Incubatori a CO2: strumenti indispensabili per la coltura cellulare

Cosa sono gli incubatori a CO2? E a cosa servono?

Gli incubatori a CO2 o meglio biossido di carbonio, sono strumenti utilizzati prevalentemente nei laboratori di analisi e ricerca di biologia cellulare e molecolare.

Queste apparecchiature sono in grado di ricreare le condizioni ambientali ottimali per la coltura cellulare attraverso il controllo molto preciso della temperatura, umidità e ovviamente della concentrazione di CO2. Consentono quindi la riproducibilità di esperimenti in vitro.

La maggior parte delle cellule eucariotiche cresce meglio in un ambiente che simula la fisiologia umana, dove la concentrazione di CO2 è tipicamente del 5%. Gli incubatori consentono una regolazione accurata di questa concentrazione, creando condizioni ideali per la crescita cellulare. La temperatura viene mantenuta a livelli costanti, spesso attorno a 37°C per simulare le condizioni del corpo umano.

L’umidità viene controllata per evitare l’essiccazione delle colture cellulari.

Gli incubatori a CO2 sono progettati per garantire un ambiente sterile per la coltura cellulare. Spesso dotati di filtri HEPA e controlli antibatterici per prevenire la contaminazione microbiologica, alcuni modelli dispongono di sistemi di decontaminazione automatica, come il calore secco o l’irraggiamento ultravioletto, per mantenere un ambiente di coltura privo di contaminanti.

Nell’ambito dell’ingegneria tissutale, gli incubatori a CO2 sono essenziali per la coltura di cellule destinate a essere utilizzate nella creazione di tessuti e organi artificiali. Forniscono le condizioni ottimali per la formazione di strutture tissutali tridimensionali.

Gli incubatori a CO2 sono inoltre utilizzati per la produzione di terapie cellulari avanzate, come terapie geniche e terapie cellulari, fornendo l’ambiente controllato necessario per la coltura delle cellule terapeutiche. Nella fase di sviluppo di farmaci, gli incubatori a CO2 sono utilizzati per testare gli effetti dei composti su linee cellulari e valutare la loro efficacia e sicurezza. Vengono impiegati in una serie di esperimenti di biologia molecolare che richiedono la coltura di cellule per analisi specifiche come PCR, western blot, immunocitochimica, e altre tecniche.

Quali sono i principali componenti di un incubatore a CO2?

1. La camera di coltura, ovvero lo spazio interno dell’incubatore dove vengono posizionate le piastre di coltura o i contenitori contenenti le cellule. È progettata per mantenere condizioni controllate di temperatura, umidità e concentrazione di CO2
2. Il sistema di controllo della CO2 che regola la concentrazione di biossido di carbonio all’interno della camera di coltura. Ciò può essere realizzato attraverso l’iniezione controllata di gas CO2 o attraverso la regolazione dell’equilibrio tra il gas in ingresso e quello in uscita
3. I sensori del sistema di controllo della temperatura e i riscaldatori regolano la temperatura all’interno della camera di coltura. Questo sistema è indispensabile per mantenere condizioni simili a quelle del corpo umano, generalmente intorno a 37°C
4. Sensori e dispositivi di umidificazione controllano e mantengono l’umidità all’interno della camera di coltura. Lo scopo del Sistema di Controllo dell’Umidità è di prevenire la disidratazione delle colture cellulari
5. I filtri HEPA (High-Efficiency Particulate Air) e altri sistemi di filtrazione impediscono l’ingresso di contaminanti microbiologici e particelle nocive nell’ambiente di coltura
6. Una porta trasparente o una finestra consente agli operatori di osservare le colture senza aprire l’incubatore, evitando così variazioni improvvise nelle condizioni ambientali
7. Gli incubatori a CO2 sono dotati di sistemi di sicurezza che possono includere allarmi per temperature fuori range, concentrazioni di CO2 anomale o altri malfunzionamenti critici. Questi sistemi avvisano gli operatori in caso di situazioni non previste
8. Pannello di controllo o interfaccia utente digitale che consente agli operatori di monitorare e regolare le condizioni di coltura, nonché di impostare parametri specifici
9. Alcuni incubatori a CO2 sono dotati di sistemi di sterilizzazione automatica, come il calore secco o l’irraggiamento ultravioletto, per mantenere un ambiente di coltura privo di contaminanti microbiologici e agenti chimici
10. Un sistema che gestisce l’approvvigionamento e il rilascio di gas CO2, controllando accuratamente la sua concentrazione all’interno dell’incubatore
11. Alcuni modelli di incubatori a CO2 consentono il monitoraggio remoto delle condizioni di coltura tramite connessione a reti wireless o via bluetooth. Questo offre ai ricercatori la possibilità di controllare e registrare i dati in tempo reale da dispositivi esterni
12. Gli incubatori a CO2 possono essere dotati di sistemi di regolazione dinamica del pH, che consentono di mantenere il pH dell’ambiente di coltura in modo automatico. Ciò è particolarmente utile per esperimenti che richiedono condizioni di pH specifiche
13. Sono disponibili in commercio modelli di incubatori progettati per integrarsi direttamente con strumenti di analisi, come microscopi invertiti o sistemi di imaging cellulare. Ciò semplifica la manipolazione delle cellule e l’acquisizione di dati durante la coltura
14. Per ridurre l’impatto ambientale e i costi operativi, alcuni incubatori a CO2 sono progettati con modalità di risparmio energetico, che regolano automaticamente i parametri operativi in base alle esigenze specifiche dell’esperimento.

Dimensioni degli incubatori a CO2

Le dimensioni degli incubatori a biossido di carbonio (CO2) possono variare considerevolmente in base alle esigenze specifiche del laboratorio e alle applicazioni previste.

I modelli più grandi, da pavimento, possono arrivare a superare i 2 metri in altezza e 1.5 metri di larghezza.

Ovviamente la camera di coltura sarà molto più piccola dato lo spessore delle pareti necessario al mantenimento delle condizioni climatiche impostate. La capacità di coltura, ovvero la quantità di piastre di coltura o contenitori che può ospitare, può variare da poche decine a diverse centinaia, a seconda delle dimensioni dell’incubatore.

È importante notare che ci sono anche modelli di incubatori a CO2 più piccoli progettati per esigenze di laboratorio più limitate o per laboratori che dispongono di poco spazio. Questi modelli compatti possono essere collocati su banchi da laboratorio e sono ideali per applicazioni più specifiche o per l’utilizzo in contesti di ricerca più piccoli.

Le dimensioni degli incubatori a CO2 possono variare anche in base alle caratteristiche specifiche del dispositivo, come la presenza di sistemi di umidificazione, di sistemi di sterilizzazione o di tecnologie avanzate di controllo. Inoltre, il numero di porte e finestre, la disposizione interna e le opzioni di connettività possono influenzare le dimensioni complessive del dispositivo.

Vale la pena approfondire la conoscenza degli incubatori a CO2 di piccole dimensioni o da tavolo in quanto sempre più diffusi nei laboratori di ricerca perché costruiti con le stesse caratteristiche dei fratelli maggiori, ma con l’indubbio vantaggio del costo di acquisto, della facile collocazione, della possibilità di utilizzo anche e soprattutto per progetti che richiedono modeste quantità di campioni o ancora diversificazione delle condizioni climatiche.

I modelli più performanti sono progettati per il lavoro nelle aree di:

• biologia cellulare (operazioni con colture cellulari e tessuti animali)
• biologia molecolare (analisi delle reazioni DNA/RNA, ibridazione reazioni)
• biotecnologia (sintesi di proteine ​​bersaglio e altre molecole)
• immunologia (sintesi di anticorpi e altre proteine ​​del sistema immunitario).

Gli incubatori a CO2 di piccole dimensioni, possono avere fino a sei lati riscaldati: gli elementi riscaldanti sono posizionati sulle pareti e sulla porta, garantiscono così un’ottima uniformità della distribuzione della temperatura indipendentemente da fattori esterni.

La camera è realizzata in acciaio inossidabile con saldature levigate per ridurre al minimo la contaminazione e facilitare la pulizia. Dotati di un sistema di ricircolo dell’aria e lampada UV che tramite un ventilatore provvedono alla decontaminazione dell’area di lavoro. Dispongono di foro di accesso per eventuali sonde esterne. La porta di accesso è riscaldata in modo indipendente per evitare la formazione di condensa.

Gli incubatori a CO2 di piccole dimensioni possono essere dotati di sistemi di tracciamento degli errori e di allarme in grado di ridurre significativamente i rischi potenziali durante il funzionamento.

Infine possono essere equipaggiati con un sistema “scatola nera” che registra in una memoria interna livelli di temperatura, umidità e CO2, nonché stati per apertura porta, lampada UV, errore ventola. Vuoi vedere un Incubatore a CO2 di piccole dimensioni in funzione? Bene, guarda questo video…

Manutenzione degli incubatori a CO2

Come valido per qualsiasi strumentazione scientifica, un’accurata manutenzione programmata prolunga la vita e garantisce il corretto funzionamento del nostro incubatore a CO2. È molto importante attenersi alle indicazioni del costruttore per i controlli di routine ed effettuare verifiche e tarature con cadenza massima annuale.

Quali sono i controlli da effettuare?

• Pulizia e Sterilizzazione: pulizia regolare degli interni e delle superfici esterne dell’incubatore per prevenire la contaminazione microbiologica da effettuare con prodotti specifici, sanificanti ma non aggressivi o corrosivi. Sterilizzazione periodica mediante l’uso di agenti antimicrobici o altri metodi appropriati per mantenere un ambiente di coltura cellulare sterile
• Controllo e Calibrazione dei Sensori: verifica regolare dei sensori di temperatura, CO2 e umidità per assicurare la precisione delle letture. Calibrazione dei sensori se necessario, in conformità con le specifiche del produttore
• Monitoraggio delle Performance: monitoraggio costante delle prestazioni dell’incubatore attraverso l’osservazione di parametri chiave come temperatura, concentrazione di CO2, e umidità
• Sostituzione dei Filtri: sostituzione regolare dei filtri dell’aria e dei filtri HEPA per garantire la qualità dell’aria e prevenire la contaminazione da particelle sospese
• Verifica delle Guarnizioni: ispezione delle guarnizioni delle porte e delle finestre per assicurare che siano in buone condizioni e che sigillino correttamente. Sostituzione delle guarnizioni se mostrano segni di usura o deterioramento
• Manutenzione del Sistema di Umidificazione: controllo e manutenzione del sistema di umidificazione, se presente, per prevenire la formazione di muffa e garantire un’umidità uniforme.
• Controllo dell’Usura delle Parti Mobili: verifica delle parti mobili, come i sistemi di apertura delle porte, per assicurarsi che funzionino correttamente e sostituzione in caso di necessità
• Verifica delle Connessioni Elettriche: ispezione delle connessioni elettriche, inclusi cavi e prese, per garantire che siano sicure e non danneggiate. Sostituzione di eventuali componenti elettriche difettose.
• Aggiornamento del Software (se applicabile): aggiornamento del software di controllo dell’incubatore, se disponibile, per beneficiare di miglioramenti delle prestazioni e correzioni di bug.
• Formazione del Personale: fornire formazione al personale sul corretto utilizzo dell’incubatore e sulle procedure di manutenzione per garantire un utilizzo adeguato e la conservazione dello strumento.