Onderzoekers van het Fraunhofer Translational Center for Regenerative Therapies TLC-RT hebben een bioreactor ontwikkeld waar hiPSC’s - menselijke geïnduceerde pluripotente stamcellen – geautomatiseerd, en in grote aantallen, gekweekt kunnen worden. Deze stamcellen zijn onder andere van waarde voor de ontwikkeling van celtherapieën en medicijnen en voor onderzoek naar ziekten.
Menselijke geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC's) worden dus beschouwd als een veelbelovend hulpmiddel in de geneeskunde. Ze lijken erg op embryonale stamcellen, maar worden gekweekt uit volwassen cellen uit het bindweefsel van proefpersonen en vervolgens opnieuw geprogrammeerd. Het voordeel is dat pluripotente stamcellen bijna elk type cel of weefsel kunnen produceren dat het lichaam nodig heeft voor het (zelf)herstel. Zo wordt bij het LUMC momenteel onderzoek gedaan naar het toedienen van geherprogrammeerde stamcellen aan patiënten met een nieuwe donornier om zo de kans op afstoting door het lichaam te kunnen verkleinen.
Stijgende vraag naar hiPSC’s
De potentie van hiPSC’s heeft de vraag naar deze stamcellen doen groeien. Het produceren van grote hoeveelheden hiPSC's blijft echter een uitdaging. Daarom gingen onderzoekers van het Fraunhofer Translational Center for Regenerative Therapies TLC-RT van het Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC op zoek naar een oplossing. Die werd gevonden in de ontwikkeling van een dynamische incubator en suspensie bioreactor.
Deze nieuwe faciliteit, onderdeel van het SUSI-project (Suspension Incubator) biedt de optimale omstandigheden – 37 graden en 5 procent CO2 - voor het kweken van hiPCS’s. Daarnaast is de bioreactor voorzien van een waaier die de homogene omstandigheden binnen de celsuspensie creëert. Omstandigheden die nodig zijn om een robuuste en reproduceerbare celvermeerdering mogelijk te maken. “We richten ons op het welzijn van de cellen en hebben alle onderdelen van onze bioreactor met dat in gedachten ontworpen en gebouwd,” zegt Thomas Schwarz, een wetenschapper bij Fraunhofer TLC-RT.
Ontwikkeling bioreactor
Voor het berekenen van de optimale parameters voor de reactor, en de waaier, maakten de onderzoekers gebruik van softwaresimulaties in combinatie met de meest effectieve procesparameters. Deze parameters worden in de bioreactor continu, in realtime, bewaakt om ervoor te zorgen dat de homogeniteit in de celsuspensiecultuur, zelfs bij grote hoeveelheden cellen, gegarandeerd wordt.
De bioreactor is zo ontworpen dat het kweekproces volledig geautomatiseerd verloopt. Daardoor wordt de invloed van menselijke interacties geminimaliseerd. Om tijdens het proces het kweekmedium en de celsuspensie te kunnen controleren op bijvoorbeeld het samenklonteren van cellen, is een speciale microscoop voor de incubator ontwikkeld.
Hoge mate van automatisering
Een andere functie is het gebruik van AI om de cellen te tellen. Tijdens het kweekproces analyseert een neuraal netwerk de geometrie van de cellen. “Ons modulaire systeem kan worden uitgebreid met extra functies en onderscheidt zich door zijn flexibiliteit en hoge mate van automatisering. De gesloten-lus structuur en automatische uitwisseling van vloeistofcomponenten voorkomen contaminatie,” legt Schwarz uit.
De onderzoekers zijn erin geslaagd om het prototype van de bioreactor te gebruiken om cellen gedurende een periode van drie maanden te kweken zonder dat hun differentiatiepotentieel afnam. Ze waren in staat om het systeem zo aan te passen dat verschillende soorten celdifferentiatie op basis van de culturen mogelijk zijn - een stap voorwaarts in de hiPSC-technologie.
