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Oct 14, 2014
En el campo de las aplicaciones médicas en lo que respecta al cultivo de células, como en el caso de la medicina regenerativa, es sumamente importante controlar la calidad de las células (la seguridad y la funcionalidad). Cuando el cultivo se lleva a cabo con una placa de cultivo común, es difícil controlar el entorno de las células debido al flujo de convección del líquido (medio de cultivo) en la placa. Es muy probable que el entorno que rodea a las células se vea afectado por la acumulación de restos y por el consumo de fuentes de nutrientes. Los microbios y los virus pueden invadirlo cuando se lo expone al aire. El grupo de investigación ha buscado dar con un método que permita cultivar células iPS humanas de manera fácil y segura para lograr avances en la medicina regenerativa.
El grupo de investigación ha diseñado y producido un equipo de cultivo ultrapequeño que utiliza una bomba pequeña y un canal de flujo de 0,5 mm de diámetro hecho de resina de silicio transparente e incolora. El dispositivo es lo suficientemente pequeño para colocarlo en la platina del microscopio, a fin de satisfacer las necesidades de los investigadores cuando desean observar células en cultivo.
En comparación con el método tradicional de la placa de cultivo, este método de cultivo con microcanales presenta los siguientes tres méritos:
1) control del entorno celular con precisión,
2) facilidad de funcionamiento y automatización, y
3) sellado hermético que disminuye el riesgo de invasión microbiana.
Se espera que este método nuevo permita controlar fácilmente la calidad de las células y que se convierta en el estándar de oro dentro del campo de las aplicaciones médicas. La investigación ya ha alcanzado el cultivo de muchas células a partir de una sola célula iPS humana, y ha demostrado que se mantiene la naturaleza de las células iPS cultivadas.
Se prevé que las células iPS humanas se utilizarán en la medicina regenerativa debido a su alto nivel de pluripotencia. La técnica de cultivo puede comercializarse y utilizarse con el fin de controlar fácilmente la calidad de las células. Creemos que puede contribuir al avance de la medicina regenerativa mediante su aplicación al desarrollo de grandes dispositivos de cultivo o de dispositivos de diagnóstico celular como parte de un dispositivo de prueba. Continuaremos trabajando para lograr avances en medicina de vanguardia tanto en el campo clínico general como en busca de un dispositivo para respaldar la medicina regenerativa que se pueda aplicar cada vez a más pacientes.
Los hallazgos de la investigación se obtuvieron mediante el proyecto "Last 5X innovation R&D Center for a Smart, Happy, and Resilient Society"*3 con el apoyo del programa del COI (Center of Innovation, Centro de Innovación), un programa de investigación y desarrollo que llevan a cabo conjuntamente el sector industrial y el académico dentro de la JST (Japan Science and Technology Agency, Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología).
(Figura 1) Conformación del chip de PDMS
Un chip contiene un regulador, y hay un presurizador que genera un flujo estable del medio de cultivo. Una célula queda atrapada en una cámara cilíndrica y recibe nutrientes del medio de cultivo que fluyen al interior del canal de flujo de la cámara.
(Figura 2) Cultivo a partir de una sola célula iPS humana
El cultivo a partir de una sola célula iPS humana se ha confirmado mediante observación por microscopio. Las tres imágenes anteriores se tomaron en el mismo campo microscópico en un plazo de tres días. (1.° día, 4.° día y 9.° día desde la izquierda)
*1 Consiste en una bomba que puede establecer el índice de flujo, una cámara para almacenar líquido de cultivo y un chip hecho de dimetilpolisiloxano (PDMS). El chip de PDMS contiene un canal de flujo de 0,5 mm de diámetro, una función de regulador para lograr un índice de flujo estable y una función de presurizador para lograr una presión de agua constante, todo esto en un área de 2 cm2.
*2 Esto refiere a los componentes que contienen el flujo de cultivo y el líquido de cultivo. Se sabe que afectan las características de una célula.
*3 Este proyecto comenzó en 2013 mediante la adopción por parte del programa Center of Innovation Science and Technology based Radical Innovation and Entrepreneurship Program (COI STREAM) que lanzó el Ministerio de Educación, Cultura, Deporte, Ciencia y Tecnología. Es una base de desarrollo, en colaboración conjunta entre el sector industrial y el académico, de más de cuarenta empresas en torno a la Universidad de Kioto.
El proyecto busca desarrollar una sociedad inteligente y adaptable en la que los ciudadanos se mantengan activos y persigan desafíos nuevos durante toda la vida. En el campo de las redes de sensores para seguridad, la medicina preventiva y preferencial y la medicina de vanguardia con respaldo de la transmisión inalámbrica de energía eléctrica y de la tecnología de la información y de la comunicación (TIC), las universidades y las empresas colaboran en investigación y desarrollo en diversas áreas de estudio tanto vertical como horizontalmente.
ARKRAY, como líder de grupo del grupo de medicina de vanguardia (Grupo 4), busca lograr una medicina eficaz y efectiva mediante la técnica de diagnóstico por imágenes de avanzada.
Tesis: Single-cell cloning and expansion of human induced pluripotent stem cells by a microfluidic culture device (Clonación y expansión, a partir de una sola célula, de células madre pluripotentes inducidas mediante un dispositivo de cultivo microfluídico)
Publicación: Biochemical and Biophysical Research Communications (BBRC) 453 (2014) pp. 131-137
