Definizione e funzione di un incubatore a CO2

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.

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!

1. Incubatori a CO₂ per prodotti di ingegneria tessutale

Con prodotti di ingegneria tessutale si intendono farmaci sviluppati appositamente per terapie di nuovo genere. Mediante tali nuove modalità di trattamento, la scienza spera di riuscire a guarire malattie finora incurabili come gravi tumori maligni o insufficienze cardiovascolari. Nel contesto della ricerca, dello sviluppo e dell’assicurazione della qualità di tali farmaci, gli incubatori a CO₂ provvedono alla crescita di colture cellulari e di tessuti.

3 esempi di applicazioni di incubatori a CO₂ nello sviluppo di prodotti di ingegneria tessutale:

Nell’ambito della ricerca sulle terapie geniche a base di lipidi su un modello di pelle umana, sono stati utilizzati incubatori a CO₂ BINDER per l’isolamento dei cheratociti epidermici, per test del rosso neutro, e per la preparazione dei cheratinociti per la trasfezione.
Le cellule per la terapia cellulare vengono prodotte in centri autorizzati. Per la loro preparazione vengono utilizzati incubatori a CO₂ in camere bianche di classe C.
Il Centro di medicina rigenerativa (ZRM) dell'Università di Zurigo svolge ricerche con incubatori a CO₂ relative a terapie con ingegneria tessutale, coltivando formazioni cellulari e di tessuti. In tal modo è possibile ricreare a posteriori in laboratorio tessuti viventi come valvole cardiache e vasi sanguigni, ricorrendo a cellule staminali.

2. Incubatori a CO₂ per la fecondazione in vitro

Con fecondazione in vitro (IVF) si intende un metodo per la fecondazione artificiale assistita nel campo della medicina della riproduzione umana. Lo scopo di tale applicazione è la fusione tra ovociti e spermatozoi su di una piastra di Petri con terreno di coltura.

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.

3. Incubatori a CO₂ per la diagnostica

Un ruolo importante nella diagnostica degli agenti patogeni viene svolto dall’analisi di colture cellulari. In basi ai risultati, è possibile formulare precisi protocolli di igiene, nonché valutare la resistenza dei biofarmaci ai virus. Un metodo applicato di frequente in tale contesto consiste nel prelievo di un campione a striscio, mettendo a confronto le colture cellulari con dei virus per verificarne la funzionalità biologica.

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.

4. Incubatori a CO2 per lo sviluppo di biosensori

Nel campo della medicina, dei controlli della fermentazione, dei controlli di qualità di generi alimentari e dell’analisi ambientale si utilizza un numero crescente di biosensori. Il biosensore trasforma un elemento biologicamente sensibile in un segnale digitale, mediante cui è possibile eseguire analisi tramite simulazione fisica o chimica.

Possibili elementi biologicamente sensibili:

Enzimi
Anticorpi
Organuli cellulari
Cellule intere
Reti di cellule

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.

5. Incubatori a CO₂ nella ricerca sul cancro

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:

Ricevi tutti i case study sull'incubatore di CO2

Tutti i Case Studies sull’incubatore a CO2

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.

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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?”

A partire da quando un incubatore a CO₂ è pronto per l’uso?

Complessivamente, la validazione l’incubatore a CO₂ prevede tre passaggi operativi:

Installation Qualification (IQ): il primo passaggio prevede la verifica del funzionamento di tutti i componenti dell’incubatore a CO₂.
Operational Qualifications(OQ): in questo passaggio vengono verificate le prestazioni dell’incubatore a CO₂ a camera vuota, per appurare se venga rispettato un determinato intervallo di temperatura, e se il data logger sia tarato correttamente.
Performance Qualifications (PQ): a questo punto viene stabilito se l’incubatore sia in grado di mantenere il livello di temperatura anche in stato di carico.

Tutto quello che c'è da sapere sulla “Buona pratica di laboratorio” è disponibile nella nostra checklist

La “buona prassi di laboratorio” (GLP): la vostra lista di controllo per ricerca e sviluppo conformi alla GLP

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.

Compilate il modulo e assicuratevi la lista di controllo gratuita!

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:

Prevenzione della contaminazione – Quali misure vengono prese per prevenire un’eventuale contaminazione?
Utilizzo – Quale deve essere la struttura ideale di un incubatore a CO₂, per garantirne un utilizzo semplice?
Concezione del vano interno – Che cosa caratterizza un apparecchio ben concepito?
Gestione dell’umidità – Come è possibile proteggere al meglio le colture cellulari dall’essiccamento?
Adduzione della CO₂ – Quale tipo di adduzione della CO₂ è la più efficace e la più sicura?

1. Prevenzione della contaminazione

Tre sono le caratteristiche dell’apparecchio per diminuire il rischio di contaminazione:

Evitare fonti occulte di contaminazione, quali ventole e giunture nel vano interno dell’incubatore.
Bordi e angoli arrotondati per una semplice disinfezione tramite spruzzo e tergitura.
Possibilità di una completa sterilizzazione ad aria calda dell’intero vano interno.

Maggiori informazioni sul tema dei rischi di contaminazioni sono disponibili in questo contributo per il blog.

4. Gestione dell’umidità

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:

La riduzione al minimo dell’evaporazione del medium grazie all’elevata umidità.
La garanzia di pareti interne asciutte grazie alla limitazione dell’umidità.

5. Adduzione della CO₂

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:

Reagisce rapidamente alle oscillazioni della concentrazione della CO2
Non comporta fonti occulte di contaminazione

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:

Nella nostra Buyer’s Guide, abbiamo riassunto per voi in 6 punti tutto quello di cui si dovrebbe tenere conto prima dell’acquisto di un incubatore a CO2.

6 punti da tenere presenti nell’acquisto di incubatori a CO2

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:

Prevenzione della contaminazione
Utilizzo e pulizia
Concezione del vano interno
Gestione dell’umidità
Adduzione della CO2
Economicità

Compili il modulo e si assicuri la guida all'acquisto gratuita!

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.

Coltivazione cellulare e contaminazione

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.

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.

Nessun costo per filtro HEPA
Nessun costo per soluzioni con perossido di idrogeno
Nessun costo ricorrente per lampade agli ultravioletti

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.

Nei nostri Whitepaper, potete trovare maggiori informazioni in merito a tutti i temi trattati

Tutti i Whitepaper sull’incubatore a CO2

Dalla “Buona pratica di laboratorio” fino all’accurata coltivazione cellulare

La “Buona pratica di laboratorio”: che cosa si nasconde dietro questa espressione?

Scoprite in questo Whitepaper perché in sede di autorizzazione sia così importante il principio del controllo plurimo e la presentazione della documentazione completa.

Validazione e qualifica in ambito regolato

Scoprite, inoltre, nel presente Whitepaper che ruolo giocano i sistemi informatizzati nell’ambito della qualifica e come funziona in dettaglio tale procedura.

Coltivazione cellulare senza contaminazione

Nel Whitepaper vengono confrontati e valutati i sistemi complessivi di per sé e, nello specifico, i programmi di anti-contaminazione.

Compilate il modulo e assicuratevi i Whitepaper gratuiti!

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!

tutto da sapere sugli incubatori Co²

Che cos’è un incubatore a CO₂?

Struttura e funzionamento di un incubatore a CO₂

Campi di applicazione di incubatori a CO₂ in ambito medico, farmaceutico e affini.

1. Incubatori a CO₂ per prodotti di ingegneria tessutale

3 esempi di applicazioni di incubatori a CO₂ nello sviluppo di prodotti di ingegneria tessutale: