Microportador

Hay varios tipos de microportadores que se pueden usar, cuya selección es crucial para un rendimiento óptimo en la aplicación. Al principio de la historia del desarrollo de microportadores, se usaban predominantemente materiales sintéticos, ya que permitían un fácil control de las propiedades mecánicas y resultados reproducibles para la evaluación de su rendimiento. ^{[ 3 ]} Estos materiales incluyen DEAE-dextrano, vidrio, plástico de poliestireno y acrilamida . ^{[ 3 ]} En 1967, el desarrollo de microportadores comenzó cuando van Wezel descubrió que el material podía soportar el crecimiento de células dependientes de anclaje, y usó microportadores de dietilaminoetil-Sephadex. ^{[ 3 ]} Sin embargo, los polímeros sintéticos impiden interacciones celulares suficientes con su entorno y detienen su crecimiento. ^{[ 4 ]} Las células pueden no diferenciarse adecuadamente sin retroalimentación de su entorno, y los niveles de adhesión serían bajos. ^{[ 3 ]} Por lo tanto, la segunda generación de desarrollo de microportadores implica el uso de polímeros naturales como gelatina , colágeno , quitina y sus derivados, y celulosa . ^{[ 2 ]} Estos materiales no solo son fáciles de obtener, sino que los materiales naturales proporcionan sitios de adhesión para las células y un microambiente similar que proporciona las vías de señalización celular necesarias para su diferenciación adecuada. ^{[ 3 ]} Además, como son biocompatibles, la suspensión resultante puede utilizarse para la administración de terapias celulares in vivo . ^{[ 1 ]}

Aunque se han desarrollado microportadores líquidos, la gran mayoría de los microportadores disponibles comercialmente son partículas sólidas, sintetizadas mediante polimerización en suspensión . ^{[ 3 ]} Sin embargo, las células cultivadas en microportadores sólidos corren el riesgo de sufrir daños por fuerzas externas y colisiones con otras partículas y el tanque. ^{[ 4 ]} Por lo tanto, se debe tener especial cuidado al determinar la velocidad y el mecanismo de agitación, de modo que las fuerzas fluidodinámicas resultantes no sean lo suficientemente fuertes como para afectar negativamente el cultivo. ^{[ 4 ] [ 3 ]} El desarrollo de microportadores porosos amplió enormemente las capacidades de esta tecnología, ya que aumentó aún más el número de células que el material puede contener, pero, más importante aún, protegió a las que se encuentran dentro de la partícula de las fuerzas externas. ^{[ 3 ]} Estas incluyen fuerzas de arrastre y fricción del fluido de suspensión, gradientes de presión y esfuerzos cortantes . ^{[ 1 ]} La década de 1980 estuvo marcada por una ola de desarrollo de microportadores con el avance de las partículas porosas. ^{[ 4 ]}

Los microportadores del mismo material pueden diferir en su porosidad, gravedad específica , propiedades ópticas, presencia de componentes animales y química superficial. ^{[ 4 ]} La química superficial puede incluir proteínas de la matriz extracelular, grupos funcionales , proteínas recombinantes, péptidos y moléculas con carga positiva o negativa, añadidas mediante conjugación , copolimerización , tratamiento con plasma o injerto. ^{[ 3 ]} Esto puede servir para proporcionar mayores niveles de adhesión de las células a las partículas, proporcionar una liberación controlada para el aislamiento o hacer que las partículas sean más resistentes térmica y físicamente, entre otras razones. ^{[ 3 ]}

Existen varios tipos de microportadores disponibles comercialmente, incluidos los basados ​​en alginato (GEM, Global Cell Solutions), en dextrano (Cytodex, GE Healthcare ), en colágeno (Cultispher, Percell) y en poliestireno (SoloHill Engineering). ^{[ 5 ]}  

Una ventaja destacada del uso de suspensiones de microportadores para el cultivo de células sobre las placas bidimensionales tradicionales es su capacidad para contener más células en volúmenes más pequeños. ^{[ 1 ] [ 6 ]} Un sello distintivo del protocolo de laboratorio de cultivo celular regular es el paso continuo a medida que las células alcanzan la confluencia en las placas con bastante rapidez, un cuello de botella en la producción de productos biológicos. ^{[ 1 ]} Los recipientes multicapa, las placas apiladas, las fibras huecas y los reactores de lecho empaquetado fueron otras tecnologías desarrolladas para combatir este límite de capacidad en el cultivo celular en placas. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Aunque fueron una mejora, el número de células producidas a través de estos métodos todavía no alcanzaba el umbral para aplicaciones clínicas. ^{[ 2 ]} Sin embargo, el cultivo celular en microportadores fue el avance necesario para que el cultivo celular alcanzara una importancia industrial y clínica. ^{[ 2 ]} Los estudios han demostrado que las suspensiones de microportadores, en comparación con el cultivo en recipientes multicapa, mejoran el rendimiento celular en 80 veces con solo el diez por ciento del espacio de Buenas Prácticas de Fabricación y solo el sesenta por ciento del costo original. ^{[ 4 ]} Sin necesidad de subcultivo continuo, hay menos riesgo de contaminación bacteriana y los costos laborales también se minimizan. ^{[ 2 ]}

El cultivo bidimensional también sufre de una baja difusividad de nutrientes y gases, lo que requiere que los medios y suplementos añadidos se distribuyan manualmente de manera uniforme, y puede resultar en datos irreproducibles. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Las suspensiones de células microportadoras en biorreactores de tanque agitado permiten una distribución uniforme a través de una agitación homogénea. ^{[ 1 ]} Parámetros como el pH, la presión de oxígeno y las concentraciones de suplementos del medio se pueden monitorear continuamente dentro de un biorreactor en lugar de analizar manualmente pequeñas muestras de placas. ^{[ 2 ]} Sin embargo, las altas velocidades de agitación pueden causar colisiones dañinas entre partículas y contra el reactor, y una velocidad demasiado baja puede inhibir el crecimiento celular al causar una acumulación de partículas en una "zona muerta" e impedir una distribución uniforme de nutrientes esenciales. ^{[ 1 ] [ 4 ]} Por lo tanto, se deben calcular gradientes de velocidad mínimos y máximos para mantener la suspensión homogénea pero también protegida de fuerzas innecesarias. ^{[ 2 ] [ 6 ]} A menudo, el mecanismo más eficiente para esto es un agitador axial dentro del biorreactor, que permite una mezcla eficiente a velocidades de agitación mínimas. ^{[ 4 ]} La naturaleza homogénea de los biorreactores que funcionan correctamente también permite procedimientos sencillos de muestreo y monitorización, en comparación con el cultivo bidimensional, que a menudo sufre de procedimientos de muestreo tediosos. ^{[ 4 ] [ 2 ] [ 6 ]}

Además, el entorno de suspensión tridimensional y de alta densidad promueve la morfología y diferenciación celular natural mediante estimulación mecánica. ^{[ 1 ]} Por otro lado, el cultivo en placa bidimensional tiende a desdiferenciar las células a lo largo de varios pases y, por lo tanto, el número total de pases debe limitarse. ^{[ 1 ]}

Las suspensiones de microportadores también se pueden escalar fácilmente, mediante concentraciones más altas de micropartículas en reactores de tanque agitado más grandes, mientras que el espacio de laboratorio utilizado para el cultivo se puede mantener al mínimo. ^{[ 2 ]} Sin embargo, la ampliación de la plataforma de microportadores también implica ciertos desafíos en el proceso de producción posterior. ^{[ 4 ]} Esto incluye una reelaboración de los procesos de desprendimiento y aislamiento celular. ^{[ 4 ]} Se deben extraer mayores volúmenes de líquido de suspensión de cubas más grandes de biorreactores y, por lo tanto, se debe adquirir más equipo para manejar decenas o cientos de litros de solución en lugar del mililitro estándar. ^{[ 4 ]}

Se están investigando los microportadores para administrar células en ingeniería de tejidos dirigida . ^{[ 3 ]} Se han administrado con éxito hepatocitos, condrocitos, fibroblastos y otras células mediante microportadores biocompatibles a objetivos in vivo para la reparación de tejidos dañados. ^{[ 1 ]} Los microportadores también pueden utilizarse para administrar moléculas pequeñas y proteínas con el mismo propósito. ^{[ 5 ]}