Definizione
In un incubatore a CO2, detto anche incubatore a gas, grazie a un’atmosfera il più possibile fedele a quella naturale, viene assicurato lo sviluppo di colture cellulari e di tessuti. Questo genere di coltura di organismi viventi viene detta in vitro, costituendo il principale campo di impiego degli incubatori a CO2.
Un tale processo può richiedere parecchie settimane. La crescita e la sicurezza dei campioni hanno sempre la massima priorità. Per garantirle, temperatura, umidità e contenuto di CO2 devono corrispondere nel modo più preciso possibile ai requisiti previsti per le colture cellulari.
Struttura
Un incubatore a CO2 dispone di un vano interno completamente isolato dall’ambiente esterno, per evitare che l’atmosfera dentro l’apparecchio possa esserne influenzata. Per consentire agli addetti al laboratorio di gettare uno sguardo sui campioni anche durante la fase di crescita, la maggior parte degli incubatori a CO2, sono dotati, oltre alla porta regolare, di una porta in vetro che protegge ulteriormente da contaminazioni.
Il vano interno è realizzato con materiali inossidabili come l’acciaio inox, e dovrebbe presentare il minor numero possibile di bordi appuntiti e fessure, per evitare fonti occulte di contaminazione. Proprio nel campo assai sensibile della coltivazione cellulare anche un unico germe può vanificare il lavoro di intere settimane.
L’aria fluisce all’interno attraverso un filtro sterile, e deve distribuirsi uniformemente nell’intero vano interno, poiché i campioni sono per lo più collocati su ripiani posti a differenti altezze. La vera sfida consiste nell’assicurare l’uniformità nell’intero vano interno, in modo da garantire per tutti i campioni un afflusso uniforme della CO2 a fronte di condizioni costanti di clima e umidità.
Nel campo della coltivazione cellulare sono decisivi i seguenti parametri:
Applicazione
Gli incubatori a CO2 trovano applicazione con maggiore frequenza nella ricerca medica e nell’industria farmaceutica. Vi sono, però, anche altri settori in cui la crescita delle cellule deve avvenire in condizioni di assoluta assenza di germi, e nei quali gli incubatori a CO2 garantiscono condizioni sterili di coltivazione.
Abbiamo sintetizzato per voi altri campi d’applicazione nel contributo per il blog “5 interessanti campi d’applicazione per incubatori a CO2”!
Oppure date direttamente un’occhiata ai nostri Case Studies!
La fecondazione e lo sviluppo degli embrioni umani iniziano dentro un incubatore a CO2. Dopo due o tre giorni, gli embrioni vengono reimpiantati nell’utero. I valori ottimali nel vano di crescita si collocano a circa 37°C di temperatura, a 5 o 6 vol.-% di CO2, con un’umidità intorno al 95%.
Al fine di evitare il pericolo di scambi, il personale etichetta accuratamente ogni piastra di Petri. Inoltre, le porte interne in vetro degli incubatori a CO2 rendono possibile il permanente controllo delle piastre di Petri.
Nel settore della medicina veterinaria, ad esempio per i bovini, la procedura si configura in modo simile. Gli oociti vengono posti insieme agli spermatozoi su una piastra di Petri. Il periodo di incubazione ammonta a 21 ore, necessarie affinché gli oociti vengano fecondati dagli spermatozoi. L’ottavo giorno dopo la fecondazione gli embrioni vengono trasferiti dall’incubatore a CO2 nel corpo dell’animale.
Per i diversi passaggi operativi della procedura, come scongelamento e trattamento delle cellule, nonché infezione delle linee cellulari, e colorazione delle colture cellulari, lo strumento adatto è rappresentato dagli incubatori a CO2. Nel caso di questa applicazione, nel vano interno si hanno per lo più 37°C di temperatura e 5 vol.-% di CO2.
Al più tardi dopo 72 ore i campioni vengono sottoposti a valutazione. Grazie alla colorazione in blu dello strato cellulare è possibile caratterizzare a occhio nudo o al microscopio le strutture tipiche legate all’infezione.
Gli incubatori a CO2 di BINDER sono principalmente idonei per finalità diagnostiche ovvero per la comprova della presenza di virus, in quanto capaci di mantenere condizioni particolarmente stabili di incubazione. A ciò contribuiscono anche le porte interne in vetro per l’accesso segmentato. Inoltre, i rischi di contaminazioni incrociate e di propagazione inavvertita di contaminazioni vengono sempre eliminati in modo affidabile mediante la sterilizzazione automatica ad aria calda a 180°C.
Possibili elementi biologicamente sensibili:
Per questa applicazione BINDER mette a disposizione:
I sistemi cellulari in vitro in combinazione con sensori trovano applicazione nell’industria farmaceutica, in ambito tossicologico e nella ricerca di base. Uno degli esempi più noti è rappresentato dai sensori enzimatici per la misurazione del glucosio.
Un esempio di notevole impatto: cardiomiociti di embrioni di polli in coltura a rotazione sono stati riaggregati in sferoidi (architettura 3D) e accoppiati a microelettrodi. Mediante sostanze di riferimento è stato verificato in che misura siano possibili asserzioni relative alla stimolazione su un sistema vivente. La produzione degli sferoidi è avvenuta in incubatori a CO2 su piastre di Petri a 37°C di temperatura, 5 vol.-% di CO2 e con 72 giri/min e orbita di 20mm.
Come l’American Association for Cancer Research AACR18 nel 2017 ha mostrato in modo rimarchevole, nel campo della ricerca sul cancro sono stati compiuti enormi progressi.
Gli incubatori a CO2 giocano un ruolo importante nella preparazione di campioni ovvero dei test in tutti i campi della ricerca sul cancro, ad es. nell’individuazione di principi attivi, nello sviluppo di invasioni 3D, saggi e biosensori – dal semplice monostrato fino alla riproduzione di tumori dei pazienti tramite modelli di colture cellulari 3D (ricerca di farmaci e sviluppo di terapie).
A seconda delle colture cellulari, vengono utilizzati in campo immunologico e biotumorale (modalità di generazione di tumori maligni) sia incubatori a CO2 con 37°C di temperatura, 5 vol.-% di CO2 e 95% di umidità relativa con condizioni normossiche di coltura, che anche incubatori a CO2/O2 con 37°C di temperatura, 5 vol.-% di CO2 e livello ipossico con 1 vol.-% di O2.
Nella ricerca clinica, ad es. nei lavori di ricerca con oncogeni e soppressori tumorali, gli incubatori a CO2 vengono utilizzati con temperatura di 37°C e 5 vol.-% di CO2 in condizioni normossiche. La missione dell’American Association for Cancer Research AACR è quella di prevenire e curare il cancro tramite ricerca, formazione continua, comunicazione e collaborazioni.
Nei nostri Case Studies scoprirete maggiori dettagli sui campi di applicazione degli incubatori a CO2. Abbiamo raccolto per voi tutti i Case Studies in un unico download:
Dalla “Medicina del futuro” fino al successo nella riproduzione di cellule epiteliali umane.
1. La medicina del futuro
Scoprite nel presente Case Study, come potete garantirvi la massima sicurezza dei campioni e il minimo rischio di contaminazioni.
2. I trapianti di pelle possono salvare delle vite umane
Nel presente Case Study viene trattata l’incubazione di colture cellulari epiteliali umane nell’incubatore e la distribuzione uniforme della CO2.
3. Ricerca sulle cellule staminali per la lotta alle malattie
Nel presente Case Study vengono illustrate alcune soluzioni per condizioni riproducibili di crescita e basso rischio di contaminazioni.
4. Riprodurre con successo cellule epiteliali umane
Scoprite nel presente Case Study come è possibile garantire la crescita sicura ed efficiente di tessuto epiteliale con il massimo risparmio in termini di tempi e costi.
Validazione
Esistono diverse direttive che regolamentano l’utilizzo di incubatori a CO2. Nell’industria farmaceutica i requisiti previsti dalla buona pratica di laboratorio (GLP) e dalla buona pratica di fabbricazione (GMP) sono descritti nella norma CFR 21, parte 11 e regolamentano l’utilizzo di dispositivi di misurazione, che devono essere tarati e controllati a intervalli prestabiliti. Un data logger deve rilevare tutti i parametri di prova e inoltrarli al software e al supporto di memoria in cui verranno elaborati e archiviati.
Tutti i dettagli importanti da sapere sulla GLP sono contenuti nel nostro Whitepaper: “La buona pratica di laboratorio: cosa si nasconde dietro questo approccio?”
Le domande fondamentali sulla GLP:
Che cosa significa la GLP per incubatori, camere climatiche e stufe di essiccazione a vuoto? Come è possibile applicarla nella prassi? Quali sono i punti da prendere in considerazione? Quali attestati e documentazioni sono importanti? E quali soluzioni vengono offerte da BINDER per soddisfare le direttive previste dalla GLP?
Nella nostra lista di controllo sul tema della “buona pratica di laboratorio” intendiamo dare risposta a queste domande scottanti. Inoltre, in essa sono riportati i più importanti criteri GLP con riferimento agli apparecchi.
Criteri da tenere presenti:
Gli incubatori a CO2 dovrebbero creare le migliori condizioni possibili per le colture cellulari da sottoporre ad analisi, impedendo nel contempo una possibile contaminazione. Pertanto, prima di acquistare un incubatore a CO2 ci si dovrebbe porre le seguenti domande:
Tre sono le caratteristiche dell’apparecchio per diminuire il rischio di contaminazione:
Un comando con menù intuitivo semplifica i processi e garantisce un ambiente di lavoro privo di barriere. Altrettanto importante risulta un facile smontaggio degli incubatori a CO2, poiché essi devono essere puliti e nuovamente caricati a intervalli regolari. La tempistica per tale processo può variare a seconda del produttore.
Il vano interno dovrebbe caratterizzarsi per la sua semplicità: sobrio, ben strutturato, facile da pulire, a ridotta manutenzione. Per garantire condizioni ottimali di crescita di colture cellulari e di tessuti le superfici di contaminazione devono essere ridotte al minimo.
La sterilizzazione dovrebbe avvenire mediante semplice azionamento di un pulsante. Conforme allo standard risulta una decontaminazione dell’intero vano interno a 180 °C a garanzia di assoluta assenza di germi.
Grazie a una sufficiente umidità dell’aria si può impedire l’essiccamento delle colture cellulari. Un’intelligente gestione dell’umidità garantisce valori elevati di umidità a fronte di un’evaporazione minima del medium e, possibilmente, senza rischio di contaminazioni.
I vantaggi più importanti di una buona gestione dell’umidità:
L’obiettivo è quello di garantire una distribuzione del tutto uniforme del gas nel vano interno. Un idoneo sistema di adduzione della CO2 dovrebbe assicurare costantemente uno stabile valore del pH nel vano di crescita, a garanzia di uno sviluppo ottimale delle cellule.
Un sensore intelligente della CO2 reagisce rapidamente ai cambiamenti nella concentrazione del gas, garantendone la stabilità a lungo termine. Va fatta una distinzione tra gli incubatori a CO2 i cui sensori della CO2 si trovano internamente o esternamente al vano di crescita.
Vantaggi del sensore posto internamente al vano di crescita:
Pertanto, i sensori dovrebbero trovarsi nel vano di crescita, ma al contempo essere protetti dalle elevate temperature.
Tutto quello di cui si dovrebbe tenere conto prima dell’acquisto di un incubatore a CO2 l’abbiamo riassunto per voi in 6 punti nella nostra Buyer’s Guide:
Gli incubatori a CO2 dovrebbero creare le migliori condizioni possibili per le colture cellulari sottoposte ad attività di ricerca, impedendo nel contempo una possibile loro contaminazione.
Scoprite di più sui 6 punti da tenere presenti nell’acquisto di incubatori a CO2 nella Buyer’s Guide:
Modelli
Vi sono incubatori a CO2 di differenti dimensioni interne ed esterne, nonché con differenti valori di temperatura, umidità e CO2. Si dovrebbero sempre analizzare in precedenza i tipi di applicazioni per le quali va utilizzato l’incubatore a CO2. In ogni caso, un incubatore a CO2 dovrebbe essere in grado di evitare in modo affidabile contaminazioni, di mantenere stabile il valore del pH nel vano interno, e di dimostrare un’elevata precisione nella regolazione della temperatura.
Le contaminazioni sono un problema ampiamente diffuso nelle attività svolte con le colture cellulari. Per prevenirle sono indispensabili una tecnica di lavoro in condizioni sterili e una manipolazione attenta delle colture. Anche l’incubatore a CO2 svolge un ruolo importante, perché offre condizioni di crescita ideali non solo per le colture cellulari ma anche per molti microbi indesiderati. Di conseguenza, ogni incubatore a CO2 di pregio è dotato di diverse caratteristiche finalizzate alla prevenzione delle contaminazioni. Non si può, però, decidere razionalmente l’acquisto di un incubatore a CO2 basandosi soltanto su una somma di dettagli tecnici, ma si devono piuttosto valutare e confrontare i sistemi complessivi con particolare riferimento ai programmi di anti-contaminazione. In tal caso, risulterà evidente che i sistemi complessi non sono di per sé più sicuri di quelli semplici. L'apparecchio prescelto dovrebbe risolvere il problema della contaminazione in modo rapido e affidabile, senza complicazioni né costi elevati per il materiale di consumo.
Maggiori informazioni su sterilizzazione ad aria calda e altre misure di controllo della contaminazione negli incubatori a CO2 sono contenute nel Whitepaper “Coltivazione cellulare senza contaminazione”!
In caso di processi complessi di coltivazione o di ambienti di crescita particolari, ad esempio in condizioni ipossiche, sono necessari incubatori a CO2 con ulteriori controlli di processo. Essi dispongono delle caratteristiche necessarie per eccellere anche in caso di processi sensibili di incubazione.
Costi
I costi d’esercizio determinano l’economicità della vostra decisione. Essi comprendono:
Una facile pulizia consente di risparmiare tempo e denaro: una corretta pulizia di differenti tipi di incubatori a CO2 può richiedere da uno a cinque minuti, cosa che, in presenza di molti apparecchi e brevi intervalli di carico, può avere effetti enormi sui costi per il personale.
I materiali di consumo possono rappresentare, a loro volta, un decisivo fattore di costo, che nel caso di alcuni produttori può arrivare a 1.500 € all’anno.
Mantenete i costi di esercizio bassi scegliendo un incubatore a CO2 che non necessita di materiali di consumo.
Solo prendendo in considerazione i costi d’esercizio è possibile stabilire se l’acquisto di un apparecchio sia conveniente anche dopo anni di utilizzo dello stesso.
Dalla “Buona pratica di laboratorio” fino all’accurata coltivazione cellulare
Scoprite in questo Whitepaper perché in sede di autorizzazione sia così importante il principio del controllo plurimo e la presentazione della documentazione completa.
Scoprite, inoltre, nel presente Whitepaper che ruolo giocano i sistemi informatizzati nell’ambito della qualifica e come funziona in dettaglio tale procedura.
Nel Whitepaper vengono confrontati e valutati i sistemi complessivi di per sé e, nello specifico, i programmi di anti-contaminazione.
In sintesi
Per proteggere in modo ottimale i campioni in un incubatore a CO2 è indispensabile il mantenimento dell’atmosfera. Il materiale di carico in ogni caso è prezioso, e le fasi di test richiedono per lo più molto tempo. Pertanto, la qualità dell’incubatore a CO2 è enormemente importante.
Un ulteriore aspetto: l’incubatore a CO2 deve essere perfettamente pulito prima di ogni nuovo test, per escludere l’evenienza di una contaminazione incrociata dei nuovi campioni. Pertanto, l’apparecchio dovrebbe essere facile da pulire. Altrettanto importante è che l’incubatore a CO2 funzioni del tutto senza condensa e crei condizioni ottimali di crescita per le colture.
Tenendo presenti tali criteri, troverete sicuramente l’incubatore a CO2 giusto per le vostre applicazioni!
Avete domande sul funzionamento e l'applicazione degli incubatori a CO2 o desiderate informazioni sulle specifiche dei nostri apparecchi?
Allora compilate il relativo formulario. Uno dei nostri commerciali vi contatterà al più presto per rispondere in modo competente alle vostre richieste.