Progettazione e sviluppo di un bioreattore multicamera per l'ingegneria del tessuto muscolare

Due to the increasing number of samples needed in research, we developed a new bioreactor able to grow and to mechanically stimulate 24 samples simultaneously. In this work we report in detail the design of each component of the system, including used materials and working techniques. The use of the described cell culture chambers makes possible to physically stimulate the cells inside by means of a surface with a specific topography. The creation of separated culture environment, avoid cross-contamination problems. The bioreactor, in order to mimic in vivo cells conditions, is equipped with a system able to stretch the culture chambers. A regulation mechanism let to modify the initial elongation of every sample. Chamber dimensions are suitable for microscopic tissue monitoring. The lid has been designed in such a way to not disturb optics during image acquisition. Further validation tests are going to be performed. Future developments plan to use better mechanical properties materials to realize several inner components. An improvement of regulation system is planned, making it finer. It is also reported another bioreactor development, that applies stretching force by using electromagnet placed outside the chamber. The system designed in this way, reduces the possibility of culture contamination, and allows totally independent stimulation of the culture chambers. A microcontroller is used to drive electromagnets. Electrical setup description is finally reported, with two examples of program codes.

Data la crescente necessità di campioni per analizzare il tessuto muscolare, è stato progettato un bioreattore in grado di coltivarne e stimolarne meccanicamente fino a 24 contemporaneamente. In questo lavoro viene riportato nel dettaglio il disegno di tutte le componenti del sistema, e le tecniche e i materiali con cui sono state realizzate. L’utilizzo delle camerette descritte consente di stimolare fisicamente i campioni al proprio interno per mezzo di una superficie con una specifica topografia. La creazione di ambienti di coltura separati, evita problemi di cross-contaminazione. Il bioreattore, al fine di poter mimare al meglio le condizioni in vivo delle cellule, è dotato di un sistema in grado di imporre un allungamento alle camerette al suo interno. Un meccanismo di regolazione permette di modificare l’allungamento iniziale di ogni campione coltivato. Le dimensioni della camera sono adatte al monitoraggio dei tessuti al microscopio. Il coperchio è stato costruito in modo tale da non generare disturbi nell’ottica durante l’acquisizione delle immagini. Altri test necessari alla validazione del dispositivo sono in corso di svolgimento. Sviluppi futuri prevedono di utilizzare materiali con migliori caratteristiche meccaniche per realizzare alcuni componenti interni. Inoltre, è previsto un miglioramento del sistema di regolazione, rendendolo più fine. È riportato anche lo sviluppo e il funzionamento di un prototipo di bioreattore che applica lo stretching mediante l’utilizzo di elettromagneti posti al di fuori della camera; il sistema così progettato, riduce la possibilità di contaminazione delle colture all’interno della struttura, e permette una stimolazione delle camerette totalmente indipendente le une dalle altre. È riportata infine la descrizione del setup elettronico utilizzato per controllare gli elettromagneti, e due esempi di codici per programmare il microcontrollore.