Desenvolvimento de um biorreator magnético para estudos em engenharia de tecidos

Abstract

O uso de biorreatores é uma prática cada vez mais utilizada no ramo da engenharia de tecidos, prática esta, que envolve conceitos de diversas áreas como a biologia, engenharia, química e física. Atualmente, os estímulos estão bastante limitados devido à falta de variedade de estímulos existentes em cada tipo de biorreator, ficando normalmente restringida à área dos estímulos químicos. Este facto, leva à diminuição do número de estímulos que as células são submetidas, sendo, portanto, necessário que as células e compósitos celulares sejam estimulados e testados com recurso a animais antes da sua aplicação em seres humanos. Com isto, os custos, a duração e fiabilidade do cultivo ficam comprometidos ao tipo de estímulos existentes para a sua avaliação, assim como o uso de animais e os seus custos de mantimento associado. Assim, o principal objetivo desta dissertação consiste no desenvolvimento de um biorreator magnético que permita converter estímulos magnéticos em estímulos mecânicos, elétricos e eletromecânicos através da utilização de materiais apropriados. Assim, o utilizador consegue configurar o biorreator consoante o tipo de cultivo e é-lhe permitido controlar e monitorizar o cultivo celular. Para a concretização desta dissertação foram estudadas, projetadas e desenvolvidas todas as partes constituintes de um biorreator magnético. A estrutura do biorreator foi modelada de modo a permitir a estanquicidade do sistema, a fácil alteração de plataformas magnéticas e garantindo todo o suporte do biorreator, tendo sido modelada em materiais previamente estudados de forma a cumprirem com as funções projetadas. O sistema magnético foi desenvolvido de forma a permitir cultivos celulares em diferentes placas de cultivo, possibilitando o aumento do número de amostras a serem estimuladas ao mesmo tempo. Deste modo foram desenvolvidos dois sistemas: um para magnetização de 24 poços de cultivo e outro para magnetização de 48 poços de cultivo. Respetivamente ao controlo do biorreator e à monitorização do cultivo, desenvolveu-se uma interface gráfica de controlo local, recorrendo a um LCD e um touch wheel, permitindo realizar toda a configuração do sistema, tal como a projeção do hardware para o controlo remoto do mesmo através de um módulo Bluetooth, possibilitando o seu controlo a partir de uma aplicação android. De modo a viabilizar o controlo e monitorização do sistema, foi desenvolvido um sistema de alimentação de forma a alimentar todos os módulos e um sistema de sensorização das várias variantes do sistema, desde todo o hardware, design e firmware necessário para sua implementação.

The use of bioreactors is a practice increasingly used in the field of tissue engineering. This practice involves concepts from several fields, such as biology, engineering, chemistry and physics. However, the stimuli are currently very limited due to lack of variety of stimuli in each type of bioreactor, being typically restricted to chemical stimuli. This leads to a decrease in the number of stimuli that the cells are subjected to, becoming necessary that cells and cell composites need to be stimulated and tested with animals prior to their application in humans. Thus, costs, duration and reliability of the crop are compromised to the type of stimuli that exist for its evaluation, as well as the use of animals and their associated maintenance costs. Thus, the main goal of this dissertation consists the development of a magnetic bioreactor that allows the conversion of magnetic stimuli into mechanical, electrical and electromechanical stimuli. By using appropriate materials, allowing the user to configure them according to the type of crop, letting to control and monitor the cell culture. For the accomplishment of this dissertation were studied, designed and developed all the constituent parts of a magnetic bioreactor. The structure of the bioreactor was modelled to allow the system to be watertight, the easy change of magnetic platforms and guaranteeing all the support of the bioreactor, having been modelled in previously studied materials to fulfil the projected functions. The magnetic system was developed to allow cell cultures in different culture plates, permitting the increase of the number of samples to be stimulated at the same time, having developed a system for magnetization of 24 crop wells and another for magnetization of 48 wells. The control of the bioreactor and the monitoring of the culture, a graphical interface of local control was developed. By using an LCD and a touch wheel, allowing the configuration of the system, such as the projection of the hardware for the remote control of the same one, through a Bluetooth module, allowing its control from an android application. To enable the control and monitoring of the system, a feed system was developed to feed all the modules and a system for sensing the various variants of the system, from all the hardware, design and firmware required for its implementation.