo.

2. Biorreactor de flujo para cultivo celular, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el incubador incluye, además, un sistema de regulación de la atmósfera del receptáculo, permitiendo controlar, al menos, la concentración de CO2.

3. Biorreactor de flujo para cultivo celular, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que como motores de accionamiento (6, 7) se utilicen motores eléctricos.

4. Biorreactor de flujo para cultivo celular, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que como actuadores del sistema de bombeo (8, 20) se utilicen cabezales de bomba peristáltica.

5. Biorreactor de flujo para cultivo celular, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que como actuadores del sistema de bombeo (8, 20) se utilicen bombas de jeringa.

6. Biorreactor de flujo para cultivo celular, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sistema de control del sistema de bombeo se encuentre totalmente integrado en el incubador, situándose los componentes electrónicos del mismo en un compartimento del incubador (2) , en el exterior del cual, además, se dispone una pantalla táctil (3) o un dispositivo de cualquier otro tipo con una función equivalente, a través de la cual se permite la entrada, por parte del usuario, de los parámetros de funcionamiento del sistema de bombeo.

7. Biorreactor de flujo para cultivo celular, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el control del sistema de bombeo se realice por medio de un ordenador.