Análisis Completo del Medio de Cultivo con 65 µL en 35 Segundos

Análisis completo del medio de cultivo con 65 µL en 35 segundos

En un estudio de seguimiento de células CHO-GFP (ovario de hámster chino) durante diez días, el Vi-CELL MetaFLEX registró la cinética esperada del cultivo, con una disminución progresiva de la glucosa y un aumento correspondiente del lactato, a partir de muestras diarias del medio.

Es este envolvente operativo, y no la lista de parámetros en sí, lo que interesa a quienes ya operan analizadores de medio en la rutina. Los volúmenes bajos reducen el impacto sobre el volumen útil del biorreactor en cada muestra, y los 35 segundos por lectura permiten un muestreo más frecuente sin crear un cuello de botella en el banco de trabajo .

En la práctica, es la diferencia entre puntos dispersos y una curva de tendencia con resolución suficiente para intervenir antes de que el parámetro salga del rango, como el propio estudio con las CHO-GFP demuestra.

Precisión y linealidad de la medición de los parámetros del medio de cultivo

Los datos de validación refuerzan esta lectura. En pruebas con soluciones de referencia Qualicheck5+ realizadas en dos unidades independientes, todos los parámetros fueron aprobados dentro de los rangos esperados, con coeficientes de variación mayoritariamente por debajo del 3%, y las curvas de glucosa y lactato presentaron linealidad con R² cercano a 0,99.

A continuación, veremos cómo el Vi-CELL MetaFLEX entrega este análisis completo del medio de cultivo en poco volumen y poco tiempo, recorriendo desde la tecnología que da origen al equipo hasta su validación en cultivo real:

• La herencia tecnológica de donde deriva la plataforma
• La arquitectura de consumibles (casete de sensores y solution pack)
• Los métodos de detección empleados en cada parámetro
• Los datos de precisión entre instrumentos y de linealidad
• La aplicación en un cultivo real de células CHO-GFP

Tecnología de gasometría de Radiometer aplicada al cultivo celular

El Vi-CELL MetaFLEX se basa en la tecnología de analizadores de gasometría sanguínea point-of-care de Radiometer, un proveedor reconocido de soluciones para cuidados agudos. Es de este origen en el análisis de sangre que la plataforma hereda la medición de los parámetros de acción inmediata del cultivo, aquellos que impactan directamente la viabilidad celular.

Un vestigio de esta herencia aparece en los propios métodos de detección del equipo, que incluyen espectrofotometría para parámetros relacionados con sangre total, junto a las técnicas empleadas en el análisis del medio de cultivo.

Arquitectura de consumibles: casete de sensores y solution pack

En el Vi-CELL MetaFLEX , todas las mediciones ocurren dentro de un casete de sensores reemplazable. Es allí donde se encuentran los sensores miniaturizados de cada parámetro, y es por donde pasa la muestra después de ser aspirada por la sonda de entrada del analizador.

Concentrar toda la detección en un componente intercambiable significa que la parte crítica del sistema, los sensores, se renueva por reposición, no por mantenimiento.

Complementando el casete, un solution pack reemplazable contiene todos los fluidos necesarios para la operación. Además de las soluciones de calibración y de control de calidad interno, el paquete incluye el recipiente de desecho (residuos) del propio equipo, reuniendo insumos y recolección de residuos en una sola unidad.

El control de vida útil de estos consumibles lo realiza el propio analizador. El equipo notifica al usuario cuando el casete o el solution pack necesitan ser reemplazados, ya sea por alcanzar el número máximo de pruebas o por alcanzar la fecha de vencimiento registrada (on-board).

Métodos de detección: cómo el Vi-CELL MetaFLEX mide cada parámetro

El Vi-CELL MetaFLEX no usa una única técnica para todos los parámetros. Cada grupo de analitos se mide con el método más adecuado a su naturaleza, y es esta combinación, junto con algunas particularidades de diseño de los sensores, la que sustenta el análisis completo del medio en una sola pasada.

Potenciometría: pH, pCO2 y electrolitos

El pH, el pCO2 y los electrolitos se miden por potenciometría, es decir, por la diferencia de potencial eléctrico entre el contacto de estado sólido del sensor y un electrodo de referencia. Este electrodo de referencia mantiene un potencial fijo y estable, contra el cual se miden los potenciales de los demás sensores, y la composición de la muestra no altera este potencial. La estabilidad proviene de su construcción: una varilla de plata recubierta de cloruro de plata (Ag/AgCl) sumergida en una solución de concentración constante de cloruro, lo que establece el equilibrio Ag+/Ag.

Los sensores potenciométricos son de estado sólido con membrana de PVC, con una excepción relevante: el sensor de Cl- utiliza membrana de epoxi.

1. Membrana, interfaz con la muestra
2. Solución electrolítica, actúa como solución de puente salino que mantiene el contacto eléctrico entre el electrodo y la muestra
3. Electrodo, proporciona el contacto entre el electrolito y el contacto eléctrico
4. Contacto eléctrico, el punto de contacto eléctrico entre el electrodo y el analizador

Amperometría: glucosa y lactato

La glucosa y el lactato se miden por amperometría, técnica que mide la magnitud de una corriente eléctrica. Se aplica un voltaje de polarización constante a la cadena de electrodos, y la corriente resultante se mide con un amperímetro. Cuando la glucosa y el lactato entran en el sensor, se convierten en ácido glucónico y piruvato, respectivamente, generando peróxido de hidrógeno (H2O2). La oxidación de este H2O2 produce una corriente eléctrica proporcional a su cantidad, que a su vez está directamente relacionada con la concentración de glucosa o lactato.

El sensor refleja esta función en su estructura en capas: una membrana externa que controla la difusión del analito, una capa enzimática con la oxidasa correspondiente, una membrana interna de acetato de celulosa y el par de electrodos de platino sobre la referencia Ag/AgCl.

1. Capa biocompatible
2. Membrana externa, permeable a la glucosa/lactato, control de difusión
3. Capa enzimática, contiene la oxidasa de glucosa/lactato
4. Membrana interna, acetato de celulosa
5. Referencia, electrodo Ag/AgCl
6. Ánodo, electrodo de platino
7. Cátodo, electrodo de platino
8. Base del sensor, plataforma estructural sobre la cual se forma el sensor

Sensor óptico de pO2

El sensor de pO2 es el que más se distingue de los demás, por no ser electroquímico sino óptico. Su medición se basa en la capacidad del oxígeno de reducir la intensidad y la constante de tiempo de la fosforescencia de un colorante fosforescente en contacto con la muestra. La luz emitida por un LED verde es reflejada por un espejo dicroico hasta el sensor, la luz roja que regresa atraviesa el espejo hasta un fotodetector, y la señal eléctrica proporcional a la intensidad luminosa se envía al convertidor y a la unidad de procesamiento, que calcula la concentración de pO2.

1. Espejo dicroico
2. Fotodetector
3. LED verde
4. Sensor de pO2
5. Fosforescencia
6. Muestra
7. Luz de excitación

Precisión y linealidad de la medición de los parámetros del medio de cultivo

La confiabilidad de un analizador de medio se demuestra en dos planos: la consistencia de los resultados entre equipos (precisión y exactitud) y la fidelidad de la respuesta a lo largo del rango de concentración (linealidad). El Vi-CELL MetaFLEX fue evaluado en ambos.

Precisión y exactitud entre instrumentos con Qualicheck5+

La exactitud y la precisión se probaron con las soluciones de referencia Qualicheck5+ (niveles 1, 2 y 3), aplicadas en dos unidades independientes del equipo. Para cada nivel se realizaron tres corridas, con una ampolla nueva en cada medición, ya que la exposición de la solución al aire puede comprometer los valores de pO2, pCO2 y pH. Los resultados de cada parámetro se evaluaron en cuanto a la aprobación dentro del rango esperado y al coeficiente de variación, medida de la repetibilidad.

Comparados lado a lado, los dos equipos presentaron resultados aprobados y alta correlación entre sí, parámetro por parámetro, lo que demuestra la consistencia de las lecturas no solo dentro de una misma unidad, sino también entre unidades distintas.

Linealidad de glucosa y lactato

La linealidad se evaluó con soluciones gravimétricas de glucosa y lactato en medio DMEM, en concentraciones crecientes. Las lecturas se ajustaron a una recta para verificar la proporcionalidad de la respuesta. La glucosa se midió en dos unidades, y el lactato en una, y en ambos casos el equipo acompañó de forma lineal la variación de concentración a lo largo del rango probado.

Aplicación en cultivo real: monitoreo de células CHO-GFP

Además de las pruebas con soluciones de referencia, el Vi-CELL MetaFLEX se aplicó al monitoreo de un cultivo real. Se utilizaron células de ovario de hámster chino (CHO) positivas para proteína verde fluorescente (GFP), cultivadas en medio, con muestras recolectadas diariamente durante diez días. Cada muestra se analizó en el equipo para seguir la evolución de la composición del medio a lo largo del tiempo, con especial atención a la glucosa, el lactato y el pH.

Los resultados siguieron el comportamiento esperado del cultivo: la concentración de glucosa disminuyó con el tiempo, consumida por las células, mientras que la de lactato aumentó, acumulada como producto del metabolismo. La tendencia del pH es menos pronunciada, ya que la caída esperada es pequeña a lo largo del período.

Este seguimiento demuestra, en la práctica, la capacidad del equipo para analizar medio de cultivo y revelar su cinética a lo largo de los días, exactamente el escenario en el que el bajo volumen de muestra y la respuesta rápida se traducen en muestreo diario sin perjuicio al cultivo.

Conclusión: análisis confiable del medio de cultivo en segundos

El Vi-CELL MetaFLEX se confirma como una herramienta eficaz para el análisis de medio de cultivo de células de mamíferos e insectos, midiendo en una sola pasada los parámetros más importantes del cultivo: pH, glucosa, lactato, pCO2, pO2 y electrolitos. Al requerir solo 65 µL de muestra y entregar el resultado en 35 segundos, atiende desde cultivos de pequeña hasta de gran escala, con muestras que pueden introducirse por jeringa, tubo capilar, tubo de ensayo, copa de muestra y recipientes similares.

Los resultados reunidos a lo largo de esta nota sintetizan bien la propuesta del equipo. La técnica combina métodos de detección adecuados a cada parámetro, una arquitectura de consumibles que concentra la detección en un casete reemplazable y la herencia de la tecnología de gasometría de Radiometer. En las pruebas, esto se tradujo en resultados aprobados y alta correlación entre dos unidades independientes, respuestas lineales para glucosa y lactato, y un seguimiento fiel de la cinética de un cultivo real de células CHO-GFP durante diez días. En conjunto, precisión entre instrumentos, linealidad y desempeño en matriz real apuntan a un analizador consistente y listo para la rutina de monitoreo de bioprocesos.

Para conocer el Vi-CELL MetaFLEX en detalle o solicitar un presupuesto, contacte a Innotec.

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Preguntas frecuentes

¿Cuánto tiempo tarda un análisis completo del medio de cultivo?

En el Vi-CELL MetaFLEX, una lectura completa (pH, glucosa, lactato, pCO2, pO2 y electrolitos) se entrega en 35 segundos, a partir de una sola muestra.

¿Cuál es el volumen mínimo de muestra necesario para analizar el medio de cultivo?

El Vi-CELL MetaFLEX requiere solo 65 µL por lectura. Este volumen reduce el impacto sobre el volumen útil del biorreactor en cada muestra y permite un muestreo más frecuente.

¿Qué parámetros del medio de cultivo se pueden medir en una sola lectura?

En una sola pasada, el Vi-CELL MetaFLEX mide pH, glucosa, lactato, pCO2, pO2 y electrolitos, los parámetros de acción inmediata que afectan directamente la viabilidad celular.

¿Cómo se mide el oxígeno disuelto (pO2) en el medio de cultivo?

En el Vi-CELL MetaFLEX, el pO2 se mide con un sensor óptico, no electroquímico. La medición se basa en la capacidad del oxígeno de reducir la fosforescencia de un colorante en contacto con la muestra, usando LED verde, espejo dicroico y fotodetector.

¿Es posible seguir la cinética de glucosa y lactato a lo largo del cultivo?

Sí. Por consumir poco volumen y responder en segundos, el Vi-CELL MetaFLEX permite un muestreo diario sin perjuicio al cultivo. En un cultivo de células CHO-GFP seguido durante diez días, el equipo registró la disminución progresiva de la glucosa y el aumento del lactato a lo largo del tiempo.

¿Cómo se garantiza la confiabilidad de los resultados entre diferentes equipos?

La exactitud y la precisión se evaluaron con soluciones de referencia Qualicheck5+ en dos unidades independientes, con resultados aprobados dentro de los rangos esperados y alta correlación entre los equipos, indicando consistencia no solo dentro de una unidad, sino también entre unidades distintas.

¿Qué tipos de recipientes se pueden usar para introducir la muestra?

La muestra se puede introducir con jeringa, tubo capilar, tubo de ensayo, copa de muestra (sample cup) y recipientes similares, aspirada por la sonda de entrada del propio analizador.