Sensores inteligentes para produção de células com qualidade garantida
Os especialistas do Fraunhofer estão a integrar o controlo de qualidade em tempo real na produção - objetivo, automatizável e económico
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Os investigadores da Fraunhofer estão a otimizar o fabrico de modelos de tecidos 3D utilizando uma plataforma modular de sensores e IA. A sua solução permite o controlo contínuo da qualidade em bioreactores e abre novas perspectivas para as indústrias biotecnológica e farmacêutica - para mais do que apenas testes de medicamentos sem animais.
Quer seja para o rastreio de medicamentos ou para testes de toxicidade, os modelos de tecido 3D baseados em células estaminais são fundamentais para a investigação biomédica. No entanto, a produção de agregados celulares em bioreactores é altamente complexa e dispendiosa. Até à data, a qualidade só tem sido verificada no final do processo. Isto implica um elevado risco de perda de tempo e de material.
Agora, no Fraunhofer Center for Sensor Intelligence ZSI, investigadores dos Institutos Fraunhofer de Engenharia Biomédica IBMT e de Ensaios Não Destrutivos IZFP desenvolveram em conjunto um sistema de sensores inteligentes que monitoriza e optimiza continuamente todo o processo de fabrico. O Fraunhofer IBMT contribui com a sua experiência no desenvolvimento de métodos de cultura de células optimizados e padronizados e de sistemas de modelos inovadores para a investigação de células estaminais. A Plataforma de Sensores Autónomos Multimodais (MAUS) do Fraunhofer IZFP implementa a inovadora recolha e transmissão de dados de sensores e da informação derivada dos mesmos.
Sensores coordenados, declaração de qualidade clara
No atual projeto de investigação SpheroSense, a equipa do Fraunhofer IBMT instalou dois níveis de sensores num bioreactor comercial para esferóides de células 3D, ou seja, modelos de células esféricas que podem imitar tecidos. O ambiente celular é monitorizado por sensores electroquímicos de glucose, lactato, oxigénio dissolvido, pH e temperatura. As câmaras permitem a caraterização ótica dos agregados celulares. Analisam continuamente o tamanho, o número e a qualidade dos esferóides em tempo real. Isto resulta numa curva de crescimento, permitindo tirar conclusões sobre as condições ideais.
Os investigadores contam com dois percursos de câmara para o controlo visual da qualidade. Uma câmara in-situ foca os tubos rotativos do reator e detecta os esferóides em suspensão, enquanto outra câmara os detecta à medida que são arrastados através de um canal microfluídico. A IA integrada reconhece e classifica os agregados celulares em milissegundos. A plataforma de IA de ponta MAUS agrupa todos os dados dos sensores, avalia-os diretamente no local e transfere os resultados para uma base de dados.
Menor risco, maior objetividade
Com a sua solução, os especialistas da Fraunhofer estão a integrar o controlo de qualidade em tempo real na produção. Este controlo de qualidade é objetivo, automático e económico, uma vez que os meios para células estaminais já são caros e o processo de cultivo é moroso. O gestor de projeto Thomas Velten da Fraunhofer IBMT explica: "Substituímos a avaliação subjectiva por uma avaliação objetiva baseada em IA, monitorização contínua e potencial ajuste dos parâmetros do processo. Por último, mas não menos importante, asseguramos a conetividade com os modernos sistemas de controlo de processos no sector farmacêutico e biotecnológico. A nossa solução corresponde a conceitos modernos, como a Tecnologia Analítica de Processos (PAT) e a Verificação Contínua de Processos, conforme exigido pela FDA e pela EMA." O funcionamento do sistema é isento de etiquetas, o que significa que não é necessária qualquer coloração e que os esferóides não são danificados.
Soberania de dados desde o início
Uma outra vantagem: a solução funciona sem qualquer ligação à nuvem, cumprindo assim os mais rigorosos requisitos de segurança de dados. Uma ligação à nuvem é possível a pedido, mas a configuração padrão mantém os dados sensíveis do processo com o cliente.
O sistema pode ser adaptado a diferentes cenários de aplicação, desde a investigação de células estaminais à produção industrial de células. "A nossa plataforma MAUS permite a criação rápida de protótipos para todas as aplicações de monitorização. Com o seu design modular, pode ser adaptada de forma flexível e expandida rápida e facilmente para responder a quaisquer necessidades", explica Christoph Weingard, programador de inteligência de sensores e microeletrónica no Fraunhofer IZFP. "Por exemplo, implementámos módulos de rádio com Bluetooth e comunicação de campo próximo (NFC) no SpheroSense para ler os sensores no interior dos tubos sem quaisquer cabos adicionais. O módulo de encaixe apropriado é simplesmente ligado e a monitorização começa."
Todo o sistema está a ser utilizado com sucesso na produção do Fraunhofer Center for Sensor Intelligence ZSI, com feedback direto dos colegas que produzem esferóides de células 3D e os utilizam em outros projectos.
Os especialistas apresentarão a sua solução na Analytica, em Munique, de 24 a 27 de março de 2026. Os visitantes podem aprender sobre todo o sistema, incluindo sensores, câmaras e análise de dados em tempo real, na principal feira mundial de equipamentos de laboratório, análise e biotecnologia.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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