Un sistema de cultivo automatizado para mantener y diferenciar células madre pluripotentes inducidas por humanos

Este artículo tiene como objetivo proporcionar procedimientos de manejo reales y detallados para un sistema de cultivo automatizado de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC), que producimos en colaboración con una empresa, y mostrar resultados representativos.

Desde la publicación del artículo en 2007, iPSC ha atraído la atención de todo el mundo¹. Debido a su mayor característica de poder diferenciarse en cualquier tipo de célula somática, se espera que se aplique en diversos campos como la medicina regenerativa, la elucidación de las causas de enfermedades intratables y el desarrollo de nuevos fármacos terapéuticos ^2,3. Además, el uso de células somáticas humanas derivadas de iPSC podría reducir los experimentos con animales, que están sujetos a importantes restricciones éticas. Aunque se requieren constantemente numerosas iPSC homogéneas para investigar nuevos métodos con iPSC, es demasiado laborioso gestionarlas. Además, el manejo de iPSC es difícil debido a su alta sensibilidad, incluso a cambios culturales y ambientales sutiles.

Para resolver este problema, se espera que los sistemas de cultivo automatizados realicen tareas en lugar de humanos. Algunos grupos han desarrollado algunos sistemas automatizados de cultivo de células madre pluripotentes humanas para el mantenimiento y la diferenciación celular y han publicado sus logros ^4,5,6. Estos sistemas equipan brazos robóticos multiarticulados. Los brazos robóticos no solo tienen el mérito de imitar en gran medida los movimientos de los brazos humanos, sino también el de que requieren costos más altos para los brazos, un empaquetamiento del sistema más grande y pesado, y esfuerzos educativos que consumen mucho tiempo por parte de los ingenieros para obtener los movimientos deseados ^7,8. Con el fin de facilitar la introducción del aparato en más instalaciones de investigación en los puntos de consumo económico, espacial y de recursos humanos, hemos desarrollado un novedoso sistema de cultivo automatizado para el mantenimiento y diferenciación de iPSC en varios tipos de células⁹.

Nuestra justificación para el nuevo sistema fue adoptar un sistema de rieles de eje X-Y-Z en lugar de brazos robóticos multiarticulados⁹. Para reemplazar las complejas funciones similares a las manos de los brazos robóticos, aplicamos una nueva idea a este sistema, que puede cambiar automáticamente tres tipos de puntas de brazo funcionales específicas. Aquí, también indicamos cómo los usuarios pueden hacer fácilmente programaciones de tareas con pedidos simples en el software debido a la falta de requisitos para las contribuciones de los ingenieros a lo largo del proceso.

Uno de los sistemas de cultivo robótico ha demostrado la fabricación de cuerpos embrioides utilizando placas de 96 pocillos como agregados celulares 3D para la diferenciación⁴. El sistema que se informa aquí no puede manejar placas de 96 pocillos. Una de ellas alcanzó el grado actual de buenas prácticas de fabricación (cGMP) utilizando una línea celular, aunque no se trataba de una célula madre pluripotente humana⁵. El sistema de cultivo automatizado que se detalla aquí se ha desarrollado con el objetivo específico de ayudar a los experimentos de laboratorio (Figura 1). Sin embargo, cuenta con suficientes sistemas para mantener limpios niveles equivalentes a los de un armario de seguridad de nivel IV.