Tecnologías para la expansión de células madre pluripotentes
El mantenimiento convencional y la expansión de hPSC indiferenciadas a escala de laboratorio depende de la adherencia a los sustratos, lo que puede denominarse cultivo plano o bidimensional (2D). El cultivo de colonias de hPSC se realiza típicamente en placas convencionales o matraces en T, ya sea en cocultivo con células de fibroblastos mitóticamente inactivadas (denominadas «células alimentadoras») o en extracelulares. Originalmente, este tipo de cultivo se basaba en el paso de colonias de células semidisociadas como pequeños grupos de células que daban como resultado proporciones semicuantitativas, sólo de división.
Estos enfoques de cocultivo son engorrosos para el uso rutinario y representan obstáculos excesivos para la ampliación. Por lo tanto, el reemplazo de células alimentadoras por matrices naturales semidefinidas, proteínas recombinantes o agentes completamente sintéticos que permiten el cultivo de tipo «monocapa» de hPSC en combinación con medios de cultivo acondicionados con células no alimentadoras definidas representan importantes avances en el campo. Los avances en el cultivo de hPSC también han apoyado el cultivo automatizado mediante sistemas robóticos. La automatización permite estandarizaciones independientes del investigador y una mayor producción de muestras. En particular, la automatización de los protocolos de reprogramación de células somáticas facilitará la derivación estandarizada de un gran número de clones de hiPSC individuales, respaldando así grandes proyectos en curso que tienen como objetivo la generación y almacenamiento de un gran número de líneas de hiPSC específicas para pacientes y enfermedades.
Superando la producción de hPSC en 2D
Al multiplicar el manejo manual o automatizado de las placas de cultivo convencionales o al usar matraces de varias capas, la ampliación, en lugar de la ampliación, del cultivo 2D para la producción de células en masa de hPSC se considera generalmente factible. Sin embargo, esto todavía requerirá un espacio relativamente grande. Dado que el espacio y el tiempo para la producción de células terapéuticas en las instalaciones de salas blancas son factores de costo esenciales, estos enfoques de escalamiento horizontal están obviamente restringidos por los aspectos económicos del bioprocesamiento. Otro problema del enfoque de escalamiento en el cultivo convencional adherido a plástico es la capacidad limitada de monitorear y controlar los parámetros clave del proceso, como la evaluación continua y precisa de la proliferación celular, el monitoreo en línea del pH y el oxígeno disuelto (OD), el consumo de glucosa, producción de lactato y otros factores valiosos relacionados con el proceso. Este hecho hace que el desarrollo, el control y la extensión adecuados del proceso de producción sean bastante desafiantes.
Transición respaldada por hidrogel a 3D
Recientemente se ha sugerido el uso de hidrogeles sintéticos, potencialmente compatibles con GMP, como medio de transición hacia el cultivo de hPSC tridimensional, que podría imitar razonablemente el in vivo que apoya transitoriamente la proliferación de células madre. El formato de hidrogel admite la siembra controlada de una sola célula y permite la expansión en serie a largo plazo de las líneas de hPSC con un alto rendimiento de hasta ~ 2,0 × 107 células ml − 1 de hidrogel. La siembra de células en hidrogeles podría ser potencialmente compatible con un formato de biorreactor de lecho empacado, que podría usarse para ampliar esta técnica desde la escala actual de cultivo de tejidos a una dimensión de proceso más grande, incluido el uso de herramientas típicas de monitoreo de procesos como pH y DO. Si se puede demostrar la compatibilidad con la expansión y diferenciación masiva de hPSC, la técnica podría ser valiosa para estrategias autólogas y alogénicas para la producción de células terapéuticas.