Tủ ấm COlà thiết bị phòng thí nghiệm thiết yếu cho việc nuôi cấy tế bào với chức năng tạo ra môi trường “sạch” và duy trì sự ổn định của nhiệt độ, độ ẩm và mức độ O2/CO2. Tuy nhiên, thực tế, điều kiện môi trường nuôi cấy tế bào thường xảy ra biến động mà nguyên nhân chính là khi mở cửa tủ, dù trong thời gian rất ngắn, vẫn tạo điều kiện cho các luồng khí xung quanh lưu chuyển, tràn vào làm phá vỡ tính ổn định nhiệt độ, mức độ O2/CO2 và gây nguy cơ tạp nhiễm. Vì vậy, các nhà cung cấp luôn không ngừng cải tiến những tính năng để đem lại những hiệu quả tốt nhất trong nuôi cấy và bảo vệ tế bào – một công việc có nhiều thách thức khi hiện nay các phương thức nuôi cấy tế bào đang ngày càng nhiều hơn và càng mới hơn. Dưới đây là một số những tiến bộ đạt được trong thời gian gần đây.
tủ ấm co2
  Nguồn: http://www.bionity.com/
  • Duy trì độ ẩm
Ngoài tính năng sẵn có là duy trì mức độ O2/CO2, nhiệt độ và độ ẩm thì hiện nay, tủ ấm CO2 hướng tới khả năng “bắt chước” môi trường sinh trưởng tự nhiên của tế bào hết mức có thể. Molly Love Parrucci – Giám đốc sản phẩm tủ ấm CO2 của Thermo Fisher Scientific trên toàn cầu nói rằng: “Chúng ta thấy rằng, xu hướng đang ngày một tăng lên trong việc sử dụng kỹ thuật nuôi cấy tế bào vào ứng dụng y học hay đối với việc sản xuất dược phẩm sinh học, bao gồm: kháng thể đơn dòng, vacxin, liệu pháp tế bào…. Như vậy, độ đồng nhất nhiệt độ buồng nuôi cấy và khả năng khôi phục nhanh sau khi mở cửa sẽ là quan trọng đối với việc mô hình hóa lý tưởng điều kiện tự nhiên của cơ thể”.
Việc khôi phục các điều kiện trong buồng ủ về điểm cài đặt sau khi mở cửa sẽ nhanh hơn khi tạo một luồng khí trong tủ. Dựa vào nguyên lý đó, Công nghệ Thermo Scientific THRIVE™ Active Airflow trong các tủ ấm COThermo Scientific™ Heracell™ và Forma™ Steri-Cycle™ i160 Tri-Gas sử dụng một hệ thống quạt tuần hoàn khí chỉ cần 10 phút để khôi phục nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ CO2 với độ dài mỗi lần mở tủ là 30s. Khi không có luồng khí, các loại khí khác nhau có thể hòa trộn với nhau chậm hơn, dẫn đến tình trạng không đồng đều trong buồng tủ ấm.
Khi không có luồng khí các loại khí khác nhau có thể hòa trộn với nhau chậm hơn, dẫn đến tình trạng không đồng đều trong buồng tủ ấm.
Parrucci nói: “Sự không đồng đều đó có thể gây ảnh hưởng tới các phản ứng của tế bào, mà sẽ được biểu hiện trên kết quả thí nghiệm cũng như sản xuất”. Cô cũng nhấn mạnh rằng, cảm biến theo dõi cần phải được đặt trực tiếp trong buồng ủ thay vì trong hộp thiết bị điện tử riêng biệt bởi như vậy “nó sẽ hiển thị chính xác, nhanh chóng theo từng phút những điều kiện biến động trong môi trường sống của tế bào.”
Việc duy trì một độ ẩm cao là yêu cầu quan trọng, tránh làm cạn môi trường nuôi cấy, thậm chí sự bay hơi nhẹ có thể thay đổi nồng độ các thành phần quan trọng trong môi trường sinh trưởng. Parrucci nói rằng: “Tốc độ bay hơi tại độ ẩm 80% diễn ra nhanh gấp 4 lần so với tại độ ẩm trên 93%. Nói về vai trò của độ ẩm, Thielmann – Giám đốc sản phẩm tại BINDER còn nhấn mạnh thêm rằng, các kiểu đĩa khác nhau sẽ có nhu cầu độ ẩm khác nhau, ví dụ với loại đĩa đa giếng độ ẩm cao là cần thiết để tránh sự bay hơi của môi trường nuôi cấy ra khỏi hang và cột. Do đó, việc khôi phục nhanh và duy trì độ ẩm tương đối cao là cần thiết đối với tế bào, giúp nó đáp ứng với nồng độ chất dinh dưỡng và thuốc thử.
  • Cung cấp “đủ” Oxy
Parrucci nói rằng các kết quả nghiên cứu mới cho thấy “Kiểm soát oxy ngày càng quan trọng trong nghiên cứu khối u đặc; nuôi tế bào thần kinh và miễn dịch hay nghiên cứu tác nhân gây bệnh đường tiêu hóa”. Ngoài ra, một số kiểu tế bào như tế bào nguyên thủy, tế bào gốc sinh trưởng tốt hơn ở nồng độ O2 thấp bởi sự tương đồng cao với môi trường của chúng trong cơ thể. Vì vậy, tăng cường chức năng kiểm soát nồng độ O2đang là vấn đề nổi lên được chú ý tới.
Theo Bruckner Richerson – Phó chủ tịch thương mại quốc tế NuAire, các cảm biến kiểm soát O2 trước đây chỉ kiểm soát được nồng độ O2 xuống 3%, nhưng hiện nay, NuAire đã giới thiệu cảm biến O2 bằng gốm của chất zircon có khả năng kiểm soát nồng độ O2 xuống tới 0.5 % (trên tủ ấm CO2 NU-5831 Direct Heat Hypoxic) đáp ứng nhu cầu duy trì nồng độ O2 sinh lý. Vì vai trò quan trọng của việc kiểm soát O2, Parrucci khuyến cáo: “Nên mua tủ ấm CO2 có tính năng kiểm soát O2 thậm chí nếu hiện tại họ không có nhu cầu, bởi vì chúng có thể hữu ích sau này. Hãy cứ sử dụng như một tủ ấm thông thường và tắt chức năng kiểm soát O2 đi cho tới khi cần cung cấp một môi trường nồng độ O2 sinh lý” tức là cần có tính toán cho nhu cầu sử dụng trong tương lai.
Tủ ấm Xvivo System X3 của Biospherix giúp các nhà nghiên cứu có thể đặt chương trình các thay đổi về mức độ CO2 và O2 trong toàn bộ thời kỳ nuôi cấy.
Giám đốc điều hành của Biopherix – Yerdan rất nhiệt huyết về những ưu điểm của tính năng này: “Tăng nồng độ O2 sẽ kích thích tế bào tăng trưởng mạnh mẽ để đạt được mật độ cao và sau đó giảm nồng độ CO2 vào cuối thời gian nuôi cấy sẽ tránh nhiễm axit lactic” . Sự dao động nồng độ O2 cũng được sử dụng để kích thích sinh lý hay ảnh hưởng lên kiểu hình của tế bào hay để kích thích điều kiện bệnh lý giống như thiếu máu cục bộ, sự hình thành khối u và hàn gắn vết thương.
  • Duy trì một môi trường tự nhiên
Gần đây, sự phát triển về kiểm soát nhiệt độ tủ ấm có xu hướng trở nên quan trọng hợn đối với các nước khác trừ Mỹ. Vì một số nơi trên thế giới, phòng thí nghiệm không có điều hòa hoặc thậm chí không có điện suốt ngày đêm. Nhưng các nhà khoa học vẫn cần duy trì việc nuôi cấy tế bào của họ khỏi sự dao động nhiệt độ. Do đó, NuAir hợp tác với các nhà khoa học trên khắp thế giới, giúp họ tìm ra tủ ấm có thể giải quyết vấn để khó khăn này của họ. Theo Richerson “Tại Đài Loan, vào mùa hè, tất cả mọi thứ được đặt vào ban đêm nên phòng thí nghiệm rất nóng, trong khi đó, ở Hokkaido, Nhật Bản nhiệt độ phòng thí nghiệm có thể gần như ở mức đóng băng vào mùa đông”.
Đối với các phòng lab có vấn đề về điều hòa nhiệt độ, sẽ quay lại với các tủ ấm công nghệ lớp áo bằng nước trước đây. Ở Ấn Độ, lớp áo bằng nước này giúp tủ ấm duy trì nhiệt độ tủ ấm ở điểm cài đặt, và tránh được vấn đề dao động nhiệt độ ở các phòng thí nghiệm không có điều hòa. Ngoài ra ông còn cho rằng, công nghệ này cũng thích hợp với những nơi có nguồn điện không ổn định như Mexico. Ngược lại, Ở Anh và Châu Âu thì sử dụng công nghệ gia nhiệt trực tiếp (áo khí). Trong khi đó ở Mỹ sử dụng cả hai công nghệ này, nhưng ông nói rằng gia nhiệt trực tiếp đang dần chiếm ưu thế.
  • Duy trì tủ ấm sạch
Một vai trò quan trọng khác của tủ ấm là bảo vệ tế bào khỏi nhiễm. Phương pháp phổ biến nhất là khử trùng bằng nhiệt, trong đó tủ ấm trống được trải qua một chu kỳ nhiệt độ cao để giết chết vi sinh vật. Theo ông Thielmann, hiện nay một số tủ ấm có cảm biến chịu được nhiệt độ cao, như các dòng sản phẩm tủ ấm CB mới của BINDER, chúng được trang bị với những cảm biến CO2 có thể khử trùng bằng nhiệt, và có thể chịu được nhiệt lên tới 180oC trong chu trình khử trùng.
Một số tủ ấm bao gồm cả khử trùng bằng nhiệt và màng lọc khí. Ví dụ, đối với một số tủ ấm của Thermo Fisher Scientific’s bao gồm cả chu trình khử trùng nhiệt độ cao Thermo Scientific Steri-Run™, cho một mức độ đảm bảo tiệt trùng 12-log, và một màng lọc HEPA bên trong tủ để khử nhiễm không khí bên trong.
NuAire cũng đưa ra hệ khử trùng nhiệt và một hệ thống màng lọc HEPA, hệ thống này liên tục hút khí trung tủ ấm, và cho nó qua một lớp màng lọc HEPA tiệt trùng, lớp 100, để tạo một sự trao đổi hoàn toàn sau 20 phút. Mỗi tủ ấm của NuAir có bốn màng lọc HEPA riêng biệt trong đó: một dùng cho không khí trong tủ, một đối với nguồn khí CO2 vào tủ, một cho khí tươi, và một cho khí xung quanh thiết bị. Theo Richerson phương pháp này ít lỗi thiết bị hơn.
Biospherix cung cấp một sự lựa chọn để có thể tích hợp tủ ấm hệ Xvivo X3 với một tủ hút kín hoặc một không gian làm việc sử dụng găng tay, vô trùng.  Điều này không những mở rộng không gian làm việc vô trùng, mà còn giữ được điều kiện CO2/O2 và nhiệt độ ở điều kiện như trong tủ ấm – bởi vậy tế bào không bao giờ phải dời khỏi thiên đường ấm cúng của chúng. Yerden nói: “bởi vì nuôi cấy hiện nay không bao giờ phải tiếp xúc với điều kiện dưới mức tối ưu khi cửa tủ ấm mở, hoặc khi chuyển tế bào ra khỏi tủ ấm cho thao tác và xử lý.
  • Tính năng đặc biệt cho các tế bào đặc biệt
Vì các nhà nghiên cứu sử dụng những kiểu tế bào phức tạp hơn với nhu cầu khác nhau – như tế bào nguyên phát, tế bào gốc, nuôi cấy mô và nuôi cấy 3D – các hãng sản xuất tủ ấm đang đáp ứng bằng các giải pháp sáng tạo. Richerson nói rằng: “các nhà nghiên cứu theo dõi tế bào từ nhiều bệnh nhân một cách liên tục, và riêng rẽ, nhưng đòi hỏi chúng tiếp xúc với cùng điều kiện nuôi cấy. Do đó, NuAir đã hợp tác với một công ty khác giúp tạo ra các buồng nhỏ riêng biệt trong tủ ấm.
Linh hoạt hơn trong đáp ứng nhu cầu, tủ ấm X3 của Biopherix có thể được hình thành các buồng riêng biệt, thực tế trở thành nhiều tủ nhỏ hơn (tủ đa ngăn). Yerden cho biết: “mỗi buồng với sự điều khiển độc lập để tối ưu các điều kiện khác nhau trong mỗi buồng, cùng với các quy trình nuôi cấy khác nhau. Ngoài ra Biopherix cũng cung cấp thêm các phụ kiện để chia ngăn cho các tủ nuôi cấy truyền thống.
Tủ ấm được biết đến từ rất lâu và trong suốt thời gian đó đã có những thay đổi tuy chưa phải thực sự mạnh mẽ nhưng những cải tiến như khả năng kiểm soát O2 hay hạn chế xâm nhiễm cũng có thể tạo nên những khác biệt tích cực, to lớn cho sự phát triển của tế bào. Quá trình cải tiến, nâng cao công nghệ là không ngừng nghỉ, bởi vậy, giữ cái nhìn sáng suốt khi lựa chọn một tủ ấm CO2 cho nuôi cấy tế bào là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Dịch và tổng hợp từ Biocompare