Medicina rigenerativa

La medicina rigenerativa è il campo medico che si occupa dello sviluppo di terapie cellulari per la sostituzione/riparazione/trattamento di tessuti e organi malati o danneggiati. Le cellule staminali sono utilizzate principalmente per la loro capacità di differenziamento in diversi tipi di cellule. Sia le cellule staminali multipotenti, tra cui le cellule staminali mesenchimali (MSC), che le cellule staminali pluripotenti, che includono le cellule staminali embrionali (ESC) e le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), sono utilizzate a scopo terapeutico.

La coltura, il differenziamento e l'applicazione affidabili delle cellule staminali sono quindi di grande importanza nella medicina rigenerativa. La “produzione cellulare” di cellule staminali su larga scala viene eseguita nel modo più attendibile utilizzando un microscopio ottico per determinare e valutare quantitativamente gli indicatori chiave relativi allo stato e alla qualità della coltura. Tali indicatori possono includere il tasso di proliferazione, le caratteristiche di formazione delle colonie, le proprietà morfologiche, ecc.

Prodotti per la Medicina Rigenerativa

Video time-lapse di 137 ore (intervalli di 40 minuti) di cellule iPS umane utilizzando il contrasto di fase.

Immagine di Dr. Masahiro Kino-Oka e Dr. Mee Hae Kim, Università di Osaka (Giappone), Scuola di Dottorato di Ingegneria, Dipartimento di Biotecnologie, Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi di Bioprocesso

Il dispositivo di osservazione cellulare Nikon BioStudio-T si adatta alla maggior parte degli incubatori e delle cappe di biosicurezza utilizzati per la coltura cellulare. L'imaging a contrasto di fase dell'intero recipiente viene eseguito utilizzando un approccio unico di scansione dell'obiettivo che mantiene il recipiente di coltura fermo e consente di scambiarlo senza perdere le informazioni sulla posizione. È progettato per supportare applicazioni nella coltura di cellule staminali e può essere integrato con il modulo di analisi cellulare per il software NIS-Elements, che consente la conta delle colonie di cellule staminali pluripotenti umane (hPSC), la misurazione dell'area di copertura e di altri fattori per diversi esperimenti.

Il dispositivo di osservazione cellulare BioStudio-mini è una soluzione di imaging cellulare compatta destinata agli impianti di produzione cellulare. Molti dei partner strategici di Nikon nel settore hanno integrato questo sistema all'interno delle loro cappe di biosicurezza con il piano a filo con la superficie di lavoro.

I microscopi invertiti Nikon ECLIPSE Ts2 e Ts2-FL sono microscopi invertiti compatti pluripremiati, progettati per il lavoro di routine relativo alle colture cellulari. Il Ts2-FL ha tutte le caratteristiche del Ts2 ma fornisce inoltre un'epifluorescenza integrata basata su LED. Questi microscopi sono la scelta più comune per lavori di coltura cellulare di routine e sono utilizzati più ampiamente nella ricerca di base che nella produzione.

●: included, ⚬: option

BioStudio-T
Sistema di osservazione cellulare
BioStudio-mini
Sistema di osservazione cellulare
ECLIPSE Ts2
Microscopi invertiti
Sorgente di illuminazione diascopica LED rosso LED rosso Fosforo bianco eccitato con LED blu
Controllo di posizione XYZ motorizzato Z motorizzato (opzionale) Manuale
Integrazione della videocamera Rilevatore CMOS monocromatico integrato Rilevatore CMOS monocromatico integrato Selezione libera (opzionale)
Accoglie bene piastre, piatti e fiasche yes yes yes
Compatibile con la decontaminazione tramite H2O2 vaporizzata. yes yes no
Adatto per impianti di produzione cellulare yes yes no
Tecniche di contrasto compatibili BioStudio-T BioStudio-mini ECLIPSE Ts2
Campo chiaro (brightfield) no no yes
Fluorescenza grandangolare (widefield) no no TS2-FL
Tecnica di contrasto a rilievo “Nikon Emboss Contrast” no no yes
Contrasto di fase yes yes yes

Discussione sulla Medicina Rigenerativa

Immagine con maschera
Contrasto di fase

Applicazione del modulo di analisi cellulare per creare un'immagine con maschera delle colonie iPSC presenti nei dati di contrasto di fase, consentendo la conta del numero di colonie e la misurazione della rispettiva area.

Dalla coltura cellulare alla produzione cellulare

La coltura/produzione cellulare per produrre un prodotto terapeutico è molto diversa dalla coltura cellulare eseguita di routine in un ambiente accademico o di ricerca di base. La produzione nei settori sanitario e farmaceutico richiede un livello maggiore di controllo di qualità ed efficienza operativa ed è soggetta a una regolamentazione significativamente maggiore. La produzione prevedibile di un prodotto di qualità che soddisfi gli standard richiesti riducendo al minimo i costi è l'ideale.

L'applicazione dell'analisi d’immagine per informare il processo decisionale aiuta a rimuovere uno dei maggiori ostacoli alla produzione attendibile: la dipendenza da operatori umani, che introduce intrinsecamente variabilità, anche con personale esperto. Metodi qualitativi, come ad es. “agitare il recipiente tre volte dopo la semina”, possono essere messi alla prova utilizzando tecniche di analisi quantitativa dell'immagine e quindi formalizzati.

L'applicazione di sistemi 3D ingegnerizzati, derivati da cellule staminali, per l'impianto nei pazienti è già in corso, ad es. la coltura di innesti cutanei. Sono in corso test clinici su sistemi cellulari più complessi. L'obiettivo finale è quello di essere in grado di coltivare organi complessi completamente funzionali, come il cuore. Si noti che i tessuti ingegnerizzati in 3D, inclusi vari tipi di organoidi, vengono applicati anche ai test di sperimentazione farmacologica. Fare clic per visualizzare la nostra pagina sulle soluzioni di sperimentazione farmacologica per ulteriori informazioni su questa applicazione.

Animazione di come il BioStudio-mini può essere installato in una cappa di biosicurezza per coltura cellulare.

Ridurre al minimo la perturbazione delle colture cellulari sensibili

Svariati tipi cellulari vengono coltivati in vitro, comprese cellule primarie ottenute recentemente da tessuti, linee cellulari immortalizzate e cellule staminali. Le colture di linee cellulari immortalizzate, spesso utilizzate per la ricerca biologica di base, possono essere abbastanza in grado di resistere a condizioni significativamente dannose, come una densità di semina impropria, essere lasciate fuori dall'incubatore per lunghi periodi, ecc. Le cellule staminali tendono ad essere più sensibili alle perturbazioni. Una rigorosa attenzione alle condizioni di coltura è quindi importante quando si lavora con le cellule staminali, specialmente se coltivate per l'uso come parte di una terapia.

Un fattore importante da considerare sono le condizioni di incubazione e la loro uniformità. Il BioStudio-T e il BioStudio-mini sono invece realizzati per essere compatti abbastanza da poter essere inseriti negli incubatori e negli armadi di biosicurezza esistenti.

Le vibrazioni sono un altro motivo di preoccupazione. Tra gli altri fattori, la vibrazione può causare stress alle cellule e influenzare il loro pattern di semina dopo il passaggio. Per ridurre al minimo le vibrazioni, BioStudio-T utilizza una strategia con obiettivo a scansione per l'acquisizione a mosaico, anziché spostare il campione.

Anche la fototossicità è una fonte di preoccupazione. Per questo motivo, di solito si preferisce una tecnica a bassa intensità di illuminazione come il contrasto di fase. La marcatura a fluorescenza può essere una procedura invasiva e l'imaging a fluorescenza può essere fototossico. Gli strumenti della serie BioStudio di Nikon sfruttano l'imaging a contrasto di fase utilizzando un LED rosso per l'illuminazione. La luce rossa trasporta meno energia ed è meno fototossica rispetto a un simile quanto di luce blu.

Cell x Image Lab: una risorsa per colture cellulari di successo

Sostenere il campo della medicina rigenerativa è un obiettivo strategico di Nikon Healthcare. A tal fine, abbiamo lanciato il sito web Cell x Image Lab, che descrive nel dettaglio come l'imaging e l'analisi di microscopia possono essere utilizzati per conferire un vantaggio quantitativo ai processi e alle procedure di coltura cellulare, migliorando il tasso di successo e la riproducibilità della produzione cellulare. L'imaging e l'analisi sono utili anche per la garanzia della qualità e per lo sviluppo di nuovi processi e procedure.

Il sito web di Cell x Image Lab include sia una sezione introduttiva con informazioni di base sul campo, sia numerosi casi di studio che descrivono in dettaglio le applicazioni di imaging e analisi specifiche per la coltura e la produzione cellulare.

Glossario

Accoglie bene piastre, piatti e fiasche
Questi sono i tipi comuni di recipienti utilizzati per la coltura delle cellule. Questa categoria si riferisce alla disponibilità di supporti/inserti Nikon per recipienti di dimensioni standard.
Adatto per impianti di produzione cellulare
Questo parametro si riferisce al fatto che i sistemi possano eseguire tipi comuni di test applicati negli impianti di produzione cellulare (ad esempio, identificazione di colonie di cellule staminali).
Compatibile con la decontaminazione tramite H2O2 vaporizzata.
La decontaminazione con perossido di idrogeno vaporizzato è uno standard industriale per gli spazi chiusi. È ampiamente applicato negli ospedali e in altre strutture mediche.
Controllo di posizione
La capacità di traslare il campione o la posizione di scansione utilizzando componenti di sistema motorizzati, ad esempio utilizzando un componente Z motorizzato per spostare l’obiettivo e il piano focale corrispondente.
Integrazione della videocamera
Nikon offre una varietà di opzioni per la videocamera, comprese le opzioni rapide a colori e monocromatiche CMOS.
Sorgente di illuminazione diascopica
Le sorgenti di illuminazione per le tecniche di contrasto basate sulla luce trasmessa diascopica sono generalmente diodi a emissione di luce (LED) o lampade alogene. I LED sono una scelta dalla luce brillante, ecologica e più efficiente dal punto di vista energetico.
Tecniche di contrasto compatibili
Il contrasto di fase è lo standard per la coltura e la produzione cellulare, tuttavia a volte sono necessarie altre tecniche (ad es., fluorescenza).