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Fundación Ascamm colabora en el desarrollo de una plataforma física con material plástico de bajo coste para el Hexascreen

Nuevos desarrollos para biotecnología en aplicaciones sobre materiales plásticos

Andreu Sancho Descalzo. Área de Transferencia Tecnológica01/08/2005
La aplicación de la tecnología basada en la aplicación de técnicas de genómica y proteonómica y de química combinatoria para la mejora de organismos, así como el desarrollo de nuevas substancias y nuevos procesos, de aplicación en áreas tan amplias como la biomedicina, biotecnología e industria alimentaria, se enfrenta a la capacidad de explorar, en tiempos razonables y con medios altamente tecnificados y estandarizados, tanto el potencial productor de las diferentes células modificadas, así como los efectos terapéuticos y/o tóxicos de las diferentes moléculas desarrolladas con las mencionadas técnicas.
La barrera más importante que se encuentra en la evaluación de todas las capacidades comentadas anteriormente es la disponibilidad de un sistema versátil, fiable, simplificado, de gran capacidad de trabajo y altamente automatizado como herramienta de uso generalizado para la exploración de aquellas actividades potencialmente relevantes en todas las áreas citadas.

Por otra parte, el desarrollo de sistemas in vitro en el caso concreto de células animales debe permitir el abandono progresivo de animales de experimentación, en la evaluación de actividades farmacológicas y toxicológicas, dadas las limitaciones impuestas por la legislación europea a su utilización.

Es importantísimo el número de investigadores y compañas a nivel estatal, europeo y mundial que investigan la generación de nuevos productos y procesos aplicables a nivel industrial. Con las nuevas técnicas combinatorias (tanto a nivel genético como químico) se generan una gran cantidad de organismos y productos que han de ser testados de manera clásica.

La medida de las actividades biológicas, propias o generadas por modificaciones genéticas, se convierte en fundamental en estas disciplinas científicas, para informar y valorar el objeto investigado y establecer las correspondientes correlaciones con respecto a actividades, propiedades y posibilidades de aplicación de las diferentes substancias o procesos explotables a nivel industrial.

Las variables biológicas son bastante más difíciles de monitorizar que las de otras disciplinas. Entre las más relevantes cabe destacar la medida y seguimiento de la concentración celular y las medidas y seguimiento de la actividad celular. El presente proyecto propone el desarrollo de un sistema miniaturizado de medida de ambas variables como respuesta a diferentes condiciones cambiantes del entorno fisicoquímico de los organismos en cultivo y de perturbaciones en ellas a través de la adición de substancias con efectos fisiológicos ya sea como efectos potenciadores del crecimiento o, por el contrario, de substancias con efectos tóxicos para el desarrollo de los cultivos .

La relevancia de la explotación comercial de nuevos procesos y productos de aplicación en campos como la biomedicina y farmacia, industria alimentaria y medioambiental está fuera de cualquier discusión desde un punto de vista económico. En España y Europa existen un gran número de compañías que utilizan la tecnología de “screening” para la evaluación de las nuevas capacidades generadas en los ámbitos reseñados con anterioridad. Las técnicas actuales requieren un gran volumen de manipulaciones, un gran volumen en la escala de los equipos y un fuerte componente humano en la elaboración de procesos y resultados.

Desde el departamento de Innovación y Desarrollo Tecnológico de la Fundación Ascamm se trabaja para fomentar e impulsar la competitividad del sector mediante la I+D y la transferencia de nuevas tecnologías.

Una de las propuestas en este sentido cuyo desarrollo se participa en un programa nacional del Ministerio de Cultura, Secretaría de Estado de Educación, Universidades, Investigación y Desarrollo y Dirección General de Enseñanza Superior e Investigación Científica y en colaboración con distintas universidades como la Universidad Autónoma de Barcelona UAB y la Universidad Politécnica de Catalunya UPC, es el Hexascreen.

Es un sistema modular de múltiples microbiorreactores automatizados para “screening” multifuncional (HTS) en biotecnología, es decir un aparato y método para conseguir y mantener múltiples cultivos biológicos, con unas características ambientales similares a las de los biorreactores de mayor tamaño (a partir de 1l) y con un grado de automatización de los parámetros similar al que se obtiene actualmente con las microplacas (1-2 ml).

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Vista 3D de un módulo Hexascrren
En cuanto a las posibles coincidencias con otros grupos que realicen actividades en este campo de investigación en España, se considera que son escasas. Aunque existen multitud de grupos que están utilizando conceptos basados en genómica y protenómica, química combinatoria y estudios farmacotoxicológicos, así como multitud de empresas de diversas áreas que desarrollan nuevas substancias y procesos, existen pocos equipos dedicados al desarrollo de equipos que permitan la evaluación y validación automatizada de sus productos y procesos. Por otra parte, el consorcio que conforma la propuesta está formado por equipos que cubren las diversas partes de la elaboración de los prototipos, desde el nivel más básico al más aplicado.

Las características ambientales del Hexascreen, pueden incluir medida y control de temperatura, agitación y aireación, medida y control de pH y oxígeno disuelto, como también medida de la biomasa.

El Hexascreen puede realizar de manera simultánea y automatizada un elevado número de cultivos biológicos en pequeño volumen y con condiciones controladas. El sistema incorpora diversos elementos de monitorización de biomasa (a través de sistemas ópticos de absorción o refracción de luz), de actividad celular (sistemas de medida de consumo de oxígeno), así como todos aquellos elementos necesarios para el desarrollo de cultivos en condiciones óptimas. Además permite la posibilidad de variación de parámetros en márgenes que permitan establecer dichos óptimos (pH, temperatura, concentración de oxígeno disuelto, agitación, conductividad y osmolaridad).

Durante la primera etapa del proyecto se desarrollaron prototipos funcionales que permitieron la implementación y validación de los elementos reseñados en el mínimo espacio posible. Los prototipos se complementaron con un sistema externo de monitorización y control de todas las variables del sistema en línea y en tiempo real.

Los desarrollos en prototipos permiten la posterior industrialización de los equipos en serie a bajo coste. El Hexascreen incorpora todo el sistema de microsondas y de adquisición de señales de las microsondas.

La plataforma del microbiorreactor está formada por distintos componentes mecánicos y electrónicos.

Entre los componentes mecánicos principales, se destacan los realizados mediante el proceso de transformación por inyección en material plástico.

Entre otros objetivos, la aportación tecnológica de la Fundación Ascamm en el proyecto, ha sido la de desarrollar una plataforma física con material plástico de bajo coste, adecuada para el cultivo de todos los especimenes biológicos, el diseño de dicha plataforma, la selección y ensayo de los diferentes materiales plásticos en función de sus propiedades, diseño, procesabilidad y normativas, para cada uno de los componentes del producto, la fabricación de los prototipos de validación dimensional y funcional, seleccionando las diferentes técnicas que más se ajusten a los requerimientos de cada etapa y el desarrollo de los moldes para series productivas.

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Imagen de prototipos funcionales inyectados en GPS

El poliestireno cristal, perteneciente a la familia de los polímeros estirénicos, es un material de gran consumo y gran transparencia con un factor de transmisión de luz L=90% ideal para aplicaciones y recipientes de un solo uso, con una excelente facilidad de transformación, fisiológicamente inocuo y permite esterilizar las piezas inyectadas por rayos Gamma.

Existen distintos y conocidos fabricantes de GPPS, como Dow, Basf, Phillips, Amoco, etc., que suministran el material con certificado de cumplimiento de aprobación FDA (U.S. Food and Drug Administration) regulación CFR 177.1640 apto para contacto con alimentos y USP (Medical Use Appoved).

La Fundación Ascamm posee una dilatada experiencia en nuevos desarrollos e inyección de piezas con materiales termoplásticos, ofreciendo en sus servicios, asesoramiento en cualquier tipo de industrialización de piezas tanto en chapa como en plástico, aportando sus conocimientos en el proceso de fabricación de los componentes plásticos para las plataformas de microbiorreactores.

Los servicios de industrialización de piezas que se realizan en Ascamm, pueden ser de características “llaves en mano”, por lo que desde la fundación se ofrece diseño integral de piezas en sistema CAD, realización de prototipos en “rapid prototyping” mediante impresora 3D o máquina de estereolitografía, diseño y fabricación del útil, obtención de las piezas por inyección con prensas desde 15 toneladas a 2800 toneladas de fuerza de cierre, e inspección metrológica completa para homologación final del producto.

Como se puede observar, en este ciclo se cierra completamente el bucle que parte desde una idea inicial a la obtención definitiva de la pieza.

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