[go: up one dir, main page]

WO2024259544A1 - Dispositivo modular para cultivar biopelículas y aplicar estrés mecánico sobre las biopelículas - Google Patents

Dispositivo modular para cultivar biopelículas y aplicar estrés mecánico sobre las biopelículas Download PDF

Info

Publication number
WO2024259544A1
WO2024259544A1 PCT/CL2024/050061 CL2024050061W WO2024259544A1 WO 2024259544 A1 WO2024259544 A1 WO 2024259544A1 CL 2024050061 W CL2024050061 W CL 2024050061W WO 2024259544 A1 WO2024259544 A1 WO 2024259544A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
culture chamber
culture
sensor
cylindrical shapes
fluid
Prior art date
Application number
PCT/CL2024/050061
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Victor Javier BELTRAN VARAS
Pablo Rodrigo ACUÑA MARDONES
Francisca ACEVEDO CANALA-ECHEVARRÍA
Carlos Omar MUÑOZ POBLETE
Celia Alexandra FERNANDES DE LIMA
Vanessa SOUSA MORENO
Iván Manuel VALDIVIA GANDUR
Original Assignee
Universidad De La Frontera
Universidad De Antofagasta
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De La Frontera, Universidad De Antofagasta filed Critical Universidad De La Frontera
Publication of WO2024259544A1 publication Critical patent/WO2024259544A1/es

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/04—Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/04—Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
    • C12M1/06—Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means with agitator, e.g. impeller
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C12M1/38—Temperature-responsive control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/18—Testing for antimicrobial activity of a material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing

Definitions

  • the present invention relates to the field of controlled cultures of microorganisms and in particular provides a modular device to allow controlled culture of biofilms and the application of mechanical stress on the biofilms.
  • document U S2016/201023 A1 discloses a cultivation method and system.
  • a preparation vessel and a main cultivation vessel are provided, as well as gas and fluid inlet ports, and fluid outlet ports.
  • this document does not disclose a culture plate that is placed inside the culture chamber in order to form the biofilms.
  • document US 2012/220027 A1 discloses a stirring system for use in a vessel for the cultivation of algae or cyanobacterium, comprising a follower member (120) configured to move along a guide (100) and which is connected to a stirring element (170) arranged inside the culture chamber.
  • the manipulator is located inside the chamber and, additionally, the stirring element has the shape of a leaf, similar to an airplane wing. This configuration does not allow for the exertion of adequate mechanical stress when biofilms are formed.
  • the present invention provides a modular device for allowing controlled cultivation of biofilms and the application of mechanical stress on the biofilms, characterized in that the device comprises: a culture chamber inside which a culture plate is arranged having a plurality of cylindrical shapes, each of said cylindrical shapes defining a corresponding culture substrate holder, the culture chamber additionally comprising at least one gas inlet port, at least one fluid inlet port and at least one fluid outlet port; at least one sensor of an environmental variable positioned inside said culture chamber, said at least one sensor including at least one temperature sensor; temperature control means operatively coupled with the culture chamber; and a control module operatively connected with the at least one sensor and with the temperature control means; wherein the control module is configured to: receive environmental and temperature measurements from the at least one sensor; controlling the temperature inside the culture chamber, by means of the temperature control means, in response to said environmental and temperature measurements; controlling the entry of at least a gas to the culture chamber, via the at least one gas inlet port, in response to said environmental and temperature measurements; controlling the entry of at least one fluid to the
  • Fig. 1 illustrates a schematic perspective view of a first embodiment of the device that is the object of the present invention.
  • Fig. 2 illustrates a schematic perspective view of a first embodiment of the device that is the object of the present invention, where a section in a first direction is shown.
  • Fig. 3 illustrates a schematic planar sectional view of a first embodiment of the device that is the object of the present invention.
  • Fig. 4 illustrates a first schematic perspective view of a first embodiment of a container that forms part of the device that is the object of the present invention.
  • Fig. 5 illustrates a second schematic perspective view of a first embodiment of a container that forms part of the device that is the object of the present invention.
  • Fig. 6A illustrates a schematic perspective view of a first embodiment of a culture plate that is part of the device that is the subject of the present invention. invention, with a plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) are configured in relief.
  • Fig. 6B illustrates a schematic perspective view of a first embodiment of a culture plate forming part of the device that is the object of the present invention, with a plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) configured in low relief.
  • Fig. 7A illustrates a schematic perspective view of a first embodiment of a stirring element forming part of the device that is the object of the present invention, with stirring means (10) with a plurality of lower protuberances (14, 15, 16) extending from the crossbar (13).
  • Fig. 7B illustrates a schematic perspective view of a first embodiment of a stirring element that forms part of the device that is the object of the present invention, with stirring means (10) with a flat base, in the lower part of the crossbar (13),
  • Fig. 8A illustrates a schematic perspective view of an overlay substrate (34) for the culture plate (3) configured in relief.
  • Fig. 8A' illustrates a schematic perspective view of an overlay substrate (34) in section, for the culture plate (3) configured in relief.
  • Fig. 8B illustrates a schematic perspective view of a substrate insert (35) for the culture plate (3) configured in relief.
  • the present invention provides a modular device (1) for allowing controlled cultivation of biofilms and the application of mechanical stress on the biofilms, wherein the device (1) comprises: a culture chamber (2) inside which a culture plate (3) is arranged having a plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33), each of said cylindrical shapes (31, 32, 33) defining a corresponding culture substrate holder, the culture chamber (2) additionally comprising at least one gas inlet port (4), at least one fluid inlet port (5) and at least one fluid outlet port (6); at least one sensor (7) of an environmental variable positioned inside said culture chamber (2), said at least one sensor (7) including at least one temperature sensor; temperature control means (8) operatively coupled with the culture chamber (2); and a control module (9) operatively connected with the at least one sensor (7) and with the temperature control means (8); wherein the control module (9) is configured to: receive environmental and temperature measurements from the at least one sensor (7); controlling the temperature inside the culture chamber (2), by means of the temperature control means (8), in response to said environmental and temperature measurements;
  • an intermediate portion or position of an element shall be understood as a portion or position between two ends of said element. Said intermediate portion or position may be located at, or near, the center of said element, which will be called the central portion or position, or far from the center, which will be called the eccentric portion or position, without limiting the scope of the present invention.
  • a mechanical system shall be understood as one made up of a set of mechanical parts such as bolts, nuts, gears and moving parts, which may have relative movements between them in known and reversible paths.
  • Said mechanical system may eventually be capable of imposing relative deformation between two points thereof by means of manual operation or with an ad-hoc tool.
  • the operation may be, for example and without limiting the scope of the present invention, by applying torque to a bolt that allows the approach or withdrawal of a rotation-restricted nut arranged thereon, or by some other more complex mechanism.
  • the means by which said capacity to impose relative deformation between two points is provided do not limit the scope of the present invention and any alternative known to a person normally versed in the art may be used.
  • the materials of the different elements that form part of the device (1) that is the object of the present invention do not limit the scope of the protection requested.
  • the device (1) can be manufactured, totally or partially, with a material selected from the group consisting of iron, steel, stainless steel, carbon steel, aluminum, duralumin, titanium, as well as a combination of these.
  • the shape and dimensions of the different elements that form part of the device (1) that is the object of the present invention do not limit the scope of the present invention and may depend, for example and without limiting the scope of the present invention, on the intended use to be given to the device (1) that is the object of the present invention.
  • the device (1) which is the object of the present invention comprises a culture chamber (2) inside which a culture plate (3) is arranged.
  • the shape, dimensions and materials of both the culture chamber (2) and the culture plate (3) do not limit the scope of the present invention as long as they allow the controlled cultivation of biofilms.
  • the interior of the culture chamber (2) can have a volume within the range between 1.5 liters and 15 liters, preferably within the range between 2 liters and 10 liters and more preferably within the range between 4 liters and 8 liters.
  • the figures illustrate a culture chamber that is substantially in the shape of a straight parallelepiped, other modalities are also possible without limiting the scope of the present invention.
  • the culture chamber (2) may have a container (21) and a lid (22) which together define said culture chamber (2).
  • the shape, dimensions and materials of said container (21) and said lid (22) do not limit the scope of the present invention.
  • the culture chamber (22) may comprise a seal (23) arranged between the container (21) and the lid (22). Said seal (23) can be disposable or reusable without limiting the scope of the present invention.
  • the culture chamber (2) additionally comprises at least one gas inlet port (4).
  • Said at least one gas inlet port (4) can be positioned at any location in the culture chamber (2) without limiting the scope of the present invention.
  • said at least one gas inlet port (4) can be positioned in the lid (2) of said culture chamber (2).
  • one or more elements may be provided to control the entry of said gases into the culture chamber (2).
  • one or more elements may be provided to control the entry of said gases into the culture chamber (2).
  • the culture chamber (2) additionally comprises at least one fluid inlet port (5).
  • said fluid can be liquid or gaseous.
  • said fluid is liquid.
  • said fluid is a culture medium.
  • Said at least one fluid inlet port (5) can be positioned at any location of the culture chamber (2) without limiting the scope of the present invention.
  • one or more elements may be provided to control the entry of said fluid into the culture chamber (2).
  • one or more valves that control the flow of said fluid into the culture chamber (2).
  • drive means operatively connected to the at least one fluid inlet port (5).
  • one or more pumps preferably one or more peristaltic pumps, for propelling the fluid into the culture chamber (2).
  • the culture chamber (2) additionally comprises at least one fluid (liquid or gaseous) outlet port (6).
  • Said at least one fluid outlet port (6) can be positioned at any location of the culture chamber (2) without limiting the scope of the present invention.
  • said at least one fluid outlet port (6) can be positioned in a lower portion of the culture chamber (2).
  • one or more elements may be provided to control the output of said fluid from the culture chamber (2).
  • one or more valves that control the flow of said fluid towards the outside of the culture chamber (2).
  • one or more propulsion means operatively connected to the at least one fluid outlet port (5).
  • one or more pumps preferably one or more peristaltic pumps, for propelling the fluid towards the outside of the culture chamber (2).
  • a culture plate (3) having a plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33).
  • Each of said cylindrical shapes (31, 32, 33) defines a corresponding culture substrate holder.
  • the way in which said plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) are arranged does not limit the scope of the present invention.
  • the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) can be arranged forming a grid.
  • the plurality of protuberances (14, 15, 16) of the stirring element (12) of the stirring means (10) may have a shape complementary to corresponding channels formed in the culture plate (3).
  • the plurality of protuberances (14, 15, 16) of the stirring element (12) of the stirring means (10) may have a shape complementary to corresponding channels formed in the culture plate (3).
  • the plurality of protuberances (14, 15, 16) of the stirring element (12) can be interspersed with the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3).
  • This preferred embodiment has the advantage that it allows to maximize the mechanical stress that is applied on the biofilms formed in the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate when the stirring element (12) moves along the guide (11) of the stirring means.
  • the number of cylindrical shapes (31, 32, 33) that form part of the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) does not limit the scope of the present invention.
  • the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) may comprise between 10 cylindrical shapes and 400 cylindrical shapes, preferably between 30 and 200 cylindrical shapes and more preferably between 50 and 150 cylindrical shapes.
  • the means by which said culture plate (3) is arranged inside the culture chamber (2) do not limit the scope of the present invention and may depend, for example, on the specific implementation of the device (1) that is the object of the present invention.
  • the culture chamber (2) may comprise a support (24) on which the culture plate (3) is mounted.
  • the culture plate (3) may be removably mounted on said support (24).
  • the temperature control means (8) that form part of the device (1) that is the object of the present invention can be positioned below the culture plate (3).
  • the device that is the object of the present invention further comprises at least one sensor (7) of an environmental variable positioned inside said culture chamber (2), said at least one sensor (7) including at least one temperature sensor.
  • Said at least one sensor (7) can be selected, for example, from group formed by humidity sensor, pH sensor, O2 concentration sensor, CO2 concentration sensor, pressure sensor, as well as a combination between them.
  • the sensors are used at the same time, to obtain the information of an environmental variable, it is selected from the group formed by a temperature sensor, humidity sensor, pH sensor, O2 concentration sensor, CO2 concentration sensor.
  • the specific implementation of said at least one sensor (7) does not limit the scope of the present invention and may depend, for example, on the dimensions, materials and shape of the device (1) that is the object of the present invention.
  • a sensor operatively connected to a gas inlet line that connects to the at least one gas inlet port (4) can be selected, for example and without limiting the scope of the present invention, from the group consisting of pressure sensors, O2 concentration or partial pressure sensors, CO2 concentration or partial pressure sensors, temperature sensors, humidity sensors, pH sensors, as well as a combination thereof.
  • a sensor operatively connected to a fluid inlet line that connects to the at least one fluid inlet port (5) it is possible to provide.
  • Said sensor connected to the fluid inlet line may be selected, for example and without limiting the scope of the present invention, from the group consisting of pressure sensors, O2 concentration or partial pressure sensors, CO2 concentration or partial pressure sensors, temperature sensors, humidity sensors, pH sensors, flow sensors, as well as a combination thereof.
  • Said sensor connected to the fluid outlet line, or effluent conduit may be selected, for example and without limiting the scope of the present invention, from the group consisting of sensors pressure sensors, O2 concentration or partial pressure sensors, CO2 concentration or partial pressure sensors, temperature sensors, humidity sensors, pH sensors, flow sensors, as well as a combination of these.
  • the device that is the object of the present invention further comprises temperature control means (8) operatively coupled with the culture chamber (2).
  • Said temperature control means (8) may comprise, for example and without limiting the scope of the present invention, both cooling means and heating means, as well as a combination between them.
  • the specific implementation of said heating means or said cooling means does not limit the scope of the present invention and may depend, for example, on the dimensions, materials and shape of the device (1) that is the object of the present invention.
  • the device (1) which is the object of the present invention further comprises stirring means (10) comprising a guide (11) positioned inside the culture chamber (2), a stirring element (12) comprising a crossbar (13) extending from the guide (11) and a plurality of lower protuberances (14, 15, 16) extending from the crossbar (13), wherein the stirring element (12) is configured to move along said guide (11), and wherein the stirring means (10) additionally comprise a manipulator positioned outside the culture chamber (2) and magnetically coupled to the stirring element (12), for applying mechanical stress on the biofilms.
  • stirring means (10) comprising a guide (11) positioned inside the culture chamber (2), a stirring element (12) comprising a crossbar (13) extending from the guide (11) and a plurality of lower protuberances (14, 15, 16) extending from the crossbar (13), wherein the stirring element (12) is configured to move along said guide (11), and wherein the stirring means (10) additionally comprise a manipulator positioned outside the culture chamber (2) and magnetically coupled to the stirring element (12), for
  • the stirring means (10) further comprise a plurality of lower protuberances (14, 15, 16) extending from the crossbar (13), wherein the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) are configured in relief and are arranged to form a grid and because the plurality of protuberances (14, 15, 16) of the stirring element are interspersed with the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3).
  • the stirring means (10) further comprise a flat base, at the bottom of the crossbar (13), where the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) are configured in low relief and are arranged to form a grid and because the flat base of the stirring element (10) passes over the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) when they are configured in low relief.
  • the stirring means (10) may additionally comprise a linear actuator (17) positioned outside the culture chamber (2) and operatively connected to the manipulator.
  • the control module (9) may additionally be operatively connected to the stirring means (10).
  • the control module (9) may additionally be configured to operate the linear actuator (17).
  • the control module (9) may be configured to operate the linear actuator (17) in response to environmental and temperature measurements.
  • the stirring means (10) may additionally comprise an internal magnetic component (18) configured to move along the guide (11) and magnetically coupled to the manipulator.
  • the stirring element (12) may be integrally connected to the internal magnetic component (18). In this way, a movement of the internal magnetic component (18) along the guide (11) results in a movement of the stirring element (12) along the guide (11).
  • control module (9) is additionally operatively connected to the stirring means (10) and because the control module (9) is additionally configured to operate the linear actuator (17).
  • the agitation means of the control module (9) is configured to operate the linear actuator (17) in response to environmental and temperature measurements.
  • the stirring means (10) additionally comprise an internal magnetic component (18) configured to move along the guide (11) and magnetically coupled with the manipulator, wherein the stirring element (12) is integrally connected to the internal magnetic component (18).
  • the culture chamber (2) comprises a container (21) and a lid (22).
  • it comprises a seal (23) arranged between the container (21) and the lid (22).
  • the at least one gas inlet port (4) and the at least one fluid inlet port (5) are positioned in the cover (22).
  • the culture chamber (2) additionally comprises a support (24) on which the culture plate (3) is mounted.
  • the culture plate (3) is removably mounted on said support (24).
  • the support (24) separates the culture plate (3) from a bottom (25) of the culture chamber (2) and because the temperature control means (8) are positioned below the culture plate (3).
  • the interior of the culture chamber (2) has a volume within the range between 1.5 liters and 15 liters.
  • the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) comprises between 10 cylindrical shapes and 400 cylindrical shapes.
  • the at least one sensor (7) of an environmental variable is selected from the group consisting of a humidity sensor, a pH sensor, an O2 concentration sensor, a CO2 concentration sensor, as well as a combination thereof.
  • the at least one sensor (7) of an environmental variable is selected from the group consisting of a humidity sensor, a pH sensor, an O2 concentration sensor, a CO2 concentration sensor, as well as a combination thereof.
  • it also comprises an actuator of the at least one gas inlet port (4), an actuator of the at least one gas outlet port (40), an actuator of the fluid inlet port (5), an actuator of the fluid outlet port (6), and each of the actuators are operatively connected to the control module (9), to control the entry/output of each fluid, where these actuators are not shown in the figures.
  • control module (9) is also connected to the sensor (7), to obtain the information of an environmental variable selected from the group consisting of humidity sensor, pH sensor, O2 concentration sensor, CO2 concentration sensor, as well as a combination between them.
  • the density of the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33), in the culture plate (3) is between 0.5 cylindrical shapes per cm 2 and 4 cylindrical shapes per cm 2 within the culture chamber (2).
  • the gas inlet port (4) comprises a gas inlet filter
  • the gas outlet port (40) comprises the gas inlet port (4) comprises a gas inlet filter
  • the gas outlet port (40) comprises a gas outlet filter
  • the fluid inlet port (5) comprises a fluid inlet filter
  • the fluid outlet port (6) comprises a fluid outlet filter, which filters are not shown in the figures.
  • the gas inlet port (4) comprises a gas inlet valve
  • the gas outlet port (40) comprises a gas outlet valve
  • the fluid inlet port (5) comprises a fluid inlet valve
  • the fluid outlet port (6) comprises a fluid outlet valve, which valves are not shown in the figures.
  • an overlying substrate (34) is superimposed on the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) configured in relief, shown in Figures 6A, 7A, 8A and 8A'.
  • an inserted substrate (35) is inserted into the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33) of the culture plate (3) configured in relief, shown in Figures 6B, 7B and 8B.
  • the term “at least one” shall be understood as one or more of the elements referred to, without limiting the scope of this application.
  • the number of elements referred to with the term “at least one” does not limit the scope of this application. Additionally, when more than one element referred to with the term “at least one” is provided, said elements may or may not be identical to each other, without limiting the scope of this application.
  • the term “plurality” shall be understood as meaning two or more of the elements referred to herein without limiting the scope of the application.
  • the number of elements referred to herein by the term “plurality” does not limit the scope of the application.
  • said elements that form part of the plurality may or may not be identical to each other without limiting the scope of the application.
  • the device consists of a culture chamber and 6 modules.
  • the culture chamber consisted of an upper plate, a gas supply port, with a sterilizing filter, a multiple port for fluid supply, a support for the culture plate, a quadrangular culture plate with cylindrical shapes on its surface, either low relief and in another test low relief, an upper seal that allows a hermetic closure of the culture chamber, 4 cylindrical separation shapes, 2 opposite walls, one of which has an internal rail, 2 borosilicate glass sheets in opposite positions for visual inspection of the culture chamber, a bottom or basal plate and a waste outlet port located on the bottom or basal plate, which allows the removal of liquid waste.
  • the gas supply port facilitated the piped inlet of a mixture of gases, which allowed the generation of different atmospheres necessary for the development of a peri-implantitis microcosm biofilm.
  • a sterilizing filter connected to the gas supply port was provided.
  • the multiple fluid supply port allowed for tubing connection to a peristaltic pump, to facilitate pumping of inoculum, culture medium, and/or artificial periimplant crevicular fluid at predetermined flow rates.
  • the walls were mounted on the bottom plate and allow to support the top plate.
  • One of the walls or a lid presented an internal rail to guide a magnetic link piece of the stirring module, where the rail located on the lid is not shown in the figures.
  • the implemented device had a sensor module consisting of a set of sensors to measure the variables of temperature, relative humidity (hr), pressure, O2 and CO2 concentrations.
  • Another module of the device is the incubation module that allowed the temperature inside the culture chamber to be kept constant, for example, at 37 ⁇ 0.5°C, based on the feedback received by the sensor module.
  • the device also has a control module that allowed the integration of sensors and actuators. It acquired and stored the information obtained by the sensors in an internal memory and executed temperature and gaseous oxygen control loops.
  • a control module that allowed the integration of sensors and actuators. It acquired and stored the information obtained by the sensors in an internal memory and executed temperature and gaseous oxygen control loops.
  • a microcontroller a screen with a graphical interface, a WiFi module and another with a Bluetooth module.
  • a fourth module is a stirring module that allowed the proper mixing of the different fluids entering the culture chamber, through a comb with teeth arranged in an intercalated manner, between the cylindrical shapes or pillars of the culture plate. In addition, when the stirring was carried out, it allowed exerting mechanical stress on the substrates.
  • the comb was linked to a linear actuator located externally, through an internal magnetic component guided by a rail.
  • a sampling module was provided to obtain samples from the effluent line in a sterile manner, prior to the waste entering a waste container, and a waste disposal module for the disposal of waste through an effluent line, from the culture chamber to a container.
  • the experiment whose cycle was established in 30 days, was started by configuring the sterile culture chamber with the appropriate environmental parameters, adjusting the temperature to 37 ⁇ 0.5 °C.
  • an inoculum of a pool of saliva obtained from periodontally healthy patients is introduced at a flow rate of 1 mL/min during the first 8 hours, and the filtered air inlet port (0.2 ⁇ m filter) was used to induced an aerobic atmosphere until day 8.
  • This inoculum is uniformly dispersed by the stirring element of the device, over a period of 10 minutes.
  • the culture plate supporting multiple substrates, facilitating the adhesion and growth of biofilms.
  • the culture medium was pumped into the chamber at a flow rate of 0.5 mL/min, until day 30. From day 9 to day 19, a microaerophilic atmosphere (2% O2 and 3% CO2) is induced. Subsequently, from day 20 to the end of the cycle, an anaerobic atmosphere (5% CO2) is induced.
  • the device had a density of the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33), in the culture plate (3) of one cylindrical shape per cm 2 within the culture chamber (2), where the cylindrical shape was in relief or pillar shape.
  • Periodic mechanical stress was applied using the device's agitation element, which moved along an internal guide. This stress simulated the physical forces experienced by biofilms in the oral environment, such as those caused by chewing and brushing.
  • Sensors integrated into the growth chamber continuously monitor humidity, pressure, O2 and CO2 concentrations. Necessary adjustments are made automatically by the control module, based on the data received from the sensors.
  • biofilm samples were collected in a sterile manner from the culture chamber.
  • the biofilms were analyzed to determine their composition and density.
  • the experiment whose cycle was established in 30 days, is started by configuring the sterile culture chamber with the appropriate environmental parameters, adjusting the temperature to 37 ⁇ 0.5 °C.
  • an inoculum of a pool of saliva obtained from periodontally healthy patients was introduced at a flow rate of 1 mL/min during the first 8 hours, and using the filtered air inlet port (0.2 pm filter) an aerobic atmosphere was induced until day 8.
  • This inoculum is uniformly dispersed by the stirring element of the device, over a period of 10 minutes.
  • the culture plate supporting multiple substrates, facilitating the adhesion and growth of biofilms.
  • the culture medium was pumped into the chamber at a flow rate of 0.5 mL/min, until day 30. From day 9 to day 19, a microaerophilic atmosphere (2% O2 and 3% CO2) was induced. Subsequently, from day 20 to the end of the cycle, an anaerobic atmosphere (5% CO2) was induced.
  • the device had a density of the plurality of cylindrical shapes (31, 32, 33), in the culture plate (3) of two cylindrical shapes per cm 2 inside the culture chamber (2), where the cylindrical shape was of low relief or in the form of a hollow or cavity.
  • Periodic mechanical stress was applied using the device's agitation element, which moves along an internal guide. This stress simulated the physical forces experienced by biofilms in the oral environment, such as those caused by chewing and brushing.
  • Sensors integrated into the growth chamber continuously monitor humidity, pressure, O2 and CO2 concentrations. Necessary adjustments are made automatically by the control module, based on the data received from the sensors.
  • Anti-biofilm treatment is administered through the fluid inlet port at regular intervals and its effectiveness in inhibiting biofilm formation was evaluated. Dosage and frequency of application are controlled through the fluid inlet port, delivering excellent results.
  • biofilm samples were collected aseptically from the culture chamber.
  • the biofilms were analyzed to determine their composition, density, and resistance to the applied treatments.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Un dispositivo modular para permitir un cultivo controlado de biopelículas y la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas, que comprende: una cámara de cultivo que dispone una placa de cultivo que presenta una pluralidad de formas cilíndricas, al menos un puerto de entrada y otro de salida de gases, al menos un puerto de entrada y otro de salida de fluido; al menos un sensor de una variable ambiental posicionado en el interior de la cámara de cultivo, y que incluye al menos un sensor de temperatura; medios de control de temperatura; y un módulo de control conectado operativamente con el sensor y con los medios de control, además comprende medios de agitación con una guía posicionada en el interior de la cámara de cultivo, un elemento de agitación, para la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas.

Description

DISPOSITIVO MODULAR PARA CULTIVAR BIOPELÍCULAS Y APLICAR ESTRÉS MECÁNICO SOBRE LAS BIOPELÍCULAS
MEMORIA DESCRIPTIVA
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con el campo de los cultivos controlados de microorganismos y en particular proporciona un dispositivo modular para permitir un cultivo controlado de biopelículas y la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el estado de la técnica, existe la necesidad de evaluar la susceptibilidad a los antibióticos de las bacterias en biopelículas, de una manera que se asemeje a las biopelículas creadas ¡n vivo. En vista de esto, un problema del estado de la técnica es la formación de modelos de biopelículas in vitro para, por ejemplo, investigar nuevos compuestos anti-biopelículas y determinar las mejores estrategias de gestión para las infecciones relacionadas con biopelículas.
Es útil poder determinar la concentración mínima de erradicación de biopelículas de antibióticos o evaluar nuevos compuestos en relación con su capacidad para inhibir la formación, para desagregar o erradicar biopelículas. Al mismo tiempo para simular más cercanamente cómo se comportan estos sistemas de biopelículas ¡n vivo, es atractiva la posibilidad de controlar las condiciones de crecimiento durante largos períodos de tiempo. Por ejemplo, cambiar la composición de la atmósfera vahando la concentración de oxígeno de manera gradual o cíclica, aplicando estrés mecánico o cambiando las composiciones de los medios líquidos que rodean la biopelícula permite aproximar un modelo in vitro de una biopelícula, por ejemplo una biopelícula oral.
En el estado de la técnica se conocen algunas divulgaciones que abordan parcialmente este problema. Por ejemplo, el documento U S2016/201023 A1 divulga un método y sistema de cultivo. Para esto, se proporciona un recipiente de preparación y un recipiente principal de cultivo, así como puertos de entrada de gases y de fluidos, y puertos de salida de fluido. Sin embargo, dicho documento no divulga una placa de cultivo que se dispone en el interior de la cámara de cultivo con el fin de formar las biopelículas.
Por otra parte, el documento US 2012/220027 A1 divulga un sistema de agitación para su uso en recipiente de cultivo de algas o cianobactehas que comprende un miembro seguidor (120) configurado para su desplazamiento a lo largo de una guía (100) y que se conecta con un elemento de agitación (170) dispuesto en el interior de la cámara de cultivo. Sin embargo, de acuerdo con este documento, el manipulador se encuentra en el interior de la cámara y, adicionalmente, el elemento de agitación posee forme de una hoja, similar a un ala de avión. Esta configuración no permite ejercer un estrés mecánico adecuado cuando se forman biopelículas.
En consecuencia, se requiere de un dispositivo modular para permitir un cultivo controlado de biopelículas que permita superar las deficiencias del estado de la técnica.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un dispositivo modular para permitir un cultivo controlado de biopelículas y la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas, que se caracteriza porque el dispositivo comprende: una cámara de cultivo en cuyo interior se dispone una placa de cultivo que presenta una pluralidad de formas cilindricas, cada una de dichas formas cilindricas que define un correspondiente portasustrato de cultivo, la cámara de cultivo que comprende, adicionalmente, al menos un puerto de entrada de gases, al menos un puerto de entrada de fluido y al menos un puerto de salida de fluido; al menos un sensor de una variable ambiental posicionado en el interior de dicha cámara de cultivo, dicho al menos un sensor que incluye al menos un sensor de temperatura; medios de control de temperatura acoplados operativamente con la cámara de cultivo; y un módulo de control conectado operativamente con el al menos un sensor y con los medios de control de temperatura; en donde el módulo de control está configurado para: recibir mediciones ambientales y de temperatura desde el al menos un sensor; controlar la temperatura en el interior de la cámara de cultivo, mediante los medios de control de temperatura, en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; controlar la entrada de al menos un gas a la cámara de cultivo, mediante el al menos un puerto de entrada de gases, en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; controlar la entrada de al menos un fluido a la cámara de cultivo, mediante el al menos un puerto de entrada de fluido, en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; y controlar la salida de fluido desde la cámara de cultivo, mediante el al menos un puerto de salida de fluido; en donde el dispositivo adicionalmente comprende: medios de agitación que comprenden una guía posicionada en el interior de la cámara de cultivo, un elemento de agitación que comprende un travesaño que se extiende desde la guía y una pluralidad de protuberancias inferiores que se extienden desde el travesaño, en donde el elemento de agitación está configurado para su desplazamiento a lo largo de dicha guía, y en donde los medios de agitación adicionalmente comprenden un manipulador posicionado en el exterior de la cámara de cultivo y acoplado magnéticamente con el elemento de agitación, para la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Fig. 1 ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de una primera realización del dispositivo que es objeto de la presente invención.
La Fig. 2 ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de una primera realización del dispositivo que es objeto de la presente invención, en donde se muestra un corte en una primera dirección.
La Fig. 3 ¡lustra una vista esquemática plana de corte de una primera realización del dispositivo que es objeto de la presente invención.
La Fig. 4 ¡lustra una primera vista esquemática en perspectiva de una primera realización de un recipiente que forma parte del dispositivo que es objeto de la presente invención.
La Fig. 5 ¡lustra una segunda vista esquemática en perspectiva de una primera realización de un recipiente que forma parte del dispositivo que es objeto de la presente invención.
La Fig. 6A ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de una primera realización de una placa de cultivo que forma parte del dispositivo que es objeto de la presente invención, con una pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) se configuran en sobre relieve.
La Fig . 6B ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de una primera realización de una placa de cultivo que forma parte del dispositivo que es objeto de la presente invención, con una pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) se configuran en bajo relieve.
La Fig. 7A ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de una primera realización de un elemento de agitación que forma parte del dispositivo que es objeto de la presente invención, con unos medios de agitación (10) con una pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) inferiores que se extienden desde el travesaño (13).
La Fig. 7B ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de una primera realización de un elemento de agitación que forma parte del dispositivo que es objeto de la presente invención, con unos medios de agitación (10) con una base plana, en la parte inferior del travesaño (13),
La Fig. 8A ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de un sustrato sobrepuesto (34) para la placa de cultivo (3) configuradas en sobre relieve.
La Fig. 8A' ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de un sustrato sobrepuesto (34) en corte, para la placa de cultivo (3) configuradas en sobre relieve.
La Fig. 8B ¡lustra una vista esquemática en perspectiva de un sustrato un sustrato insertado (35) para la placa de cultivo (3) configuradas bajo relieve.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
A continuación, se describirá de manera detallada la presente invención, haciendo referencia para esto a las figuras que acompañan la presente solicitud.
La presente invención proporciona un dispositivo (1 ) modular para permitir un cultivo controlado de biopelículas y la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas, en donde el dispositivo (1 ) comprende: una cámara de cultivo (2) en cuyo interior se dispone una placa de cultivo (3) que presenta una pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33), cada una de dichas formas cilindricas (31 , 32, 33) que define un correspondiente portasustrato de cultivo, la cámara de cultivo (2) que comprende, adicionalmente, al menos un puerto de entrada de gases (4), al menos un puerto de entrada de fluido (5) y al menos un puerto de salida de fluido (6); al menos un sensor (7) de una variable ambiental posicionado en el interior de dicha cámara de cultivo (2), dicho al menos un sensor (7) que incluye al menos un sensor de temperatura; medios de control de temperatura (8) acoplados operativamente con la cámara de cultivo (2); y un módulo de control (9) conectado operativamente con el al menos un sensor (7) y con los medios de control de temperatura (8); en donde el módulo de control (9) está configurado para: recibir mediciones ambientales y de temperatura desde el al menos un sensor (7); controlar la temperatura en el interior de la cámara de cultivo (2), mediante los medios de control de temperatura (8), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; controlar la entrada de al menos un gas a la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de entrada de gases (4), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; controlar la salida de al menos un gas a la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de salida de gases (40), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; controlar la entrada de al menos un fluido a la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de entrada de fluido (5), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; y controlar la salida de fluido desde la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de salida de fluido (6); en donde el dispositivo (1 ) adicionalmente comprende: medios de agitación (10) que comprenden una guía (1 1 ) posicionada en el interior de la cámara de cultivo (2), un elemento de agitación (12) que comprende un travesaño (13) que se extiende desde la guía (11 ), en donde el elemento de agitación (12) está configurado para su desplazamiento a lo largo de dicha guía (1 1 ), y en donde los medios de agitación (10) adicionalmente comprenden un manipulador posicionado en el exterior de la cámara de cultivo (2) y acoplado magnéticamente con el elemento de agitación (12), para la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas.
En el contexto de la presente invención, sin que esto limite el alcance de la misma, se entenderá como porción o posición intermedia de un elemento a una porción o posición comprendida entre dos extremos de dicho elemento. Dicha porción o posición intermedia puede encontrarse en, o cerca del, centro de dicho elemento, lo cual se denominará como porción o posición central, o alejada del centro, lo cual se denominará como porción o posición excéntrica, sin que esto limite el alcance de la presente invención.
En el contexto de la presente invención, sin que esto limite el alcance de la misma, se entenderá como sistema mecánico a aquel conformado por un conjunto de piezas mecánicas como pernos, tuercas, engranes y partes móviles, que pueden tener movimientos relativos entre ellos en trayectorias conocidas y reversibles. Dicho sistema mecánico puede eventualmente ser capaz de imponer deformación relativa entre dos puntos del mismo por medio del accionamiento manual o con herramienta ad-hoc. El accionamiento puede ser, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, mediante la aplicación de torque a un perno que permite el acercamiento o alejamiento de una tuerca restringida de rotación dispuesta en él, o mediante algún otro mecanismo más complejo. Los medios mediante los cuales se proporcione dicha capacidad de imponer deformación relativa entre dos puntos no limitan el alcance de la presente invención y puede utilizarse cualquier alternativa conocida por una persona normalmente versada en la materia. Los materiales de los diferentes elementos que forman parte del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención no limitan el alcance de la protección solicitada. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención el dispositivo (1 ) puede fabricarse, total o parcialmente, con un material que se selecciona del grupo formado por hierro, acero, acero inoxidable, acero al carbono, aluminio, duraluminio, titanio, así como una combinación entre los mismos.
Por otra parte, la forma y dimensiones de los diferentes elementos que forman parte del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención no limitan el alcance de la presente invención y pueden depender, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del uso previsto que se le dé al dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención.
El dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención comprende una cámara de cultivo (2) en cuyo interior se dispone una placa de cultivo (3). La forma, dimensiones y materiales, tanto de la cámara de cultivo (2) como de la placa de cultivo (3) no limitan el alcance de la presente invención en tanto permitan el cultivo controlado de biopelículas. Por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, el interior de la cámara de cultivo (2) puede poseer un volumen dentro del rango entre 1 ,5 litros y 15 litros, preferentemente dentro del rango entre 2 litros y 10 litros y más preferentemente dentro del rango entre 4 litros y 8 litros. Por otra parte, si bien en las figuras se ¡lustra una cámara de cultivo que posee forma sustancialmente de paralelepípedo recto, otras modalidades son también posibles sin que esto limite el alcance de la presente invención.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, la cámara de cultivo (2) puede poseer un recipiente (21 ) y una tapa (22) que, en conjunto, definen dicha cámara de cultivo (2). La forma, dimensiones y materiales de dicho recipiente (21 ) y de dicha tapa (22) no limitan el alcance de la presente invención. En un ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, es preferible que dicho recipiente (21 ) y dicha tapa (22) formen entre sí un conjunto hermético. Para esto, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, la cámara de cultivo (22) puede comprender un sello (23) dispuesto entre el recipiente (21 ) y la tapa (22). Dicho sello (23) puede ser desechadle o reutilizable sin que esto limite el alcance de la presente invención.
La cámara de cultivo (2), adicionalmente, comprende al menos un puerto de entrada de gases (4). Dicho al menos un puerto de entrada de gases (4) puede posicionarse en cualquier ubicación de la cámara de cultivo (2) sin que esto limite el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, cuando la cámara de cultivo (2) comprende un recipiente (21 ) y una tapa (22), dicho al menos un puerto de entrada de gases (4) puede posicionarse en la tapa (2) de dicha cámara de cultivo (2).
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, puede disponerse uno o más elementos de control de la entrada de dichos gases a la cámara de cultivo (2). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar una o más válvulas que controlan el flujo de dichos gases hacia el interior de la cámara de cultivo (2), en donde las válvulas no están mostradas en las figuras.
La cámara de cultivo (2), adicionalmente, comprende al menos un puerto de entrada de fluido (5). En el contexto de la presente invención, sin que esto limite el alcance de la misma, se entenderá que dicho fluido puede ser líquido o gaseoso. En una realización preferida, dicho fluido es líquido. En una realización más preferida, dicho fluido es un medio de cultivo. Dicho al menos un puerto de entrada de fluido (5) puede posicionarse en cualquier ubicación de la cámara de cultivo (2) sin que esto limite el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, cuando la cámara de cultivo (2) comprende un recipiente (21 ) y una tapa (22), dicho al menos un puerto de entrada de fluido (5) puede posicionarse en la tapa (2) de dicha cámara de cultivo (2).
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, puede disponerse uno o más elementos de control de la entrada de dicho fluido a la cámara de cultivo (2). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar una o más válvulas que controlan el flujo de dicho fluido hacia el interior de la cámara de cultivo (2). En otro ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar uno o más medios de impulsión conectados operativamente con el al menos un puerto de entrada de fluido (5). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar una o más bombas, preferentemente una o más bombas peristálticas, para la impulsión del fluido hacia el interior de la cámara de cultivo (2).
La cámara de cultivo (2), adicionalmente, comprende al menos un puerto de salida de fluido (líquido o gaseoso) (6). Dicho al menos un puerto de salida de fluido (6) puede posicionarse en cualquier ubicación de la cámara de cultivo (2) sin que esto limite el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho al menos un puerto de salida de fluido (6) puede posicionarse en una porción inferior de la cámara de cultivo (2).
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, puede disponerse uno o más elementos de control de la salida de dicho fluido desde la cámara de cultivo (2). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar una o más válvulas que controlan el flujo de dicho fluido hacia el exterior de la cámara de cultivo (2). En otro ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar uno o más medios de impulsión conectados operativamente con el al menos un puerto de salida de fluido (5). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar una o más bombas, preferentemente una o más bombas peristálticas, para la impulsión del fluido hacia el exterior de la cámara de cultivo (2).
En el interior de la cámara de cultivo (2) se dispone una placa de cultivo (3) que presenta una pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33). Cada una de dichas formas cilindricas (31 , 32, 33) define un correspondiente portasustrato de cultivo. La forma en la cual se disponga dicha pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) no limita el alcance de la presente invención. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) pueden disponerse formando una cuadrícula. En esta realización preferida, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, la pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) del elemento de agitación (12) de los medios de agitación (10) pueden poseer una forma complementaria a canales correspondientes formados en la placa de cultivo (3). De este modo, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, la pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) del elemento de agitación (12) pueden intercalarse con la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3). Esta realización preferida posee la ventaja de que permite maximizar el estrés mecánico que se aplica sobre las biopelículas formadas en la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo cuando el elemento de agitación (12) se desplaza a lo largo de la guía (1 1 ) de los medios de agitación.
El número de formas cilindricas (31 , 32, 33) que forme parte de la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) no limita el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la protección solicitada, la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) puede comprender entre 10 formas cilindricas y 400 formas cilindricas, preferentemente entre 30 y 200 formas cilindricas y más preferentemente entre 50 y 150 formas cilindricas.
Adicionalmente, los medios mediante los cuales dicha placa de cultivo (3) se disponga en el interior de la cámara de cultivo (2) no limitan el alcance de la presente invención y pueden depender, por ejemplo, de la implementación específica del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, la cámara de cultivo (2) puede comprender un soporte (24) en el que se monta la placa de cultivo (3). En una realización más preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, la placa de cultivo (3) puede montarse de manera desmontable en dicho soporte (24).
En otra realización preferida, en la cual se proporciona un soporte (24) para la placa de cultivo (3), dicho soporte puede separar a la placa de cultivo (3) de un fondo (25) de la cámara de cultivo (2). En esta realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, los medios de control de temperatura (8) que forman parte del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención, pueden posicionarse por debajo de la placa de cultivo (3).
El dispositivo que es objeto de la presente invención comprende, además, al menos un sensor (7) de una variable ambiental posicionado en el interior de dicha cámara de cultivo (2), dicho al menos un sensor (7) que incluye al menos un sensor de temperatura. Dicho al menos un sensor (7) puede seleccionarse, por ejemplo, del grupo formado por sensor de humedad, sensor de pH, sensor de concentración de O2, sensor de concentración de CO2, sensor de presión, así como una combinación entre los mismos. En otra configuración preferente se usan los sensores al mismo tiempo, para obtener la información de una variable ambiental se selecciona del grupo formado por un sensor de temperatura, sensor de humedad, sensor de pH, sensor de concentración de O2, sensor de concentración de CO2. La implementation específica de dicho al menos un sensor (7) no limita el alcance de la presente invención y puede depender, por ejemplo, de las dimensiones, materiales y forma del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención.
Por otra parte, es posible proporcionar uno o más sensores ambientales adicionales y que se posicionan por fuera de la cámara de cultivo (2). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar un sensor conectado operativamente a una línea de entrada de gases que se conecta con el al menos un puerto de entrada de gases (4). Dicho sensor conectado con la línea de entrada de gases puede seleccionarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del grupo formado por sensores de presión, sensores de concentración o presión parcial de O2, sensores de concentración o presión parcial de CO2, sensores de temperatura, sensores de humedad, sensores de pH, así como una combinación entre los mismos. En otro ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar un sensor conectado operativamente a una línea de entrada de fluido que se conecta con el al menos un puerto de entrada de fluido (5). Dicho sensor conectado con la línea de entrada de fluido puede seleccionarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del grupo formado por sensores de presión, sensores de concentración o presión parcial de O2, sensores de concentración o presión parcial de CO2, sensores de temperatura, sensores de humedad, sensores de pH, sensores de flujo, así como una combinación entre los mismos. En un tercer ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar un sensor conectado operativamente a una línea de salida de fluido, o conducto de efluente, que se conecta con el al menos un puerto de salida de fluido (6). Dicho sensor conectado con la línea de salida de fluido, o conducto de efluente, puede seleccionarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del grupo formado por sensores de presión, sensores de concentración o presión parcial de O2, sensores de concentración o presión parcial de CO2, sensores de temperatura, sensores de humedad, sensores de pH, sensores de flujo, así como una combinación entre los mismos.
El dispositivo que es objeto de la presente invención comprende, además, medios de control de temperatura (8) acoplados operativamente con la cámara de cultivo (2). Dichos medios de control de temperatura (8) pueden comprender, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, tanto medios de enfriamiento como medios de calefacción, así como una combinación entre los mismos. La implementación específica de dichos medios de calefacción o de dichos medios de enfriamiento no limitan el alcance de la presente invención y pueden depender, por ejemplo, de las dimensiones, materiales y forma del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención.
El dispositivo (1 ) que es objeto de la presente invención, además, comprende medios de agitación (10) que comprenden una guía (11 ) posicionada en el interior de la cámara de cultivo (2), un elemento de agitación (12) que comprende un travesaño (13) que se extiende desde la guía (11 ) y una pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) inferiores que se extienden desde el travesaño (13), en donde el elemento de agitación (12) está configurado para su desplazamiento a lo largo de dicha guía (1 1 ), y en donde los medios de agitación (10) adicionalmente comprenden un manipulador posicionado en el exterior de la cámara de cultivo (2) y acoplado magnéticamente con el elemento de agitación (12), para la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, los medios de agitación (10) además comprenden una pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) inferiores que se extienden desde el travesaño (13), en donde la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) se configuran en sobre relieve y se disponen formando una cuadrícula y porque la pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) del elemento de agitación se intercalan con la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3).
En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, los medios de agitación (10) además comprenden una base plana, en la parte inferior del travesaño (13), en donde la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) se configuran en bajo relieve y se disponen formando una cuadrícula y porque la base plana del elemento de agitación (10) pasa por sobre la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) cuando están configuradas de bajo relieve.
En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, los medios de agitación (10) pueden comprender adicionalmente un actuador lineal (17) posicionado en el exterior de la cámara de cultivo (2) y conectado operativamente con el manipulador. En una realización más preferida, el módulo de control (9) puede estar, adicionalmente, conectado operativamente con los medios de agitación (10). En esta realización más preferida, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, el módulo de control (9) puede estar adicionalmente configurado para operar el actuador lineal (17). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, el módulo de control (9) puede estar configurado para operar el actuador lineal (17) en respuesta a las mediciones ambientales y de temperatura.
En otra realización preferida, los medios de agitación (10) adicionalmente pueden comprender un componente magnético interno (18) configurado para su desplazamiento a lo largo de la guía (1 1 ) y acoplado magnéticamente con el manipulador. En esta realización preferida, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, el elemento de agitación (12) puede conectarse solidariamente con el componente magnético interno (18). De esta manera, un desplazamiento del componente magnético interno (18) a lo largo de la guía (1 1 ) se traduce en un desplazamiento del elemento de agitación (12) a lo largo de la guía (1 1 ).
En otra realización preferida, el módulo de control (9) adicionalmente está conectado operativamente con los medios de agitación (10) y porque el módulo de control (9) está adicionalmente configurado para operar el actuador lineal (17).
En otra realización preferida, los medios de agitación el módulo de control (9) está configurado para operar el actuador lineal (17) en respuesta a las mediciones ambientales y de temperatura. En otra realización preferida, los medios de agitación (10) adicionalmente comprenden un componente magnético interno (18) configurado para su desplazamiento a lo largo de la guía (11 ) y acoplado magnéticamente con el manipulador, en donde el elemento de agitación (12) se conecta solidariamente con el componente magnético interno (18).
En otra realización preferida, la cámara de cultivo (2) comprende un recipiente (21 ) y una tapa (22).
En otra realización preferida, comprende un sello (23) dispuesto entre el recipiente (21 ) y la tapa (22).
En otra realización preferida, el al menos un puerto de entrada de gases (4) y el al menos un puerto de entrada de fluido (5) se posicionan en la tapa (22).
En otra realización preferida, la cámara de cultivo (2) adicionalmente comprende un soporte (24) en el que se monta la placa de cultivo (3).
En otra realización preferida, la placa de cultivo (3) se monta de manera desmontable en dicho soporte (24).
En otra realización preferida, el soporte (24) separa a la placa de cultivo (3) de un fondo (25) de la cámara de cultivo (2) y porque los medios de control de temperatura (8) se posicionan por debajo de la placa de cultivo (3).
En otra realización preferida, el interior de la cámara de cultivo (2) posee un volumen dentro del rango entre 1 ,5 litros y 15 litros.
En otra realización preferida, porque la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) comprende entre 10 formas cilindricas y 400 formas cilindricas.
En otra realización preferida, el al menos un sensor (7) de una variable ambiental se selecciona del grupo formado por sensor de humedad, sensor de pH, sensor de concentración de O2, sensor de concentración de CO2, así como una combinación entre los mismos. En otra realización preferida, porque además comprende un actuador de el al menos un puerto de entrada de gases (4), un actuador de el al menos un actuador de el puerto de salida de gases (40), un actuador del puerto de entrada de fluido (5), un actuador del puerto de salida de fluido (6), y cada uno de los actuadores están conectaos operativamente al módulo de control (9), para controlar la entrada / salida de cada fluido, en donde estos actuadores no están mostrados en las figuras.
En otra realización preferida, el módulo de control (9) esta además conectado con el sensor (7), para obtener la información de una variable ambiental se selecciona del grupo formado por sensor de humedad, sensor de pH, sensor de concentración de O2, sensor de concentración de CO2, así como una combinación entre los mismos.
En otra realización preferida, la densidad de la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33), en la placa de cultivo (3) es de entre 0,5 formas cilindricas por cm2 y 4 formas cilindricas por cm2 dentro de la cámara de cultivo (2).
En otra realización preferida, el puerto de entrada de gases (4) comprende un filtro de entrada de gases, el puerto de salida de gases (40) comprende el puerto de entrada de gases (4) comprende un filtro de entrada de gases, el puerto de salida de gases (40) comprende un filtro de salida de gases, el puerto de entrada de fluido (5) comprende un filtro de entrada de fluido, y el puerto de salida de fluido (6) comprende un filtro de salida de fluido, cuyos filtros no están mostrados en las figuras.
En otra realización preferida, el puerto de entrada de gases (4) comprende una válvula de entrada de gases, el puerto de salida de gases (40) comprende una válvula de salida de gases, el puerto de entrada de fluido (5) comprende una válvula de entrada de fluido, y el puerto de salida de fluido (6) comprende una válvula de salida de fluido, cuyas válvulas no están mostradas en las figuras.
En otra realización preferida, un sustrato sobrepuesto (34) se sobreponen en la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) configuradas en sobre relieve, mostrado en las figuras 6A, 7A, 8A y 8A'. En otra realización preferida, un sustrato insertado (35) se insertan en la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) configuradas bajo relieve, mostrado en las figuras 6B, 7B y 8B.
De acuerdo con la descripción previamente detallada, es posible obtener un dispositivo (1 ) que permite superar las deficiencias del estado de la técnica.
En el contexto de la presente solicitud, sin que esto limite el alcance de esta, se entenderá la expresión “al menos un” como uno o más de los elementos a los que se hace referencia. El número de elementos a los que se haga referencia con la expresión “al menos un” no limita el alcance de la presente solicitud. Adicionalmente, cuando se proporciona más de un elemento referido con la expresión “al menos un”, dichos elementos pueden o no ser idénticos entre sí sin que esto limite el alcance de la presente solicitud.
En el contexto de la presente solicitud, sin que esto limite el alcance de esta, se entenderá la expresión “pluralidad” como dos o más de los elementos a los que se hace referencia. El número de elementos a los que se haga referencia con la expresión “pluralidad” no limita el alcance de la presente solicitud. Adicionalmente, dichos elementos que forman parte de la pluralidad pueden o no ser idénticos entre sí sin que esto limite el alcance de la presente solicitud.
En el contexto de la presente solicitud, sin que esto limite el alcance de esta, se entenderá como “al menos un” a uno o más de los elementos a los que se hace referencia. En consecuencia, el número de elementos a los que se haga referencia no limita el alcance de la presente solicitud. Adicionalmente, en caso de que se proporciona más de un elemento, dichos elementos pueden o no ser idénticos entre sí sin que esto limite el alcance de la presente solicitud.
Los artículos gramaticales "un", "una", "el" y "la", como se usan en la presente memoria descriptiva, pretenden incluir "al menos uno", "al menos una", "uno o más o "una o más", a menos que el contexto indique o requiera lo contrario. Por lo tanto, los artículos se usan en la presente memoria descriptiva para referirse a uno o más de uno (es decir, a "al menos uno") de los objetos gramaticales del artículo. A modo de ejemplo, "un componente" significa uno o más componentes, y, por ende, posiblemente se contemple y pueda usarse o emplearse más de un componente en una implementación de la invención. Además, el uso de un sustantivo singular incluye el plural, y el uso de un sustantivo plural incluye el singular, a menos que el contexto del uso requiera lo contrario.
El uso de los términos tales como: "incluye", "que incluye", "incluyendo", "tiene", "que tiene", "teniendo", "contiene", "que contiene", "conteniendo", “que comprende” o “comprendiendo”, incluso incorporando algunos equivalentes gramaticales de estos, deben ser entendidos generalmente como abiertos y no limitativos, por ejemplo, sin que excluyan elementos o pasos no mencionados adicionales, a menos que se mencione o comprenda explícitamente lo contrario en el contexto descrito.
Debe entenderse que las diferentes opciones descritas para las características técnicas del dispositivo (1 ) pueden combinarse entre sí, o con otras alternativas conocidas para una persona normalmente versada en la materia, sin que esto limite el alcance de la protección solicitada.
LISTADO DE REFERENCIAS
1 Dispositivo modular
2 Cámara de cultivo
21 Recipiente
22 Tapa
23 Sello
24 Soporte
25 Fondo de la cámara de cultivo
3 Placa de cultivo
31 , 32, 33 Pluralidad de formas cilindricas
34 Sustrato sobrepuesto
35 Sustrato insertado 4 Puerto de entrada de gases
40 Puerto de salida de gases
5 Puerto de entrada de fluido
6 Puerto de salida de fluido
7 Sensor de una variable ambiental
8 Medios de control de temperatura
9 Módulo de control
10 Medios de agitación
1 1 Guía
12 Elemento de agitación
13 T ravesaño
14, 15, 16 Pluralidad de protuberancias
17 Actuador Lineal
18 Componente magnético interno
21 Recipiente
22 Tapa
23 Sello
24 Soporte
25 Fondo de la cámara de cultivo
A continuación, se entregarán ejemplos de aplicación del dispositivo (1 ) que es objeto de la presente solicitud. Dichos ejemplos se entregan sólo para un mejor entendimiento de la tecnología, pero en ningún caso debe entenderse que limiten el alcance de la protección solicitada. Adicionalmente, detalles de características técnicas descritas en ejemplos diferentes pueden combinarse entre sí, o con otras opciones previamente descritas o conocidas para una persona normalmente versada en la materia, de cualquier manera, prevista sin que esto limite el alcance de la protección.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Ejemplo 1 : Implementación del dispositivo
Se implemento un dispositivo modular, que permitió la contaminación o inoculación de superficies conformadas por distintos materiales. El dispositivo está conformado por una cámara de cultivo y 6 módulos.
La cámara de cultivo estaba formada por una placa superior, un puerto de suministro de gases, con un filtro esterilizador, un puerto múltiple para suministro de fluidos, un soporte para la placa de cultivo, una placa de cultivo de forma cuadrangular con formas cilindricas en su superficie, ya sean de bajo relieve y en otra prueba de bajo relieve, un sello superior que permite un cierre hermético de la cámara de cultivo, 4 formas cilindricas de separación, 2 paredes opuestas, una de las cuales presenta un riel interno, 2 láminas de vidrio borosilicatado en posiciones opuestas para la inspección visual de la cámara de cultivo, una placa inferior o basal y un puerto de salida de desechos localizado en la placa inferior o basal, que permite la eliminación de desechos líquidos.
El puerto de suministro de gases facilitó el ingreso por tuberías de una mezcla de gases, que permitió la generación de distintas atmósferas necesarias para el desarrollo de una biopelícula de microcosmos de periimplantitis. Además, se proporcionó un filtro esterilizador conectado con el puerto de suministro de gases.
El puerto múltiple de suministro de fluidos permitió la conexión por tuberías a una bomba peristáltica, para facilitar el bombeo del inoculo, de medio de cultivo y/o de fluido crevicular pehimplantario artificial, a tasas de flujo predeterminadas.
Las paredes se montaron sobre la placa inferior y permiten soportar la placa superior. Una de las paredes o en una tapa presentó un riel interno para guiar una pieza de enlace magnético del módulo de agitación, en donde, el riel ubicado en la tapa no se muestra en las figuras. Además, el dispositivo implementado tenía un módulo de sensorización formado por un conjunto de sensores para medir las variables de temperatura, humedad relativa (h.r.), presión, concentraciones de O2 y CO2.
Otro módulo del dispositivo es el módulo de incubación que permitió mantener constante la temperatura al interior de la cámara de cultivo, por ejemplo, en 37 ± 0,5°C, en base a la retroalimentación recibida por el módulo de sensorización.
El dispositivo, además, posee un módulo de control que permitió la integración de sensores y actuadores. Adquirió y almacenó la información obtenida por los sensores en una memoria interna y ejecutó lazos de control de temperatura y oxígeno gaseoso. Con un microcontrolador, una pantalla con interfaz gráfica, un módulo WiFi y otro con un módulo Bluetooth.
Un cuarto módulo es un módulo de agitación que permitió la adecuada mezcla de los distintos fluidos que ingresan a la cámara de cultivo, a través de un peine con dientes dispuestos de forma intercalada, entre las formas cilindricas o pilares de la placa de cultivo. Además, cuando se realizó la agitación permitió ejercer un estrés mecánico sobre los sustratos. El peine se enlazó a un actuador lineal ubicado externamente, a través de un componente interno magnético guiado por un riel.
Se proporcionó, además, un módulo de muestreo para obtener muestras desde el conducto efluente de forma estéril, previo al ingreso del desecho a un contenedor de desechos, y un módulo de eliminación de desechos para la eliminación de desechos a través de un conducto efluente, desde la cámara de cultivo a un contenedor.
Ejemplo de Aplicación 2: Generación de biopelículas de pehimplantitis
El experimento cuyo ciclo se establecido en 30 días, se inició configurando la cámara de cultivo estéril con los parámetros ambientales apropiados, ajustando la temperatura a 37±0,5 °C. A través del puerto de entrada de fluidos, se introduce un inoculo de un pool de saliva obtenido de pacientes saludables periodontalmente, a una tasa de flujo de 1 mL/min durante las primeras 8 horas, y se utilizó el puerto de entrada de aire filtrado (filtro de 0,2 pm) se indujo una atmósfera aeróbica hasta el día 8. Este inoculo es dispersado uniformemente mediante el elemento de agitación del dispositivo, sobre la placa de cultivo, soportando múltiples sustratos, facilitando la adhesión y crecimiento de las biopelículas. Paralelamente, se bombeó el medio de cultivo al interior de la cámara a una tasa de flujo de 0,5 mL/min, hasta el día 30. A partir del día 9 y hasta el día 19, se induce una atmósfera microaerófila (2% O2 y 3% CO2. Posteriormente, a partir del día 20 y hasta el final del ciclo, se induce una atmósfera anaeróbica (5% CO2).
En este caso el dispositivo tenía una densidad de la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33), en la placa de cultivo (3) de una forma cilindrica por cm2 dentro de la cámara de cultivo (2), en donde la forma cilindrica era sobre relieve o de forma de pilar.
Se aplicó estrés mecánico periódico utilizando el elemento de agitación del dispositivo, que se desplazó a lo largo de una guía interna. Este estrés simuló las fuerzas físicas experimentadas por las biopelículas en el entorno bucal, como las causadas por la masticación y el cepillado.
Los sensores integrados en la cámara de cultivo monitorizan continuamente la humedad, la presión, las concentraciones de O2 y CO2. Los ajustes necesarios se realizan automáticamente mediante el módulo de control, basado en los datos recibidos de los sensores.
Al final de un ciclo de cultivo, se recolectaron de forma estéril, muestras de las biopelículas desde la cámara de cultivo. Las biopelículas son analizadas para determinar su composición, densidad.
Ejemplo de Aplicación 3: Evaluación de la inhibición de la formación de biopelículas de periimplantitis
El experimento cuyo ciclo se estableció en 30 días, se inicia configurando la cámara de cultivo estéril con los parámetros ambientales apropiados, ajustando la temperatura a 37±0,5 °C. A través del puerto de entrada de fluidos, se introdujo un inoculo de un pool de saliva obtenido de pacientes saludables periodontalmente, a una tasa de flujo de 1 mL/min durante las primeras 8 horas, y utilizando el puerto de entrada de aire filtrado (filtro de 0,2 pm) se indujo una atmósfera aeróbica hasta el día 8. Este inoculo es dispersado uniformemente mediante el elemento de agitación del dispositivo, sobre la placa de cultivo, soportando múltiples sustratos, facilitando la adhesión y crecimiento de las biopelículas. Paralelamente, es bombeó el medio de cultivo al interior de la cámara a una tasa de flujo de 0,5 mL/min, hasta el día 30. A partir del día 9 y hasta el día 19, se indujo una atmósfera microaerófila (2% O2 y 3% CO2. Posteriormente, a partir del día 20 y hasta el final del ciclo, se indujo una atmósfera anaeróbica (5% CO2).
En este caso el dispositivo tenía una densidad de la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33), en la placa de cultivo (3) de dos formas cilindricas por cm2 dentro de la cámara de cultivo (2), en donde la forma cilindrica era de bajo relieve o de forma de hueco o cavidad.
Se aplicó estrés mecánico periódico utilizando el elemento de agitación del dispositivo, que se desplaza a lo largo de una guía interna. Este estrés simuló las fuerzas físicas experimentadas por las biopelículas en el entorno bucal, como las causadas por la masticación y el cepillado.
Los sensores integrados en la cámara de cultivo monitorizan continuamente la humedad, la presión, las concentraciones de 02 y CO2. Los ajustes necesarios se realizan automáticamente mediante el módulo de control, basado en los datos recibidos de los sensores.
A través del puerto de entrada de fluidos se administra tratamiento anti-biopelícula a intervalos regulares se evaluó su eficacia en la inhibición de la formación de biopelículas. Las dosis y la frecuencia de aplicación son controladas mediante el puerto de entrada de fluidos, entregando excelentes resultados.
Al final de un ciclo de cultivo, se recolectaron de forma aséptica, muestras de las biopelículas desde la cámara de cultivo. Las biopelículas fueron analizadas para determinar su composición, densidad, y su resistencia a los tratamientos aplicados.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Un dispositivo (1 ) modular para permitir un cultivo controlado de biopelículas y la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas, CARACTERIZADO porque el dispositivo comprende:
- una cámara de cultivo (2) en cuyo interior se dispone una placa de cultivo (3) que presenta una pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33), cada una de dichas formas cilindricas (31 , 32, 33) que define un correspondiente portasustrato de cultivo, la cámara de cultivo (2) que comprende, adicionalmente, al menos un puerto de entrada de gases (4), al menos un puerto de entrada de fluido (5) y al menos un puerto de salida de fluido (6);
- al menos un sensor (7) de una variable ambiental posicionado en el interior de dicha cámara de cultivo (2), dicho al menos un sensor (7) que incluye al menos un sensor de temperatura;
- medios de control de temperatura (8) acoplados operativamente con la cámara de cultivo (2); y
- un módulo de control (9) conectado operativamente con el al menos un sensor (7) y con los medios de control de temperatura (8); en donde el módulo de control (9) está configurado para:
■ recibir mediciones ambientales y de temperatura desde el al menos un sensor (7);
■ controlar la temperatura en el interior de la cámara de cultivo (2), mediante los medios de control de temperatura (8), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura;
■ controlar la entrada de al menos un gas a la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de entrada de gases (4), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura;
■ controlar la salida de al menos un gas a la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de salida de gases (40), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura;
■ controlar la entrada de al menos un fluido a la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de entrada de fluido (5), en respuesta a dichas mediciones ambientales y de temperatura; y ■ controlar la salida de fluido desde la cámara de cultivo (2), mediante el al menos un puerto de salida de fluido (6); en donde el dispositivo (1 ) adicionalmente comprende:
- medios de agitación (10) que comprenden una guía (1 1 ) posicionada en el interior de la cámara de cultivo (2), un elemento de agitación (12) que comprende un travesaño (13) que se extiende desde la guía (1 1 ), en donde el elemento de agitación (12) está configurado para su desplazamiento a lo largo de dicha guía (1 1 ), y en donde los medios de agitación (10) adicionalmente comprenden un manipulador posicionado en el exterior de la cámara de cultivo (2) y acoplado magnéticamente con el elemento de agitación (12), para la aplicación de estrés mecánico sobre las biopelículas.
2. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de agitación (10) además comprenden una pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) inferiores que se extienden desde el travesaño (13), en donde la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) se configuran en sobre relieve y se disponen formando una cuadrícula y porque la pluralidad de protuberancias (14, 15, 16) del elemento de agitación se intercalan con la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3).
3. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de agitación (10) además comprenden una base plana, en la parte inferior del travesaño (13), en donde la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) se configuran en bajo relieve y se disponen formando una cuadrícula y porque la base plana del elemento de agitación (10) pasa por sobre la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) cuando están configuradas de bajo relieve.
4. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de agitación (10) comprenden adicionalmente un actuador lineal (17) posicionado en el exterior de la cámara de cultivo (2) y conectado operativamente con el manipulador.
5. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque el módulo de control (9) adicionalmente está conectado operativamente con los medios de agitación (10) y porque el módulo de control (9) está adicionalmente configurado para operar el actuador lineal (17).
6. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el módulo de control (9) está configurado para operar el actuador lineal (17) en respuesta a las mediciones ambientales y de temperatura.
7. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de agitación (10) adicionalmente comprenden un componente magnético interno (18) configurado para su desplazamiento a lo largo de la guía (1 1 ) y acoplado magnéticamente con el manipulador, en donde el elemento de agitación (12) se conecta solidariamente con el componente magnético interno (18).
8. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la cámara de cultivo (2) comprende un recipiente (21 ) y una tapa (22).
9. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque comprende un sello (23) dispuesto entre el recipiente (21 ) y la tapa (22).
10. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque el al menos un puerto de entrada de gases (4) y el al menos un puerto de entrada de fluido (5) se posicionan en la tapa (22).
1 1. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la cámara de cultivo (2) adicionalmente comprende un soporte (24) en el que se monta la placa de cultivo (3).
12. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque la placa de cultivo (3) se monta de manera desmontable en dicho soporte (24).
13. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque el soporte (24) separa a la placa de cultivo (3) de un fondo (25) de la cámara de cultivo (2) y porque los medios de control de temperatura (8) se posicionan por debajo de la placa de cultivo (3).
14. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el interior de la cámara de cultivo (2) posee un volumen dentro del rango entre 1 ,5 litros y 15 litros.
15. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) comprende entre 10 formas cilindricas y 400 formas cilindricas.
16. El dispositivo de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el al menos un sensor (7) de una variable ambiental se selecciona del grupo formado por sensor de humedad, sensor de pH, sensor de concentración de O2, sensor de concentración de CO2, así como una combinación entre los mismos.
17. El dispositivo de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende un actuador de el al menos un puerto de entrada de gases (4), un actuador de el al menos un actuador de el puerto de salida de gases (40), un actuador del puerto de entrada de fluido (5), un actuador del puerto de salida de fluido (6), y cada uno de los actuadores están conectaos operativamente al módulo de control (9), para controlar la entrada / salida de cada fluido.
18. El dispositivo de la reivindicación 1 , 5 o 17, CARACTERIZADO porque el módulo de control (9) esta además conectado con el sensor (7), para obtener la información de una variable ambiental se selecciona del grupo formado por sensor de humedad, sensor de pH, sensor de concentración de O2, sensor de concentración de CO2, así como una combinación entre los mismos.
19. El dispositivo de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la densidad de la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33), en la placa de cultivo (3) es de entre 0,5 formas cilindricas por cm2 y 4 formas cilindricas por cm2 dentro de la cámara de cultivo (2).
20. El dispositivo de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el puerto de entrada de gases (4) comprende un filtro de entrada de gases, el puerto de salida de gases (40) comprende un filtro de salida de gases, el puerto de entrada de fluido (5) comprende un filtro de entrada de fluido, y el puerto de salida de fluido (6) comprende un filtro de salida de fluido.
21. El dispositivo de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el puerto de entrada de gases (4) comprende una válvula de entrada de gases, el puerto de salida de gases (40) comprende una válvula de salida de gases, el puerto de entrada de fluido (5) comprende una válvula de entrada de fluido, y el puerto de salida de fluido (6) comprende una válvula de salida de fluido.
22. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque un sustrato sobrepuesto (34) se sobreponen en la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) configuradas en sobre relieve.
23. El dispositivo (1 ) de la reivindicación 3, CARACTERIZADO porque un sustrato insertado (35) se insertan en la pluralidad de formas cilindricas (31 , 32, 33) de la placa de cultivo (3) configuradas bajo relieve.
PCT/CL2024/050061 2023-06-19 2024-06-19 Dispositivo modular para cultivar biopelículas y aplicar estrés mecánico sobre las biopelículas WO2024259544A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CL202301808 2023-06-19
CL2023001808 2023-06-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024259544A1 true WO2024259544A1 (es) 2024-12-26

Family

ID=93934651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CL2024/050061 WO2024259544A1 (es) 2023-06-19 2024-06-19 Dispositivo modular para cultivar biopelículas y aplicar estrés mecánico sobre las biopelículas

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024259544A1 (es)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE28801E (en) * 1972-09-20 1976-05-04 Akro-Medic Engineering, Inc. Apparatus for evaluation of biological fluid
US20160201023A1 (en) * 2013-09-12 2016-07-14 Universal Bio Research Co., Ltd. Culture system and culture method
US20190367863A1 (en) * 2018-06-01 2019-12-05 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Automated bacteria identification and antibiotic susceptibility profiling device
CN216129595U (zh) * 2021-03-15 2022-03-25 中元汇吉生物技术股份有限公司 一种全自动微生物培养系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE28801E (en) * 1972-09-20 1976-05-04 Akro-Medic Engineering, Inc. Apparatus for evaluation of biological fluid
US20160201023A1 (en) * 2013-09-12 2016-07-14 Universal Bio Research Co., Ltd. Culture system and culture method
US20190367863A1 (en) * 2018-06-01 2019-12-05 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Automated bacteria identification and antibiotic susceptibility profiling device
CN216129595U (zh) * 2021-03-15 2022-03-25 中元汇吉生物技术股份有限公司 一种全自动微生物培养系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12110484B2 (en) Disposable bioprocess system supporting biological activity
EP1882030B1 (en) Apparatus for providing media to cell culture modules
DE102012200938B4 (de) Bio- und medizintechnisches Baukastensystem
DE102006018824A1 (de) Einweg-Bioreaktor
WO2010131715A1 (ja) 培養装置
WO2006020802A2 (en) Devices for introducing a gas into a liquid and methods of using the same
US8173420B2 (en) Cell seeding module
WO2019120136A1 (zh) 细胞培养模块、培养液模块、细胞培养芯片及细胞培养机箱
WO2024259544A1 (es) Dispositivo modular para cultivar biopelículas y aplicar estrés mecánico sobre las biopelículas
CN109554278A (zh) 一种器官芯片及基于器官芯片技术的纳米颗粒肺表面活性剂层相互作用评价方法
US20170306282A1 (en) Continuous flow system
EP1855776B1 (en) Bioreactor for selectively controlling the molecular diffusion between fluids
ES2611958B2 (es) Biorreactor tipo columna de burbujeo para cultivo de células vegetales en suspensión
US20230042475A1 (en) Disposable bioprocess system supporting biological activity
ES2228517T3 (es) Procedimiento y dispositivo de cultivo celular con multiples aplicaciones.
JP7297272B2 (ja) 細胞製造装置
CN204417517U (zh) 一种大规模细胞培养多联袋
US8232096B2 (en) Bioreactor for selectively controlling the molecular diffusion between fluids
WO2021222778A1 (en) Vertical-via rotary valves, microbioreactors and applications of same
JP2006174715A (ja) 生体培養チャンバ構造体
TW201022436A (en) System and method for providing external force stimulation on cell specimen
Markov et al. Microfuidics in biological systems

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24824851

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1