Système d'automatisation et de suivi de la culture itérative de cellules souches mésenchymateuses pour les thérapies de médecine régénérative

« L'utilisation du matériel CompactRIO et du logiciel LabVIEW permet une portabilité directe de notre architecture logicielle et des exigences de canaux vers le système RIO à carte unique. Cela permet de mettre en œuvre le contrôle dans un système plus compact et adapté à la fabrication et à la distribution du produit directement et sans augmenter de manière significative les temps et les coûts de développement. – Gonzalo de Aranda Izuzquiza, Cellule Aglaris SL 

Le défi

Automatisez la production de grands volumes de cellules souches mésenchymateuses grâce à l'utilisation de processus de culture cellulaire itératifs et surveillez les paramètres qui définissent la qualité et l'intégrité du matériel cellulaire pour son implantation ultérieure chez les patients subissant des thérapies de médecine régénérative.

La solution

Réalisez un contrôle efficace de différents actionneurs (contrôle de débit, mouvement, température...) ainsi qu'obtenir des lectures de capteurs de différentes spécifications techniques grâce à la modularité offerte par les produits de la série C (E/S analogiques et numériques, ports série.. . ) ainsi que la robustesse du système CompactRIO (NI cRIO-9066) utilisant le logiciel LabVIEW Real Time. En raison de l'essor et de la projection prometteuse des thérapies de médecine régénérative dans le traitement des maladies dégénératives, du cancer ou de la reconstruction de tissus et d'organes biologiques endommagés, le besoin se fait sentir d'obtenir de grands volumes de cellules à utiliser comme matière première dans les médicaments. C'est pourquoi il faut concevoir des méthodes de production cellulaire qui peuvent non seulement nous fournir de grandes quantités de matériel cellulaire, mais également garantir que le produit répond aux normes de qualité élevées nécessaires à l'utilisation ultérieure des cellules chez les patients. Chez Aglaris Cell, un bioréacteur automatique a été conçu pour la culture de cellules souches mésenchymateuses (figure 1), cellules pouvant constituer une grande variété de tissus biologiques de grande importance dans l'organisme humain, comme le cartilage ou le tissu cardiovasculaire. La conception d'un processus de culture itératif et l'utilisation de microparticules comme surface de culture permettent d'optimiser la production cellulaire et d'obtenir de grands volumes. L'optimisation de l'espace est nécessaire car il s'agit d'un équipement destiné à être utilisé dans les laboratoires hospitaliers et les centres de recherche, avec des dimensions nettement inférieures à celles des grands espaces industriels. Pour obtenir le produit cellulaire avec la qualité souhaitée, le système doit être fermé, stérile et surveillé. La culture doit être alimentée par un milieu de culture répondant aux conditions optimales de son développement, telles que la présence de macro-molécules spécifiques ou de gaz en solution. Ces paramètres sont contrôlés par différents capteurs, et leur lecture détermine si le milieu utilisé est adapté à la culture ou, au contraire, il doit être jeté et la culture réapprovisionnée. L'équipement se compose de trois modules de fonctionnement fondamentaux interconnectés :

Module de conditionnement des médias

Les réservoirs de milieu de culture sont stockés à 4 °C avec les conditions requises pour le processus, telles que la concentration des gaz dissous. Ce milieu sera disponible tout au long du processus, puisque la température lui permet de conserver ses propriétés.

module de culture

En plus de retrouver la cartouche consommable dans laquelle s'effectue la culture, ce module dispose d'actionneurs qui régulent les conditions de culture comme la température ou l'agitation. De plus, la cartouche consommable comprend des capteurs, également consommables, qui surveillent des paramètres physico-chimiques de la culture, tels que le pH, la concentration de glucose dans le milieu ou la présence d'oxygène dissous.

Module de contrôle

Contrôlez l'action des différents actionneurs du système et la lecture des capteurs avec le cRio-9066. De plus, il sert de communication entre l'utilisateur et le système via l'interface utilisateur et dispose d'actionneurs qui régulent principalement le débit de liquides et de gaz.

matériel de contrôle

Pour effectuer un contrôle et une surveillance précis et respecter les normes réglementaires de qualité requises pour un système à usage médical, le matériel temps réel de la gamme compactRIO (cRIO-9066) (figure 2) est utilisé, avec les modules de la série C suivants :

• NI 9421 (Digital Input) : Capteurs de positionnement et d'état binaire.

• NI 9472 (sortie numérique) : commande de vanne à deux états et commande de température.

• NI 9203 (entrée analogique). Capteurs de pression, température, composants du milieu de culture.

• NI 9263 (Sortie analogique) : Régulateur de débit de perfusion.

• NI 9871 (ports série RS485) : Contrôleurs et capteurs de débit, moteurs. La variété des modules de la série C permet une progression modulaire dans les tâches de prototypage sans augmentation de coût élevée.

Logiciels

Le programme se compose de deux modules en temps réel. Un pour l'acquisition de données et un autre pour les routines d'action et de culture. Le module d'acquisition de données collecte les informations de tous les capteurs qui surveillent régulièrement les paramètres du système. Lorsqu'un paramètre sort de sa plage spécifique, le module transfère cette information au module d'actionnement et de routines, qui donnera les ordres aux actionneurs nécessaires pour réagir puis poursuivre le processus de culture. De plus, l'utilisateur peut communiquer avec le dispositif en temps réel (cRIO) via une interface utilisateur. L'utilisation du logiciel Lab-VIEW Real Time permet de programmer facilement le système conformément aux strictes réglementations de qualité GMP auxquelles doivent se conformer les équipements à usage médical. Il doit y avoir une traçabilité correcte du processus et des données, ainsi que la définition complète et l'exécution des priorités tout au long du processus. De plus, l'utilisation du matériel CompactRIO et du logiciel LabVIEW permet une portabilité directe de notre architecture logicielle et des exigences de canaux vers le système RIO à carte unique. Cela permet de mettre en œuvre le contrôle dans un système plus compact et adapté à la fabrication et à la distribution du produit directement et sans augmenter de manière significative les temps et les coûts de développement.