Много млади родители изглеждат объркани пред цялостната идея за това какво представляват стволовите клетки и как действат те. Затова решихме да разкрием още един аспект от работата в сферата на регенеративната медицина, а именно как изглежда една лаборатория за добив и култивиране на плурипотентни стволови клтеки.
Процесът на изграждане на подобна лаборатотия често се разделя на два основни аспекта – единият е чисто юридическият и административен въпрос по установяването на подобна лаборатория, а вторият е често физическият и технически компонент на лабораторията. От една страна, имаме всички доклади, отчети и разрешителни, които дадено юридическо лице трябва да предостави, за да работи в тази сфера. От друга страна, имаме дизайнът, апаратурата и намирането на качествен персонал за лабораторията. Днес и двете сфери у нас не добре познати. И докато държавата се опитва да облекчи бюрократичните процедури, с цел да улесни науката и медицината, и възможността на пациентите да получат качествено лечение, въпросът с намирането на апаратура и специалисти, които знаят как да проектират такава клиника или имат уменията да работят в нея си остава предизвикателство. Именно по тази причина на много места по света компаниите, които се занимават с добив и култивиране на стволови клетки са големи световни конгломерати, които имат възможност лесно да приложат стандартите си, в която и да било държава.
Качественото планиране и дизайн на подобна лаборатория е главна задача при започването на проекта. Това очевидно е дългосрочна инвестиция, която крие потенциални ползи не само за създателите си, но и за човечеството. Една добре изградена лаборатория служи като изследователски център и постоянно работи за оптимизирането на отношението вложени-получени ресурси.
Създаването на добре работеща лаборатория за култивиране на човешки плурипотентни стволови клетки дава основата за успешното култивиране и експериментиране с клетките. Всъщност този тип лаборатории се различават драстично от тези за обработка и култивиране, на които и да било други човешки клетки. За да разберем добре какви са разликите между обикновените лаборатории и тези за стволови клетки, важно е да имаме ясна предсава какво стои зад самия процес на култивиране. За целта вижте илюстрацията по-долу:
Най-общо дефинирахме четири основни компонента, необходими за да функционира лабораторията успешно:
- Добър дизайн
- Отговорен персонал
- Добро оборудване
- Стандартизирани процедури
Тези фактори остават напълно валидни дори и когато просто обновявате или преквалифицирате вече съществуваща лаборатория. Трябва внимателно да бъдат обмислени техниката и количеството специалисти, както и вида дейности, които ще се извършват в рамките на бюджета, който сте си определили. Прилагането на модулен дизайн както при принципите, по които ще действа лабораторията, така и при подбора на техниката, позволява на лабораторията да расте и да се развива според нуждите й. От ключово значение е определянето на точня обхват на лабораторията – какви видове и какви количества стволови клетки ще третира тя, определяне на броя на хората, които ще работят в нея. Важно е да се определи колко стволови клетъчни линии ще бъдат поддържани и характеризирани. Ако повече от една линия ще бъде култивирана по едно и също време, какви предпазни мерки трябва да бъдат предприети, за да се предотврати евентуално кръстосано заразяване. Как ще бъдат въвеждани новите линии в лабораторията? Важно е да се осигури пространство за постъпващия биологичен материал, за тестване, съхранение и адекватното изхвърляне на остатичния материал. Различното от това в нормалната клетъчна лаборатория е, че трябва да бъдат обособени пространства за култивиране, микроскопия, биохимия и молекулярна биология.
Екипировка
В тази секция ще разгледаме минимума от апаратура, която е необходима за култивирането и характеризирането на стволови клетки. Дадена програма може да изисква специализирани устройства за култивиране, като инкубатори и други средства, които осигуряват среда под налягане с ниско съдържание на кислород. Ние ви представяме само стандартната апаратура за култивиране на стволови клетки.
Лаборатория за култивиране на тъкани
- Клас II биобезопасен кабинет
- СО2 инкубатор
- Аспирация
- Пипети
- Нискоскоростна центрофуга за завъртане на клетките
- Водна баня 37°C
1. Микроскопско помещение
- Фазово-контрастен микроскоп
- Дисекционен хороскоп
2. Хранилище
- Шкафове и рафтове за съхранение на материалите
- Хладилник
- Фризер
- Фризер на ниски температури – −70 to −85°C
- Криогенен фризер – под −140°C
3. Лаборатория по молекулярна биология
- RT-PCR
- Поточен цитометър
- Флуоресцентен микроскоп
- Конфокален микроскоп
4. Лаборатория за карантина
- Клас II биобезопасен кабинет
- СО2 инкубатор
- Фазово-контрастен микроскоп
- Водна баня 37°C
- Нискоскоростна центрофуга за завъртане на клетките
- Пипети
- Аспирация
- Мивка
5. Трябва да има осигурен достъп и до:
- Микроскопи
- Поточни цитометри
- Геномика
- Протеомиката
- Продукция на вируси
- Развъдник
Методи
1. Дизайн
При изграждането на ново лабораторно пространство, дизайнерският екип обикновено включва архитект, доставчик, строител, електричар, механик, водопроводчик, както и директора или мениджъра на лабораторията. Обикновено ако екипът има за цел само да преустрои вече съществуваща лаборатория, той е по-малък, но все още е съставен от определено количество хора, които имат специализирани познания. Ремонтът на една таква лаборатория не е възможен без помощта на строители, електричари, водопроводчици и механици. Смята се, че обновяването на вече съществуваща лаборатория е от 3 до 5 пъти по-евтино. Модулният дизайн пък позволява лесното й преконфигуриране при евентуална нужда.
Основни параметри на планирането и дизайна
- Бюджет – Първо трябва да сме наясно с колко пари разполагаме и за какъв период от време трябва да ги използваме. Възвращаемостта на инвестицията също трябва да бъде изчислена внимателно.
- Пространство – Има значение какъв тип е пространството, с което разполагаме, дали то е било склад, рехабилитационна, офис или лаборатория. От квадратурата ще зависи как ще обособим помещенията.
- Определете какъв тип работа ще се извършва в лабораторията – Това ще е от ключово значение за нейната био-безопасност, за екипировката и специалистите, които ще наемете.
- Главни помещения за работа – Предвидете пространства за лаборатория за култивиране на тъкани, лаборатория за карантина, молекулярна биология, лаборатория за контрол на качеството и микроскопска лаборатория.
- Персонал – Колко души? В кои области ще работят? Съобразно това ще можете да решите колко офиса, колко бюра, индивидуални ли ще бъдат те или за общо ползване, колко да е голяма стаята за почивка. Не подценявайте подготовката на персонала. Единствено тя може да ви гарантира постоянното развитие на лабораторията в позитивна посока. Видеото по-долу илюстрира само някои от аспектите на обучението за работа със стволови клетки.
Компоненти на работа в лабораторията за стволови клетки
- Хладилни помещения – Колко фризера ще ви трябват и от какъв тип, резервен генератор, алармена система, отделен криогенен фризер с ограничен достъп до него.
- Хранилища и допълнителни помещения към лабораториите – шкафове, рафтове, тоалетни шкафчета, масички на колелца, поставки за епруветки и други.
- Информационни технологии – Добре е да обособите ИТ-зона. Там, където ще бъдат рутерите и цялата инфраструктура, необходима за мрежата на лабораторията.
2. Основни съображения по строежа – Съществуват някои концептуални основополагащи принципи при конструкцията на подобна клиника. Те трябва да бъдат решени от мениджмънта и съгласувани с целия екип.
- Водна инсталация, механика, проектиране – резервни генератори, аларми и системи за контрол с достъп до отделните помещения; доставка на CO2 и LN2; вакумни системи.
- Отоплените, климатизация и вентилация – Броят на био-безопасните кабинети има определяща роля в цялостната схема на лабораторията и може значително да оскъпи крайната инвестиция. Въздушната инсталация трябва да бъде проектирана така че да може да поддържа различните видове био-безопасни зали, същото важи и за други термални съоръжения като инкубатори и фризери. Ефективната и качествена климатизация на помещенията в лабораторията е едно от най-сериозните предизвикателства при проектирането. Може да се окаже изключително трудно да работите в среда, където топлината не може да бъде регулирана, защото климатичната инсталация няма достатъчно капацитет, за да регулира топлината, произведена от био-безопасните помещения и инкубаторите. Посоката на въздушните течения е ключов фактор при дизайна на лабораторията и е от критично значение за нормалното опериране на заведението.
- Електричество и маршрутизация – Направете си ясна прогноза за това какъв тип електрическа инсталация е необходима, както и за това как ще бъде поддържана тя. Изискванията към всички устройства, включително и спрямо контактите, ключовете за осветлението, определянето на мерки за сигурност и при спешност, близостта на контактите до източници на вода, както и координирането на разположението на контактите спрямо модулите за обзавеждане, са основна част от проектирането на ел-инсталацията на лабораторията. Всички фризети и инкубатори трябва да бъдат свързани и с резервния електрически генератор, както и с алармената система.
- Финални щрихи по интериора – винилови настилки, непорести тавани, непромокаеми бои и покрития, лесни за почистване, импрегнирани тапицерии.
Следват и различните помещения
1. Зона за култивиране на тъкани
Зоната за култивиране на тъкани се състои от минимум апаратура. Сетът включва биологично безопасен кабинет, CO2 инкубатор, един фазово-контрастен микроскоп, центрофуга с ниска скорост, вакуум, водна баня, две-2L колби, поставка за пипети, микропипети, и един шкаф или количка за по-лесен достъп при доставки за тъканни култури. Ако се придържате към концепцията на модулния дизайн, можете да оптимизирате резултата, като увеличите броя на модулите за тъканно култивиране. В средно-статистическата лаборатория за стволови клетки един модул може да побере един или двама техници. Улесненият достъп до криогенните хранилища, центрофуги, микроскопи, хладилници и фризери е задължителен за функционалността на лабораторията. Помислете как да ги разпределите, така че те да бъдат споделени от техниците в отделните модули.
2. Лаборатория по молекулярна биология
Лабораторията по молекулярна биология и контрол на качеството се състои от апаратура, която служи за редица предопределени процедури за характеризиране на материала. Културите биват тествани за определени маркери, цитогенетични структури, способност за диференциране и други.
3. Лаборатория за карантина
Подаването на нови клетъчни линии в лабораторията е основният източник на заразни култури. Затова е и важно системата да бъде контролирана, за да се намали рискът от зараза. Карантината обикновено се провежда в отделна лаборатория, като клетките могат да бъдат под карантина по време на конкретна процедура, докато задаващата се линия не бъде култивирана от специалистите и отпратена към съответния инкубатор.
4. Хранилище
Правилното внасяне и съхранение на стволовите клетки и реагентите, включително и запасите от клетки, е ключът към дългосрочния успех на лабораторията. Когато устройвате нова лаборатория, съществува възможност да подготвите система за администриране на подаваните припаси и техния произход. Много от реагентите в лабораториите за стволови клетки са извлечени от животни, което създава възможност за вариации между отделните проби и налага тестването им в самата лаборатория, за да се определи доколко са подходящи за употреба. Освен това проследяването на сроковете на годност на наличните проби и подредбата им става чрез система от баркодове, които се генерират на местно ниво.
5. Контрол по качеството
Лабораторията следва да бъде проектирана, екипирана и управлявана по начин, който позволява надеждно производство на стволовите клетки и резултати от проведените експерименти, които да могат да бъдат проследени. Докато изследоватлската лаборатория трябва да проявява достатъчно гъвкавост, за да улесни откритията и да спомогне за установяването на стандартизирани процедури, контролът по качеството е този, който следва да ограничи тази гъвкавост, така че да се стигне до надеждни резултати. Контролът по качеството има няколко измерения:
5.1 Техники, на които можем да разчитаме – При създаването на лаборатория за стволови клетки установяването на надеждни техники е основна стъпка от култивирането и характеризирането на клетъчните линии. Именно определянето на тези техники е най-сериозната задача на мениджъра на лабораторията. Лабораторният мениджър не само трябва да има много тесни познания в научната област и всички най-актуални открития, но и да има оперативните познания за това кои са пропорционалните на пазара решения. Задача на мениджъра е и да се погрижи персоналът му да има необходимите познания, за да започне работа с вече добит опит и ясна представа за прилаганите техники. Стратегията, при която „самолетът се строи, докато лети“ не дава добри резултати в подобни сфери, които има решаващо влияние върху човешкото здраве.
5.2 Проверени реагенти – От огромно значение е реагентите, които се използват при култивирането, да бъдат проверени и доказано надеждни. Много вещества, особено тези, извлечени от животни, като говеждия серум и мишите ембрионални фибробласти имат определящо влияние върху качеството на крайния резултат.
5.3 Качествени стволови клетки – Важно е наличните стволови клетки да са от добре характеризирани източници, които имат морфологичните и генетичните характеристики на високо качествени стволови клетки. Добре характеризираните линии от стволови клетки са гръбнака на успешното тестване, изследване и култивиране на клетки в лабораторията.
5.4 Основни критерии – Установяването на стандарти за периодичното тестване на културите. Важно е стволовите клетки да не са заразени под никаква форма, да имат нормален кариотип, да изразяват определени маркери, да могат да се диференцират в клетки, получени от трите зародишни слоя.
Разрешителни и пълномощни
При въвеждането на нова лаборатория за култивиране на стволови клетки, получаването на съответните разрешителни е основна грижа. Тези разрешителни могат да варират за отделните държави, макар и в рамките на ЕС изискванията да са повече или по-малко стандартизирани. В повечето случаи ще бъде формиран комитет, към който биват подадени данни за източниците на биологичния материал, съхранението и третирането му. Преди издаването на разрешително трябва да можете и да удостоверите, че клиниката разполага със специалисти, които да следват необходимите процедури.
Разбира се, не забравяйте и маркетинга на лабораторията. Макар и от второстепенно значение, той е особено нужен при малки пазари, които са и по-консервативни. На линка по-долу ще откриете една от добрите практики за достъпно позициониране на проект, свързан със стволовите терапии ‘Hope Beyond Hope’.