Inkubatory CO₂

Produkty inżynierii tkankowej (ang. Tissue Engineered Products) to leki biologiczne, które zawierają komórki lub tkanki poddane obróbce biotechnologicznej lub składają się z nich. Służą one do regeneracji, odbudowy lub zastąpienia ludzkich tkanek. 
W ramach inżynierii tkankowej (Tissue Engineering) pobiera się od człowieka komórki organizmu, aby w laboratorium wyhodować z nich większe skupiska komórkowe, które następnie służą do zastąpienia lub regeneracji u pacjenta chorej tkanki, na przykład skóry, chrząstki lub kości.
 

Zapłodnienie in vitro (IVF) to zastosowanie sztucznego zapłodnienia stosowane w medycynie reprodukcyjnej. Celem tego zastosowania jest połączenie komórki jajowej i plemnika w szalce Petriego z pożywką do hodowli komórkowej. 

Zapłodnienie i rozwój embrionów ludzkich rozpoczynają się w inkubatorze CO₂. Po upływie dwóch do trzech dni embriony można przenieść z powrotem do macicy. Optymalne parametry w inkubatorze wynoszą około 37°C, 5 lub 6% objętościowych CO₂ oraz wilgotność na poziomie około 95%.

Aby uniknąć pomyłek, personel dokładnie opisuje szalki Petriego. Wewnętrzne szklane drzwiczki inkubatorów CO₂ umożliwiają ponadto stały monitoring szalek Petriego.
W medycynie weterynaryjnej, na przykład w przypadku bydła, proces ten przebiega podobnie. Oocyty umieszcza się w szalce Petriego wraz z plemnikami. Czas inkubacji wynosi 21 godzin, podczas których plemniki zapładniają oocyty. W 8. dniu po zapłodnieniu zarodki przenosi się z inkubatora CO₂ do zwierząt biorczyń.
 

Badanie hodowli komórkowych odgrywa istotną rolę w diagnostycznej analizie czynników chorobotwórczych. Na podstawie uzyskanych wyników można sformułować precyzyjne dowody dotyczące higieny, a także ocenić oporność wirusów na preparaty biofarmaceutyczne. Często stosowaną metodą w tym kontekście jest badanie wymazowe, w ramach którego kultury komórkowe wrażliwe na wirusy są poddawane działaniu wirusów, co pozwala sprawdzić ich funkcje biologiczne. Inkubatory CO₂ stanowią odpowiednie narzędzie do realizacji różnych etapów procesu, takich jak rozmrażanie i przenoszenie komórek, a także zakażanie linii komórkowych oraz barwienie kultur komórkowych. W wnętrzu inkubatora podczas tego zastosowania panuje zazwyczaj temperatura 37°C i stężenie CO₂ wynoszące 5% objętościowych.

Próbki poddaje się analizie najpóźniej po 72 godzinach. Dzięki niebieskiemu zabarwieniu warstwy komórkowej plaki można dalej charakteryzować gołym okiem lub pod mikroskopem. Inkubatory CO₂ firmy BINDER nadają się szczególnie dobrze do badań diagnostycznych oraz wykrywania wirusów, ponieważ zapewniają wyjątkowo stabilne warunki inkubacji. Przyczyniają się do tego również szklane drzwi wewnętrzne umożliwiające segmentowy dostęp. Ponadto automatyczna sterylizacja gorącym powietrzem w temperaturze 180°C niezawodnie zapobiega ryzyku kontaminacji krzyżowych oraz nieświadomemu przenoszeniu kontaminacji.
 

Biosensory to czujniki pomiarowe składające się z biologicznego elementu rozpoznającego oraz czujnika fizycznego (przetwornika), które pozostają w bezpośrednim kontakcie. Składnikiem biologicznym może być enzym, przeciwciało, DNA, receptory, a także całe komórki i wycinki tkankowe. Po interakcji badanej substancji ze składnikiem biologicznym powstaje najpierw sygnał biologiczno-chemiczny, który jest przekształcany przez przetwornik w sygnał elektryczny lub optyczny. Biosensory klasyfikuje się zazwyczaj według podstawowej fizycznej zasady pomiaru. Istnieją zatem czujniki elektrochemiczne, czujniki optyczne oraz biosensory wykorzystujące całe komórki. Biosensory znajdują zastosowanie na przykład w medycynie, kontroli jakości żywności oraz analityce środowiskowej. Jednym z najbardziej znanych przykładów są czujniki enzymatyczne służące do pomiaru stężenia glukozy.

Imponujący przykład: kardiomiocyty embrionów kurcząt zostały ponownie zagregowane w hodowli rotacyjnej w sferoidy (architektura 3D) i połączone z mikroelektrodami. Za pomocą substancji referencyjnych sprawdzono, w jakim stopniu możliwe jest wyciąganie wniosków dotyczących bodźca w odniesieniu do żywego układu. Wytworzenie sferoidów odbyło się w inkubatorach CO₂ w szalkach Petriego w temperaturze 37°C, przy stężeniu CO₂ wynoszącym 5% objętościowych, prędkości obrotowej 72 obr./min oraz promieniu orbity 20 mm.
 

Inkubatory CO₂ odgrywają ważną rolę w przygotowaniu próbek lub doświadczeń we wszystkich dziedzinach badań nad rakiem, np. w badaniach nad substancjami czynnymi, w rozwoju inwazji 3D, testów oraz biosensorów – od prostej monowarstwy po reprodukcję nowotworów pacjentów w oparciu o modele kultur komórkowych 3D (badania farmaceutyczne i opracowywanie terapii).

W zależności od rodzaju hodowli komórkowych w dziedzinach immunologii i biologii nowotworów (mechanizmy powstawania nowotworów złośliwych) stosuje się zarówno inkubatory CO₂ o temperaturze 37°C, 5% obj. CO₂ i 95% wilgotności względnej w warunkach hodowli normoksycznej, jak i inkubatory CO₂/O₂ o temperaturze 37°C, 5% obj. CO₂ oraz hipoksycznych warunkach z 1% obj. O₂.

W badaniach klinicznych, np. w pracach badawczych dotyczących onkogenów i genów supresorowych nowotworów, stosuje się inkubatory CO₂ o temperaturze 37°C i stężeniu 5% objętościowych CO₂ w warunkach normoksycznych.
 

Inkubator CO₂ to inkubator gazowy, wykorzystywany do hodowli komórek in vitro.  Termin „hodowla komórkowa” oznacza hodowlę i rozmnażanie żywych komórek poza organizmem w kontrolowanych warunkach. Hodowle komórkowe często stanowią podstawę badań klinicznych i biotechnologicznych. W inkubatorze CO₂ wzrost komórek jest możliwy dzięki atmosferze jak najbardziej zbliżonej do naturalnej. Temperatura, wilgotność oraz stężenie CO₂ muszą przy tym dokładnie odpowiadać wymaganiom hodowli komórkowych.

Inkubator CO₂ posiada wnętrze całkowicie odizolowane od otoczenia, co pozwala na wytworzenie określonej atmosfery wewnątrz urządzenia. Aby umożliwić obserwację próbek w trakcie fazy wzrostu, większość inkubatorów CO₂ posiada, oprócz standardowych drzwi, dodatkowe szklane drzwiczki, które zapewniają dodatkową ochronę przed kontaminacją.

Wnętrze jest wykonane z materiałów nierdzewnych, takich jak stal nierdzewna, i powinno mieć jak najmniej ostrych krawędzi oraz szczelin, aby uniknąć miejsc, w których mogłyby gromadzić się zanieczyszczenia. Szczególnie w wrażliwych obszarach hodowli komórkowej nawet pojedynczy zarazek może zniweczyć efekty wielu tygodni pracy.

Wpływający gaz CO₂ przepływa przez filtr sterylny i musi równomiernie rozprzestrzeniać się w całym wnętrzu, ponieważ próbki są zazwyczaj umieszczane na półkach na różnych wysokościach. Wyzwaniem jest zapewnienie jednorodności w całym wnętrzu, tak aby dla wszystkich próbek zagwarantować równomierne stężenie CO₂ przy stałych warunkach temperatury i wilgotności.