Los chips microfluídicos pueden proporcionar un entorno biomimético para el cultivo de células y tejidos, conservando aspectos clave del sistema biológico al tiempo que integran el análisis posterior. Incluso es posible ir más allá integrando un suministro continuo de nutrientes mediante la recirculación del medio. En este tutorial, presentaremos las diferentes técnicas de recirculación y las formas que existen para llevarlas a cabo.
En resumen, la recirculación suele conseguirse utilizando una bomba peristáltica para devolver el eluyente de salida al depósito de entrada, de modo que la suspensión pueda volver a pasar por el dispositivo.
Ventajas de la recirculación en el cultivo celular:
- La integración de la recirculación en un dispositivo microfluídico nos permitirá acercarnos un poco más a la realidad, así como comprender mejor la absorción, la distribución, el metabolismo y la eliminación de los fármacos. De hecho, todos los órganos, tejidos y células del cuerpo humano están irrigados continuamente por los fluidos corporales, ya sea en un circuito abierto (saliva, jugo gástrico, orina…) o en un circuito cerrado (sangre, linfa, líquido pleural…).
- Dependiendo de la instalación, puede permitir la eliminación de los residuos, lo que puede mejorar considerablemente el rendimiento del experimento y, una vez más, imitar la realidad.
- La técnica de recirculación también permite ahorrar medio de cultivo —que puede resultar muy caro en el caso de las células primarias— y enriquece el medio con factores secretados por las células. No obstante, cabe señalar que la circulación cerrada requiere que se suministre CO₂ al medio dentro del chip. Esto puede hacerse utilizando un material permeable al gas o un medio independiente del CO₂ durante períodos cortos (unas 2 horas).
Recirculación con una bomba peristáltica en el cultivo celular
Las bombas peristálticas se utilizan ampliamente en el cultivo celular, ya que son fáciles de usar y de conectar. Las bombas peristálticas pueden emplearse en diversas situaciones, aunque en la mayoría de los casos se utilizan para recircular líquido a través de un chip. El número de muestras que pueden infundirse en paralelo suele oscilar entre 1 y 24, dependiendo del número de canales del cabezal de la bomba.
Por definición, las bombas peristálticas proporcionan un caudal pulsante. La frecuencia y la amplitud de las oscilaciones varían de una bomba a otra en función del número de rodillos, su frecuencia de rotación y el diámetro del tube utilizado. La mayoría de las bombas peristálticas están controladas por un software que permite automatizar protocolos como la inyección periódica o simples variaciones del caudal.
En la mayoría de los casos, todos los tubos se enrollan alrededor de un rotor y, por lo tanto, proporcionan el mismo caudal en cada chip, lo que puede resultar limitante para algunos estudios. Sin embargo, están apareciendo en el mercado nuevos modelos que permiten infundir varias muestras al mismo tiempo de forma independiente. En la actualidad, existen formulaciones específicas de tube para bombas peristálticas que aumentan considerablemente su vida útil, garantizando un rendimiento óptimo y reproducible.
La recirculación del medio también es posible mediante una bomba peristáltica miniaturizada integrada en el chip, basada en microcanales controlados neumáticamente, tal y como describieron Balagadd´e et al. [Balagadd´e et al., Science 2005].
Otras configuraciones
Además del bombeo peristáltico, es posible crear un circuito de inyección utilizando otras tecnologías de bombeo. Este método consiste en una red de entradas y salidas que pueden conectarse entre sí en una configuración que permita un sistema de recirculación en el que el caudal circule siempre por el dispositivo microfluídico en la misma dirección.
Para realizar este circuito de inyección, necesitarás:
- Controlador de presión (Sistema microfluídico de control de flujo de 4 canales)
- Sensor de caudal (Sensor de flujo térmico microfluídico MFS)
- Válvula de inyección (Recirculación MUX)
- Dispositivo microfluídico (Microfluídico organe sur puce)
- Depósitos de muestras (Depósito microfluídico)
Al utilizar un regulador de presión, el caudal será mucho más regular y sin impulsos, a diferencia de lo que ocurre con la bomba peristáltica. Esta configuración permitirá la automatización completa de sus experimentos, tanto si duran 2 horas como 1 semana, con volúmenes limitados de medio o en aplicaciones más avanzadas, como la simulación de modelos de flujo biológico complejos.
