Sensores inteligentes para garantizar la calidad de la producción celular
Expertos de Fraunhofer integran el control de calidad en tiempo real en la producción: objetivo, automatizable y rentable
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Los investigadores del Instituto Fraunhofer están optimizando la fabricación de modelos de tejido en 3D mediante una plataforma modular de sensores y la IA. Su solución permite un control de calidad continuo en biorreactores y abre nuevas perspectivas para las industrias biotecnológica y farmacéutica, para algo más que ensayos de fármacos sin animales.
Los modelos de tejidos tridimensionales basados en células madre son fundamentales para la investigación biomédica, tanto para el cribado de fármacos como para las pruebas de toxicidad. Sin embargo, la producción de agregados celulares en biorreactores es muy compleja y costosa. Hasta ahora, la calidad sólo se comprobaba al final del proceso. Esto conlleva un alto riesgo de pérdida de tiempo y material.
Ahora, en el Centro Fraunhofer de Inteligencia de Sensores ZSI, científicos investigadores de los Institutos Fraunhofer de Ingeniería Biomédica IBMT y de Ensayos No Destructivos IZFP han desarrollado conjuntamente un sistema de sensores inteligente que supervisa y optimiza continuamente todo el proceso de fabricación. Fraunhofer IBMT aporta su experiencia en el desarrollo de métodos de cultivo celular optimizados y estandarizados, así como de sistemas modelo innovadores para la investigación con células madre. La Plataforma de Sensores Multimodales Autónomos (MAUS) de Fraunhofer IZFP implementa la innovadora recogida y transmisión de datos de sensores y de la información derivada de ellos.
Sensores coordinados, declaración de calidad clara
En el actual proyecto de investigación SpheroSense, el equipo Fraunhofer IBMT instaló dos niveles de sensores en un biorreactor comercial para esferoides celulares 3D, es decir, modelos celulares esféricos que pueden imitar tejidos. El entorno celular se controla mediante sensores electroquímicos de glucosa, lactato, oxígeno disuelto, pH y temperatura. Las cámaras permiten la caracterización óptica de los agregados celulares. Analizan continuamente el tamaño, el número y la calidad de los esferoides en tiempo real. El resultado es una curva de crecimiento que permite extraer conclusiones sobre las condiciones óptimas.
Para el control visual de la calidad, los investigadores utilizan dos cámaras. Una cámara in situ enfoca los tubos giratorios del reactor y detecta los esferoides en suspensión, mientras que otra cámara los detecta a medida que son arrastrados por un canal microfluídico. La IA integrada reconoce y clasifica los agregados celulares en milisegundos. La plataforma MAUS edge AI agrupa todos los datos de los sensores, los evalúa directamente in situ y transfiere los resultados a una base de datos.
Menor riesgo, mayor objetividad
Con su solución, los expertos de Fraunhofer integran el control de calidad en tiempo real en la producción. Este control de calidad es objetivo, automático y rentable, ya que los medios para células madre ya son caros y el proceso de cultivo requiere mucho tiempo. El director del proyecto, Thomas Velten, de Fraunhofer IBMT, explica: "Sustituimos la evaluación subjetiva por la evaluación objetiva basada en IA, la supervisión continua y el posible ajuste de los parámetros del proceso. Por último, pero no por ello menos importante, garantizamos la conectividad con los modernos sistemas de control de procesos del sector farmacéutico y biotecnológico. Nuestra solución se corresponde con conceptos modernos como la tecnología analítica de procesos (PAT) y la verificación continua de procesos, tal y como exigen la FDA y la EMA". El sistema funciona sin etiquetas, lo que significa que no es necesario teñir los esferoides y que éstos permanecen intactos.
Soberanía de datos desde el principio
Otra ventaja: la solución funciona sin conexión a la nube, por lo que cumple los requisitos más estrictos en materia de seguridad de datos. Si se solicita, es posible una conexión a la nube, pero la configuración por defecto mantiene los datos sensibles del proceso en poder del cliente.
El sistema puede adaptarse a diferentes escenarios de aplicación que van desde la investigación con células madre hasta la producción industrial de células. "Nuestra plataforma MAUS permite la creación rápida de prototipos para todas las aplicaciones de monitorización. Gracias a su diseño modular, puede adaptarse de forma flexible y ampliarse rápida y fácilmente para satisfacer cualquier necesidad", explica Christoph Weingard, desarrollador de inteligencia de sensores y microelectrónica en Fraunhofer IZFP. "Por ejemplo, implementamos módulos de radio con Bluetooth y comunicación de campo cercano (NFC) en SpheroSense para poder leer los sensores del interior de los tubos sin necesidad de cables adicionales. Basta con conectar el módulo enchufable adecuado y se inicia la monitorización".
Todo el sistema se está utilizando con éxito en producción en el Centro Fraunhofer de Inteligencia de Sensores ZSI, con información directa de los colegas que producen esferoides celulares en 3D y los utilizan en otros proyectos.
Los especialistas presentarán su solución en la feria Analytica de Múnich del 24 al 27 de marzo de 2026. Los visitantes podrán conocer todo el sistema, incluidos los sensores, las cámaras y el análisis de datos en tiempo real, en la feria líder mundial de equipos de laboratorio, análisis y biotecnología.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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