LEDitSHAKE: a lighting system to optimize the secondary metabolite content of plant cell suspension cultures

Plant secondary metabolites are widely used in the food, cosmetic and pharmaceutical industries. They can be extracted from sterile grown plant cell suspension cultures, but yields and quality strongly depend on the cultivation environment, including optimal illumination. Current shaking incubators do not allow different light wavelengths, intensities and photoperiods to be tested in parallel.

We therefore developed LEDitSHAKE, a system for multiplexed customized illumination within a single shaking incubator. We used 3D printing to integrate light-emitting diode assemblies into flask housings, allowing 12 different lighting conditions (spectrum, intensity and photoperiod) to be tested simultaneously.

We did a proof of principle of LEDitSHAKE using the system to optimize anthocyanin production in grapevine cell suspension cultures. The effect of 24 different light compositions on the total anthocyanin content of grapevine cell suspension cultures was determined using a Design of Experiments approach. We predicted the optimal lighting conditions for the upregulation and downregulation of 30 anthocyanins and found that short-wavelength light (blue, UV) maximized the concentration of most anthocyanins, whereas long-wavelength light (red) had the opposite effect. Therefore our results demonstrate proof of principle that the LEDitSHAKE system is suitable for the optimization of processes based on plant cell suspension cultures.

Modello di coltura cellulare derivata da tumore per lo studio della biologia del meningioma

Il meningioma è il tumore primario del sistema nervoso centrale più comune. Sebbene per lo più non maligno, il meningioma può causare gravi complicazioni per effetto massa ed edema vasogenico. Sebbene la chirurgia e le radiazioni migliorino i risultati, non tutti i casi possono essere trattati a causa della posizione eloquente. Attualmente non è disponibile alcun trattamento medico per rallentare la crescita del meningioma a causa della comprensione incompleta della patologia sottostante, che a sua volta è dovuta alla mancanza di colture di tessuti ad alta fedeltà e di modelli animali.

\Proponiamo un metodo semplice e rapido per l’instaurazione di colture primarie di meningioma tumorale. Queste cellule possono essere mantenute in coltura per un tempo limitato in terreni privi di siero come sfere e formare colture aderenti in presenza di siero fetale di vitello al 4%. Molti dei campioni di tessuto mostrano l’espressione del marcatore di lignaggio PDG2S, che è tipicamente trattenuto in cellule coltivate abbinate, suggerendo la presenza di cellule di origine aracnoide.

Inoltre, nelle colture sono presenti anche cellule non aracnoidi, comprese le cellule endoteliali vascolari, oltre alle cellule aracnoidi, fornendo potenzialmente un microambiente delle cellule tumorali più accurato e rendendo così il modello più rilevante per la ricerca sul meningioma e lo screening di farmaci ad alto rendimento.

Sistema microfluidico organ-on-chip per il monitoraggio multi-analita dei metaboliti in colture cellulari 3D

Le colture cellulari tridimensionali che utilizzano cellule staminali derivate dal paziente sono modelli in vitro essenziali per una terapia del cancro più efficiente e personalizzata. Attualmente, le condizioni di coltura e le concentrazioni di metaboliti, in particolare l’ipossia, spesso non sono accessibili in modo continuo e in situ all’interno dei sistemi microfisiologici. Tuttavia, la comprensione e la standardizzazione del microambiente cellulare sono la chiave per modelli in vitro di successo. Abbiamo sviluppato una piattaforma microfluidica organo su chip per colture 3D eterogenee basate su matrice con chemio e biosensori elettrochimici completamente integrati per i metaboliti energetici ossigeno, lattato e glucosio. Le microstrutture avanzate consentono l’integrazione diretta della matrice cellulare con le apparecchiature di laboratorio standard, la compartimentazione e l’accesso al microfluidico.

Le cellule staminali del carcinoma mammario singole, derivate dal paziente, triplo-negative si sviluppano in organoidi tumorali in una coltura sferoide eterogenea su chip. Il nostro sistema consente un controllo senza precedenti delle condizioni di coltura, inclusa l’ipossia, e la verifica simultanea mediante sensori integrati. Oltre ai lavori precedenti, i nostri risultati dimostrano un monitoraggio del metabolita multi-analita su chip preciso e riproducibile in condizioni dinamiche da una coltura basata su matrice per più di una settimana.

Le risposte alle alterazioni delle condizioni della coltura e dell’esposizione ai farmaci antitumorali, come il consumo di metaboliti e i tassi di produzione, potrebbero essere ottenute quantitativamente e in tempo reale, contrariamente alle analisi degli endpoint. Il nostro approccio evidenzia l’importanza del monitoraggio continuo dei metaboliti in situ nelle colture cellulari 3D per quanto riguarda la standardizzazione e il controllo delle condizioni di coltura e lo screening dei farmaci nella ricerca sul cancro. Nel complesso, i risultati sottolineano il potenziale dei microsensori nei sistemi organ-on-chip per un’applicazione di successo, ad esempio nella medicina personalizzata.

Un metodo semplice per quantificare il tasso di lipogenesi de novo e la selezione del substrato nelle colture cellulari mediante l’analisi ¹³ C NMR degli isotopomeri della frazione lipidica grezza