Sviluppo di un sistema di incubazione per la realizzazione di bioreattori stand-alone

The development of an engineered tissue cannot be achieved without the use of bioreactors, devices able to provide the appropriate physical and biochemical stimuli to recreate the in vivo conditions of the tissue to be engineered. Any type of bioreactor must be able to guarantee environmental and operational conditions monitored and controlled on an ongoing basis. In most of the research applications, cell culture incubators, in which bioreactors are placed during cell culture, provide monitoring and control of environmental parameters (concentration of carbon dioxide, temperature and relative humidity). This operation is difficult due to the structural complexity of bioreactors and the lack of an integrated structure and a centralized user interface. This thesis project, in the field of Tissue Engineering, aims to design and implement an incubation system for the development of stand-alone bioreactors, capable of properly conditioning the incubation environment and controlling the reference parameters. The starting system, represented by an incubator for volatile eggs, has been appropriately adapted to meet all the specifications required for a cell incubator. Before proceeding with the validation of the system through cell viability tests, preliminary tests were conducted to investigate the ability of the device to achieve stable incubation conditions and to promote cellular vitality and proliferation. The experimental tests confirmed that the incubation conditions recreated within the developed device are comparable with those of a commercial incubator; temperature, CO2 concentration and relative humidity within the system are suitable for the maintenance of cell cultures.

La realizzazione di un tessuto ingegnerizzato non può prescindere dall'impiego di bioreattori, dispositivi in grado di fornire gli opportuni stimoli fisici e biochimici affinché vengano mimate le condizioni in vivo del tessuto da ingegnerizzare. Qualsiasi tipologia di bioreattore deve poter garantire condizioni ambientali ed operative monitorate e controllate in maniera continuativa. Nella maggior parte delle applicazioni di ricerca, al monitoraggio ed al controllo dei parametri ambientali (concentrazione di anidride carbonica, temperatura e umidità relativa) provvedono gli incubatori per colture cellulari, all'interno dei quali i bioreattori vengono alloggiati durante le colture. Questa operazione comporta un notevole ingombro oltre alla difficile gestione per la mancanza di un assetto integrato e un’interfaccia utente centralizzata. Questo progetto di tesi si inserisce nell'ambito dell’Ingegneria dei Tessuti con l’obiettivo di progettare e realizzare un sistema di incubazione per lo sviluppo di bioreattori stand-alone, capace di condizionare correttamente l’ambiente di incubazione e di controllarne i parametri di riferimento. Il sistema di partenza, rappresentato da un’incubatrice per uova di volatili, è stato opportunamente adattato per rispondere a tutte le specifiche richieste ad un incubatore cellulare. Prima di procedere alla validazione biologica del sistema, sono state condotte delle prove preliminari per indagare la capacità del dispositivo di raggiungere condizioni di incubazione stabili, in termini di temperatura e concentrazione di CO2, e che favoriscano la vitalità e la proliferazione cellulare. I test sperimentali condotti hanno confermato che le condizioni di incubazione ricreate all'interno del dispositivo sviluppato sono comparabili con quelle di un incubatore commerciale; temperatura, concentrazione di CO2 e umidità relativa all’interno del sistema raggiungono un livello adeguato al mantenimento delle cellule in coltura.