Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3855.pdf: 4228860 bytes, checksum: d98f3c071d7a0193e713fbb5f00c1b41 (MD5) Previous issue date: 2011-08-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / The mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent stem cells that can differentiate into various types of tissue, a characteristic that makes them interesting for applications in cell therapy. Moreover, cells are anchorage-dependent (ability to adhere to surfaces), easy isolation and rapid expansion in vitro. The traditional cultures of anchorage-dependent animal cells, usually grown in monolayers, resulting in low crop yield and cell recovery, preventing the use of MSCs in therapeutic applications. The need for alternative farming techniques for expansion of MSCs in a large scale have led researchers to the use of "bioreactor technology," which has been seconded from the bioreactor, spinner flask with microcarriers and hollow fiber (hollow fiber). The objective of this work was to develop a method of cultivation known as mesenchymal stem cell line hMSC-TERT in spinner flasks with microcarriers for subsequent inoculation into hollow-fiber bioreactor, aiming at the efficient expansion and the subsequent recovery of MSCs so that preserve their differentiation potential in order to be used in cell therapy. In cultured, we used the microcarrier Pronectin ® F 100 mL spinner flasks with culture medium α-MEM with 15% fetal calf serum, kept in a CO2 incubator at 37 ° C and pH between 7.2 and 7.4. In cultures in spinner flasks were adopted strategies such as supplementation of the culture medium, exchanges of culture medium during cultivation, addition of reagents to reduce clusters of microcarriers, to increase productivity for the subsequent cell inoculation in hollow fiber bioreactor. The use of these strategies has increased productivity cell, achieving a best result of cell multiplication factor (MCF) of 5.79. However, obtaining higher FMC was drastically limited by the formation of clusters of microcarriers in a gel matrix.The cell recovery was low maintenance and analysis of the antigenic phenotype by flow cytometry confirmed the conservation of phenotypic characteristics of hMSC-TERT. The hollow fiber bioreactor is an alternative to the clusters of microcarriers, it allows oxygenation and adequate supply of nutrients. Thus, in experiments carried out in hollow-fiber bioreactor used the α-MEM supplemented with 15% FBS (v / v), 2.0 g / L glucose, 2.50 mM glutamine, 2.60 mM arginine, 0.07% antifoam PPG. The cells were inoculated after 48 hours of cultivation in spinner flasks in a gel composed of collagen, hyaluronic acid, agar (1.5%) in the proportion 0.75: 0.037: 0.21 at pH 7.2 to 7.4 . Thus, the resulting gel was mixed with culture medium in α-MEM 1:3 ratio, to provide better grip on the fibers. The total expansion factor, ie the one calculated from the inoculation of the spinner to the end of cultivation in hollow fiber bioreactor was 11, 2, which can be considered the greatest value achieved in this work. It is clear that this expansion factor can still be easily overcome by adopting strategies to grow more frequent replacement of culture medium. This hypothesis is strengthened by the proven fact that the microcarriers are not yet saturated with cells at the end of the experiment. / As células-tronco mesenquimais (CTMs) são células-tronco multipotentes que podem se diferenciar em diversos tipos de tecido, característica que as torna interessantes em aplicações de terapia celular. Além disso, são células dependentes de ancoramento (capacidade de aderir em superfícies), de fácil isolamento e de rápida expansão in vitro. As culturas tradicionais de células animais dependentes de ancoramento, geralmente cultivadas em monocamadas, resultam em baixo rendimento de cultivo e de recuperação celular, inviabilizando o uso das CTMs em aplicações terapêuticas. A necessidade de técnicas de cultivo alternativas para expansão de CTMs em larga escala têm levado pesquisadores à utilização de tecnologia de biorreatores , na qual tem-se destacado dos biorreatores: frasco spinner com microcarregadores e hollow fiber (fibra oca). Assim, o objetivo deste trabalho foi o de desenvolver uma metodologia de cultivo da linhagem de CTM conhecida como hMSC-TERT em frasco spinner com microcarregadores para posterior inoculação em biorreator de fibraoca, visando a expansão eficiente e a posterior recuperação das CTMs de tal forma que, preservassem seu potencial de diferenciação para poderem ser utilizadas na terapia celular. Nos cultivos, utilizou-se o microcarregador Pronectin®F em frasco spinner de 100 mL com o meio de cultura α-MEM com 15% de soro fetal bovino, mantidos em incubadora de CO2 a 37ºC e pH entre 7,2 e 7,4. Nos cultivos em frasco spinner adotaram-se estratégias como suplementação do meio de cultura, trocas de meio de cultura durante o cultivo, adição de reagentes para diminuição de aglomerados de microcarregadores, visando aumentar a produtividade celular para a posterior inoculação em biorreator de fibra oca. A utilização dessas estratégias permitiram aumentar a produtividade celular, obtendo-se como melhor resultado um fator de multiplicação celular (FMC) de 5,79. Contudo, a obtenção de FMC maiores foi drasticamente limitada pela formação de aglomerados de microcarregadores num gel de matriz extracelular. A recuperação celular foi baixa e a análise da manutenção do fenótipo antigênico por citometria de fluxo comprovaram a conservação das características fenotípicas da hMSC-TERT. O biorreator de fibras ocas é uma alternativa em relação aos aglomerados de microcarregadores, pois permite a oxigenação e suprimento adequado de nutrientes. Sendo assim, nos experimentos realizados no biorreator de fibras-ocas utilizou-se o α-MEM suplementado com 15% SFB (v/v), 2,0 g/L de glicose, 2,50 mM de glutamina, 2,60 mM de arginina, 0,07 % do antiespumante PPG. As células foram inoculadas após 48 horas de cultivo em frasco spinner em um gel composto por colágeno: ácido hialurônico: ágar (1,5%) na proporção 0,75: 0,037: 0,21 em pH = 7,2-7,4. Assim, o gel resultante foi misturado com meio de cultura α-MEM na proporção 1:3, para proporcionar melhor aderência nas fibras. O fator de expansão total, ou seja, aquele calculado desde a inoculação do spinner até o final do cultivo no biorreator de fibra oca, foi de 11, 2, que pode ser considerado o maior valor atingido neste trabalho. Convém esclarecer que este fator de expansão ainda pode ser facilmente superado ao se adotarem estratégias de cultivo com trocas mais frequentes de meio de cultura. Esta hipótese é reforçada pelo fato comprovado de os microcarregadores ainda não estarem saturados de células no final do experimento.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5178.pdf: 2466586 bytes, checksum: be50519a129b12383d84e69ae25b54db (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The use of mesenchymal stromal cells (MSCs) for clinical therapy has been limited by the low amount of cells that can be obtained directly from tissue, making it necessary to develop techniques for in vitro cell number expansion. The current methods of expansion are laborintensive, exhibit unfavorable environments for cell growth, show still modest levels of expansion and low yield in the recovery of these cells. In the search for better alternatives, several types of bioreactors have been assessed, however, with results still discreet. A littlestudied system, which has showed itself very effective in the use with other types of animal cells, is the hollow fiber bioreactor. This bioreactor has relatively homogeneous culture environment, low level of hydrodynamic stress on cells and the process control is made through manipulation external to the culture. Thus, it is proposed in this work the study of the in vitro expansion of MSCs in 15 mL hollow fiber prototype bioreactor designed and built with a configuration specifically conceived for expansion of MSCs for use in therapeutic applications. The inoculum was prepared with MSCs precultured adhered to microcarrier Cultispher-S at concentration of 4 g/L in spinner flask containing 50 mL of α-MEM culture medium with 15% v/v fetal bovine serum. The preculture was performed in CO2 incubator at pH close to 7.3 and temperature of 37°C. For bioreactor expansion cultures, it was used the same culture medium, with addition of 12 g/L of alginate and 4.25-4.50 mM of CaCl2 as gelling agents to immobilize and keep in suspension the microcarriers, in the conditions of pH and temperature used in the preculture. The oxygenation of the culture medium continuously recirculated through the intracapilar space was carried out by air bubbling in an external flask. The oxygenation levels were of 70 to 90% of saturation with air. The experimental results obtained show that the used configuration of hollow fiber bioreactor promoted good conditions for expansion of MSCs without cell aggregation, reaching 15.3-fold expansion and cell recovery levels of 82%. These results also demonstrate the possibility of improving the efficiency of MSCs expansion through the renewal of medium to maintain suitable levels of arginine, nutrient present in limiting amounts, and ammonium, growth inhibitor metabolite. / A utilização de células estromais mesenquimais (MSCs em inglês) para a terapia clínica tem sido limitada pela baixa quantidade de células que podem ser obtidas diretamente do tecido, tornando necessário o desenvolvimento de técnicas de expansão do número de células in vitro. Os métodos atuais de expansão apresentam necessidade de intensa mão de obra, ambientes desfavoráveis para o crescimento celular, níveis de expansão ainda modestos e baixo rendimento na recuperação destas células. Na procura de melhores alternativas, diversos tipos de biorreatores vêm sendo avaliados, porém, com resultados ainda discretos. Um sistema pouco estudado que tem se mostrado muito eficiente no uso com outros tipos de células animais é o biorreator de fibra oca. Este biorreator apresenta ambiente de cultura relativamente homogêneo, baixo nível de forças hidrodinâmicas sobre as células e o controle do processo é feito através de manipulação externa à cultura. Assim, é proposto neste trabalho o estudo da expansão in vitro de MSCs num protótipo de biorreator de fibra oca de 15 mL projetado e construído com uma configuração especialmente concebida para expansão de MSCs a serem utilizadas em aplicações terapêuticas. O inóculo foi preparado com MSCs précultivadas aderidas ao microcarregador Cultispher-S na concentração de 4 g/L em frasco spinner contendo 50 mL de meio de cultura α-MEM com 15% v/v de soro fetal bovino. O précultivo foi realizado em incubadora de CO2 a pH próximo a 7,3 e temperatura de 37°C. Para os cultivos de expansão no biorreator foi utilizado o mesmo meio de cultura, com adição de 12 g/L de alginato e 4,25-4,50 mM de CaCl2 como agentes geleificantes para imobilizar e manter suspensos os microcarregadores, nas condições de pH e temperatura utilizadas no précultivo. A oxigenação do meio de cultura continuamente recirculado pelo espaço intracapilar foi realizada mediante borbulhamento de ar em um frasco externo. Os níveis de oxigenação foram de 70 a 90% da saturação com ar. Os resultados experimentais obtidos mostram que a configuração utilizada propiciou boas condições para a expansão sem agregação celular das MSCs, chegando-se a fatores de expansão estimados de 15,3 vezes e níveis de recuperação de células de 82%. Esses resultados também evidenciam a possibilidade de melhora da eficiência da expansão das MSCs através da renovação do meio de cultivo para a manutenção de níveis adequados de arginina, nutriente presente em quantidades limitantes, e amônia, metabólito inibidor de crescimento.