Medicina Regenerativa

A medicina regenerativa é o campo médico preocupado com o desenvolvimento de terapias celulares para substituir/reparar/tratar órgãos e tecidos doentes ou feridos. As células-tronco são utilizadas principalmente devido à sua capacidade de diferenciação em vários tipos celulares. Tanto as células-tronco multipotentes, como as células-tronco mesenquimais (MSCs), quanto as células-tronco pluripotentes, incluindo células-tronco embrionárias (ESCs) e células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), são utilizadas no desenvolvimento de terapias.

A cultura, diferenciação e aplicação de células-tronco são, portanto, de grande importância na medicina regenerativa. A “produção” de células-tronco em escala é realizada de maneira mais confiável utilizando um microscópio de luz, que permite determinar e avaliar quantitativamente os principais indicadores relacionados ao estado e à qualidade da cultura. Tais indicadores podem incluir taxa de proliferação, características de formação de colônias, aspectos morfológicos, etc.

Produtos para Medicina Regenerativa

Vídeo de lapso de tempo totalizando 137 horas (com intervalos de 40 minutos) de células iPS humanas utilizando contraste de fase.

Crédito da imagem: Dr. Masahiro Kino-Oka e Dr. Mee Hae Kim, Osaka University, Graduate School of Engineering, Dept. Biotech, BioProcess Systems Engineering Lab

O dispositivo de observação de células BioStudio-T da Nikon se encaixa na maioria das incubadoras e cabines de biossegurança utilizadas para cultura de células. A aquisição de imagem de contraste de fase de todo o recipiente de cultura é realizada utilizando uma abordagem única de varredura de lente objetiva, que mantém o recipiente estacionário, permitindo sua troca sem perder as informações de posição. Esse dispositivo foi projetado para oferecer suporte a aplicações de cultura de células-tronco e pode ser integrado ao Módulo de Análise de Células para o software NIS-Elements, que permite a contagem de colônias de hPSC, a medição da área de cobertura e outros fatores para diferentes ensaios.

O sistema de observação de células BioStudio-mini é uma solução compacta para aquisição de imagem de células, destinada a locais de produção celular. Vários parceiros estratégicos da Nikon da área integraram este sistema em suas cabines de biossegurança com a platina nivelada com a superfície de trabalho.

Os microscópios invertidos ECLIPSE Ts2 e Ts2-FL da Nikon são microscópios compactos premiados, projetados para trabalhos rotineiros relacionados à cultura de células. O Ts2-FL possui todos os recursos do Ts2, mas fornece adicionalmente epifluorescência baseada em iluminação LED integrada. Esses microscópios são a escolha usual para trabalhos cotidianos de cultura celular, sendo mais amplamente empregados em pesquisa básica do que na produção de células.

●: Incluído, ⚬: Opcional

Técnicas de contraste compatíveis	BioStudio-T	BioStudio-mini	ECLIPSE Ts2
	BioStudio-T Dispositivo de Observação Celular	BioStudio-mini Sistema de Observação Celular	ECLIPSE Ts2 Microscópios Invertidos
Fonte de iluminação diascópica	Red LED	Red LED	Fósforo branco excitado por LED azul
Controle de posição	XYZ motorizado	Z motorizado (opcional)	Manual
Integração de câmeras	Detector CMOS monocromático integrado	Detector CMOS monocromático integrado	Seleção livre (opcional)
Acomoda placas de poços, placas de petri e frascos	yes	yes	yes
Compatível com descontaminação utilizando H₂O₂vaporizado	yes	yes	no
Adequado para instalações de produção celular	yes	yes	no
Campo claro	no	no	yes
Fluorescência de campo amplo	no	no	TS2-FL
Contraste de relevo da Nikon	no	no	yes
Contraste de fase	yes	yes	yes

Discussão de Medicina Regenerativa

Aplicação do Módulo de Análise de Células para criar uma imagem “mascarada” das colônias iPSC presentes nos dados de contraste de fase, permitindo a medição do número de colônias e suas respectivas áreas.

Da cultura de células à produção celular

A cultura/produção de células para gerar um produto terapêutico é muito diferente da cultura de células realizada rotineiramente em um ambiente acadêmico ou de pesquisa básica. A fabricação nas indústrias de saúde e farmacêuticas requer um maior nível de controle de qualidade e de eficiência operacional e está sujeita a uma regulamentação significativamente maior. O ideal é produzir um produto de qualidade, que atenda aos padrões exigidos, e, ao mesmo tempo, minimizar os custos.

A aplicação de análise de imagem para comunicar a tomada de decisões ajuda a remover uma das maiores barreiras na produção – a dependência de operadores humanos, que introduz variabilidade inerente, mesmo com uma equipe experiente. Métodos qualitativos, por exemplo, “agitar o recipiente três vezes após a semeadura”, podem ser testados utilizando técnicas quantitativas de análise de imagem e, então, formalizados.

A aplicação de sistemas 3D derivados de células-tronco para implantação em pacientes já está acontecendo, como, por exemplo, a cultura de enxertos de pele. Testes clínicos de sistemas celulares mais complicados estão em andamento. O objetivo final é a capacidade de cultivar órgãos complexos totalmente funcionais, como o coração. Observe que tecidos projetados em 3D, incluindo vários tipos de organoides, também são utilizados em testes de descoberta de medicamentos.

Animação de como o BioStudio-mini pode ser instalado em uma cabine de biossegurança para trabalhos de cultura.

Minimizando a perturbação em culturas celulares sensíveis

Uma variedade de tipos celulares é cultivada in vitro, incluindo células primárias – recentemente obtidas de tecidos –, linhagens celulares imortalizadas e células-tronco. Culturas de linhagens celulares imortalizadas, como as utilizadas frequentemente na pesquisa biológica básica, podem apresentar grande capacidade de resistir a insultos significativos, como densidade de semeadura inadequada, longos períodos fora da incubadora, etc. Já as células-tronco tendem a ser mais sensíveis à perturbação. Assim, uma atenção rigorosa às condições de cultura é importante ao trabalhar com células-tronco, especialmente quando cultivadas para uso como parte de uma terapêutica.

Um fator importante que deve ser considerado diz respeito às condições de incubação e a compatibilidade das mesmas. O BioStudio-T e o BioStudio-mini são fabricados para serem compactos o suficiente para caber nas incubadoras e cabines de biossegurança existentes.

A vibração é outra preocupação. Entre outros fatores, a vibração pode causar estresse nas células e influenciar seu padrão de semeadura após a passagem. Para minimizar a vibração, o BioStudio-T emprega uma estratégia de varredura da objetiva para aquisição de imagem, em vez de mover a amostra.

A fototoxicidade também é uma preocupação. Por esta razão, uma técnica de baixa intensidade de iluminação, como contraste de fase, geralmente é favorecida. A marcação por fluorescência pode ser um procedimento invasivo e a aquisição de imagem por fluorescência pode ser fototóxica. Os instrumentos das séries BioStudio da Nikon tiram proveito da aquisição de imagem de contraste de fase utilizando um LED vermelho para iluminação. A luz vermelha carrega menos energia e é menos fototóxica comparada a um quantum semelhante de luz azul.

Cell x Image Lab – Um recurso para o sucesso da cultura celular

Apoiar o campo da medicina regenerativa é um objetivo estratégico da Nikon Healthcare. Para isso, lançamos o site Cell x Image Lab, que detalha como a aquisição e a análise de imagem de microscopia podem conceder uma vantagem quantitativa aos processos e procedimentos de cultura de células – aumentando a taxa de sucesso e a reprodutibilidade da produção celular. A aquisição e análise de imagens também são úteis para garantia de qualidade e desenvolvimento de novos processos e procedimentos.

O site Cell x Image Lab inclui uma seção introdutória com informações básicas sobre o campo, bem como vários estudos de caso detalhando aplicações específicas de aquisição e análise de imagem para cultura e produção de células.

Glossário

Acomoda placas de poços, placas de petri e frascos: Esses são os tipos comuns de recipientes utilizados na cultura de células. Essa categoria diz respeito à disponibilidade de platinas/inserções da Nikon para acomodar recipientes de cultura de tamanho padrão.
Adequado para instalações de produção celular: Isso diz respeito à capacidade dos sistemas de realizar tipos comuns de ensaios aplicados em instalações de produção celular (por exemplo, identificação de colônias de células-tronco).
Compatível com descontaminação utilizando H₂O₂vaporizado: A descontaminação com peróxido de hidrogênio vaporizado é um padrão da indústria para espaços fechados. É amplamente aplicado em hospitais e outras instalações médicas.
Controle de posição: A capacidade de percorrer a amostra ou alterar a posição de varredura utilizando componentes motorizados do sistema, por exemplo, utilizando uma unidade Z motorizada para mover a lente objetiva e o plano focal correspondente.
Fonte de iluminação diascópica: As fontes de iluminação para técnicas de contraste baseadas em luz transmitida diascópica são geralmente diodos emissores de luz (LEDs) ou lâmpadas halógenas. Os LEDs são uma escolha brilhante, ecológica e mais eficiente em termos energéticos.
Integração de câmeras: A Nikon oferece uma variedade de opções de câmeras, incluindo opções velozes CMOS monocromáticas e coloridas.
Técnicas de contraste compatíveis: O contraste de fase é o padrão para cultura e produção de células. No entanto, às vezes, outras técnicas (por exemplo, fluorescência) são necessárias.