Un sistema di coltura automatizzato per il mantenimento e la differenziazione di cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo

Questo articolo ha lo scopo di fornire procedure di gestione effettive e dettagliate per un sistema di coltura automatizzato per cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC), che abbiamo prodotto collaborando con un’azienda, e di mostrare risultati rappresentativi.

Dalla pubblicazione dell’articolo nel 2007, l’iPSC ha attirato l’attenzione di tutto il mondo¹. A causa della sua maggiore caratteristica di essere in grado di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula somatica, ci si aspetta che venga applicato in vari campi come la medicina rigenerativa, chiarendo le cause delle malattie intrattabili e sviluppando nuovi farmaci terapeutici ^2,3. Inoltre, l’utilizzo di cellule somatiche umane derivate da iPSC potrebbe ridurre gli esperimenti sugli animali, che sono soggetti a significative restrizioni etiche. Sebbene siano costantemente necessarie numerose iPSC omogenee per la ricerca di nuovi metodi con le iPSC, è troppo laborioso gestirle. Inoltre, la gestione dell’iPSC è difficile a causa della sua elevata sensibilità, anche a sottili cambiamenti culturali e ambientali.

Per risolvere questo problema, ci si aspetta che i sistemi di coltura automatizzati eseguano attività al posto degli esseri umani. Alcuni gruppi hanno sviluppato alcuni sistemi automatizzati di coltura di cellule staminali pluripotenti umane per il mantenimento e la differenziazione cellulare e hanno pubblicato i loro risultati ^4,5,6. Questi sistemi equipaggiano uno o più bracci robotici multiarticolati. I bracci robotici non hanno solo il merito di imitare fortemente i movimenti del braccio umano, ma anche il demerito in quanto richiedono costi più elevati per il braccio (o i bracci), un imballaggio del sistema più grande e più pesante e sforzi di formazione che richiedono tempo da parte degli ingegneri per ottenere i movimenti mirati ^7,8. Al fine di facilitare l’introduzione dell’apparato in un maggior numero di strutture di ricerca nei punti di consumo economico, spaziale e delle risorse umane, abbiamo sviluppato un nuovo sistema di coltura automatizzato per il mantenimento e la differenziazione delle iPSC in vari tipi di cellule⁹.

La nostra logica per il nuovo sistema era quella di adottare un sistema di binari ad assi X-Y-Z invece di bracci robotici multiarticolati⁹. Per sostituire le complesse funzioni simili a quelle di una mano dei bracci robotici, abbiamo applicato una nuova idea a questo sistema, in grado di modificare automaticamente tre tipi di punte funzionali specifiche del braccio. Qui, indichiamo anche come gli utenti possono facilmente creare pianificazioni delle attività con semplici ordini sul software a causa della mancanza di requisiti per i contributi degli ingegneri durante tutto il processo.

Uno dei sistemi di coltura robotica ha dimostrato la realizzazione di corpi embrioidi utilizzando piastre a 96 pozzetti come aggregati cellulari 3D per la differenziazione⁴. Il sistema qui riportato non è in grado di gestire piastre a 96 pozzetti. Uno ha ottenuto l’attuale grado di buone pratiche di fabbricazione (cGMP) utilizzando una linea cellulare, sebbene non fosse una cellula staminale pluripotente umana⁵. Il sistema di coltura automatizzato qui descritto è stato ora sviluppato con l’obiettivo specifico di aiutare gli esperimenti di laboratorio (Figura 1). Tuttavia, dispone di sistemi sufficienti per mantenere puliti livelli equivalenti a quelli di un armadio di sicurezza di livello IV.