Terreni di coltura

I terreni di coltura utilizzati in biotecnologie consistono in soluzioni acquose di sostanze diverse, selezionate allo scopo di promuovere la crescita di organismi e ammassi cellulari. La composizione di tali soluzioni è progettata per simulare in vitro l'ambiente nutrizionale in vivo, in cui la cellula si trova nella sua collocazione naturale all'interno di un organismo vivente integro.

Le esigenze nutrizionali delle cellule vegetali in vitro sono state determinate in seguito ad evidenze sperimentali, le quali hanno mostrato come la fotosintesi, quando avviene, non è sufficiente a fornire l'apporto energetico necessario.

Ogni coltura necessita di una progettazione nutrizionale specifica, per questa ragione esistono in commercio terreni standardizzati ai quali si possono aggiungere i nutrienti specifici.

Si utilizzano due tipi di terreni:

- terreni solidi (agar, gel di poliacrilamide, gelatine);

- terreni liquidi.

Le colture su terreni solidi, ad esempio terreno agarizzato, danno origine ad una formazione amorfa chiamata callo.

Le colture su terreni liquidi offrono una serie di vantaggi quali:

- maggior efficienza nello scambio di nutrienti;

- maggior efficienza negli scambi gassosi;

- il callo può subire una più fine frammentazione generando aggregati cellulari amorfi di ridotte dimensioni fino a cellule singole;

- maggior elasticità nella progettazione e associazione di strategie operative, come le colture in continuo e in discontinuo, che si riflette in un'importante ottimizzazione della produttività.

Le strategie operative in terreno liquido consistono essenzialmente in quattro tipologie di colture; in sospensione a ciclo chiuso, semi-continue e continue, e colture di cellule immobilizzate in polimeri.

- Colture in sospensione a ciclo chiuso: il mezzo liquido è sottoposto ad agitazione costante e a circolazione di aria. Non ha luogo scambio di nutrienti.

- Colture in sospensione semi-continue (o sistema aperto): tutto avviene come il sistema a ciclo chiuso, ma vi è ricambio di terreno in continuo.

- Colture in sospensione continue: il bioreattore è dotato di un chemostato, che mantiene lo stato stazionario dei parametri chimici (nutrienti, pH, ecc.) e di un turbostato, che mantiene lo stato stazionario della coltura in senso quantitativo, prelevandone la quota in eccesso che viene poi indirizzata alla lavorazione, ad esempio all'estrazione del principio attivo.

- Cellule immobilizzate in polimeri: il terreno liquido scorre vicino alle cellule immobilizzate scambiando nutrienti e metaboliti secondari che vengono poi raccolti. Le cellule possono essere mantenute in vita ed utilizzate fino a 30 settimane rispetto alle 3-4 settimane di sfruttamento ottenibili in una tradizionale coltura di cellule in vitro.

Le problematiche che possono sorgere da questo tipo di colture sono la rottura delle cellule, la tendenza all'aggregazione e la tendenza alla differenzazione.