stagra

Un apparecchio per la separazione delle cellule
staminali
Una cellula staminale è una cellula non differenziata che si caratterizza: da un lato per la sua
capacità di generare delle cellule specializzate differenziandosi e dall’altro per la sua capacità a
moltiplicarsi quasi infinitamente mantenendo identiche le sue caratteristiche.
In particolare, si parla di cellule staminali negli animali, ma i meristemi delle piante ne sono anche
costituiti. In maniera più generale, tutti gli organismi pluricellulari hanno delle cellule staminali. Le
cellule staminali animali e in particolare le cellule staminali umane sono attualmente oggetto di un
gran numero di ricerche particolarmente in medicina, in previsione di un loro utilizzo nella
rigenerazione di tessuti o nella creazione di nuovi tessuti ed organi.
Le cellule staminali da tessuto adiposo
L’estrazione delle cellule mesenchimali dal tessuto adiposo permette a chiunque di poter
recuperare il proprio patrimonio di cellule e di conservarle tramite crioconservazione per un uso
futuro. Le cellule staminali adulte costituiscono una fonte illimitata di cellule d’interesse
farmacologico e medicale.
La presenza di cellule staminali multipotenti è stata confermata nel midollo osseo, nei muscoli e
nei vasi sanguinei, ciò nonostante le cellule staminali sono rare in questi tessuti. Sono
ugualmente difficili da isolare e da amplificare ex-vivo. Il tessuto adiposo potrebbe dunque essere
una fonte particolarmente interessante di cellule per terapie cellulari. In effetti, questi tessuti
riuniscono molti tra i criteri favorevoli: rappresentano circa il 10% del peso corporeo in un
individuo adulto sano e fino al 50% negli obesi; il loro utilizzo non presenta problemi etici; sono
prelevati senza grandi difficoltà e senza alcuna problematica maggiore per i pazienti tramite le
tecniche di liposuzione che sono effettuate di routine in anestesia locale. Inoltre un fatto non
trascurabile è che nel tessuto adiposo si possono trovare dal 15% al 30 % di cellule staminali
mesenchimali, molto importanti in medicina rigenerativa.
Scopo del progetto
Il protocollo utilizzato per l’estrazione delle cellule staminali mesenchimali da tessuto adiposo
impone un tempo di trattamento di circa 2.5 ore per ogni campione ed il processo attualmente
impiegato, essendo completamente manuale, non rispetta le condizioni GMP (Good
Manufactures Practices) e di sistema chiuso non assicurando così un livello di sterilità e di pulizia
ottimali. Con questo progetto si realizzerà un dispositivo (macchina + kit sterili monouso) che
permetterà di ridurre i tempi di trattamento e nello stesso tempo permetterà il trattamento di più
campioni di tessuto adiposo simultaneamente.
Questa soluzione permetterà di disporre di un sistema chiuso per tutto il processo di lavorazione
del tessuto adiposo riducendo considerevolmente i tempi di lavorazione e riducendo, di fatto, i
costi di bancaggio delle cellule staminali da tessuto adiposo. Un dispositivo di questo tipo potrà
assicurare ad una struttura di bancaggio di tessuti biologici il trattamento di circa 6'000 campioni
all’anno.
LIPOASPIRATE
SVF (Stromal Vascular Fraction)
Freeze cells
Adipobanking
Risultati attesi
Con questo progetto si attendono i risultati seguenti:
1. La realizzazione d’un prototipo funzionale che rispetti le performance desiderate
(estrazione di un alto numero di cellule staminali mesenchimali per unità di volume),
2. Lo sviluppo d’un dimostratore utilizzando tecnologie appropriate all’ingegnerizzazione del
prodotto finale,
3. L’identificazione dei terzisti atti alla realizzazione delle differenti componenti del sistema
completo.
Tappe di avanzamento di progetto
L’architettura complessiva della macchina è stata concepita sulla base delle seguenti funzioni e
caratteristiche chiave:
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Volume del campione di biologico da trattare
Trattamento completo a circuito chiuso sterile
Autoclavabilità di alcune sezioni della macchina
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Movimentazione dei prodotti bio-chimici all’interno del circuito sterile
Condizionamento termico per la fase digestiva del processo di estrazione
Riconoscimento automatico della transizione tra parte utile e di scarto
Addensamento forzato delle cellule staminali estratte mediante centrifugazione a 400g
Risospensione dell’addensato cellulare per la successiva fase di conservazione
Trattamento fino a 4 campioni contemporaneamente
Registrazione automatica dei singoli passi di ciascun processo e generazione di un
report finale di estrazione per la banca dati
Funzioni, caratteristiche e protocollo manuale di estrazione hanno portato all’ideazione di una
macchina costituita sostanzialmente dalle seguenti unità:
1. Kit monouso: Nel suo complesso il kit monouso costituisce un laboratorio biochimico
sterile e a circuito chiuso monouso all’interno del quale vengono introdotti il campione da
trattare e i reagenti necessari all’estrazione delle cellule staminali. La presenza di uno
stantuffo e di una valvola rotante multivia garantisce, mediante l’intervento di attuatori
esterni, la movimentazione e il processamento dei fluidi.
2. Capsula: Come anticipato al punto precedente il kit monouso necessita di attuatori in
grado di agire sulla valvola e sul pistone per la corretta movimentazione dei fluidi. Gli
attuatori sono integrati all’interno di una capsula, in particolare nel coperchio e nel fondo.
La capsula inoltre, è dotata di maniglia di sicurezza e può essere separata dalla
macchina per le operazioni di caricamento e/o trasferimento del campione nonché di una
cella ermetica autoclavabile di sicurezza.
3. Centrifuga: Tra le varie fasi previste dal protocollo di estrazione compaiono quelle di
centrifugazione e basculamento delle capsule. La centrifugazione a 400g si rende
necessaria per compattare le cellule staminali, isolate dal campione di grasso originale,
in un pellet utile per le operazioni di lavaggio e purificazione delle stesse. Il basculamento
della capsula invece è stato previsto per produrre l’effetto inverso ovvero la
risospensione delle cellule in un dato volume di liquido. La struttura elettromeccanica
adibita a tale scopo è costituita dal sottoinsieme trasmissione/girante il quale, costituisce
inoltre il sistema di trasferimento dell’energia tra sezione statica e rotante
dell’apparecchio.
4. Controllo: Dal punto di vista elettrico l’apparecchio prevede un controllo distribuito
costituito da una consolle utente collegata ad una sezione principale di gestione, basata
su PC, in comunicazione contemporanea con le quattro sottounità satellite delle capsule.
5. Carrozzeria: Tutte le sezioni descritte trovano posto all’interno di una struttura portante
in grado di proteggere tanto le parti interne più delicate quanto il personale che utilizza la
macchina.
Struttura generale di STAGRA
Ricadute positive nei settori: medico, sociale e sanitario
L’estrazione delle cellule staminali mesenchimali dal tessuto adiposo è una procedura senza
alcun dubbio di grande interesse. Combinato con la chirurgia ricostruttiva possiede un enorme
potenziale.
Attualmente le cellule staminali derivate dal tessuto adiposo sono già utilizzate per la
ricostruzione del seno dopo mastectomia parziale, utilizzando del tessuto adiposo estratto tramite
liposuzione dalla paziente stessa, arricchito con proprie cellule staminali mesenchimali e
reimpiantato nel seno da rimodellare.
Altro enorme potenziale è da identificarsi con le terapie cellulari che attualmente rappresentano
una grande sfida per il futuro per le cure di innumerevoli patologie tra cui possiamo citare:
l’Alzheimer, il Parkinson, malattie del midollo osseo, crisi cardiache e cerebrali, ustioni, diabete,
artrite reumatoide, ecc.

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