三維潮汐式生物反應(yīng)器于間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用

前  言

 

未來(lái)的細(xì)胞治療需要大量的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)，每個(gè)劑量從1000萬(wàn)到2億多個(gè)細(xì)胞不等。當(dāng)需要超過(guò)5000萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的大劑量使用時(shí)，傳統(tǒng)的平板培養(yǎng)是不切實(shí)際的。而利用生物反應(yīng)器并結(jié)合線性放大、過(guò)程控制和自動(dòng)化，是解決這一需求的主要方法。然而許多生物反應(yīng)器在MSCs培養(yǎng)方面都面臨技術(shù)難題，比如如何控制培養(yǎng)基充分混合的同時(shí)將剪切力最小化，以及如何從具有高產(chǎn)量和高活性的片狀載體中分離得到細(xì)胞等諸多難點(diǎn)。

潮汐式生物反應(yīng)器，利用3D片狀載體（BioNOC II）建立了一個(gè)強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的平臺(tái)，以滿足未來(lái)臨床治療的需求。在整個(gè)培養(yǎng)期間，監(jiān)測(cè)細(xì)胞培養(yǎng)條件，并測(cè)量生長(zhǎng)過(guò)程參數(shù)，如葡萄糖消耗量和pH值，以確保適當(dāng)?shù)姆糯�。同時(shí)研究?jī)?yōu)化干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)所需的細(xì)胞接種密度、培養(yǎng)基培養(yǎng)條件和改進(jìn)的生物工藝參數(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)，Esco將提供過(guò)程優(yōu)化與質(zhì)量控制以及放大生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以便協(xié)助用戶將學(xué)術(shù)或工業(yè)研發(fā)轉(zhuǎn)化為面向未來(lái)的臨床試驗(yàn)和商業(yè)化銷售。

 

各組織來(lái)源MSCs的生長(zhǎng)情況

 

 

(A)用潮汐式生物反應(yīng)器系統(tǒng)成功擴(kuò)增了不同組織來(lái)源的MSCs。MSCs的常見(jiàn)組織來(lái)源，如臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（UC-MSC）、沃頓膠間充質(zhì)干細(xì)胞（WJ-MSC）、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSC）和脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（AD-MSC），在培養(yǎng)后7天內(nèi)普遍可擴(kuò)增10倍。上表列出了使用商業(yè)細(xì)胞來(lái)源進(jìn)行優(yōu)化的不同組織來(lái)源MSCs的接種密度。

(B)將同類型（相同組織來(lái)源）但細(xì)胞來(lái)源不同的MSCs，從低播種密度進(jìn)行擴(kuò)增能力測(cè)試。結(jié)果顯示，來(lái)源2的BM-MSCs與來(lái)源1的BM-MSCs生長(zhǎng)情況存在明顯差異，因此在進(jìn)行線性放大擴(kuò)增之前，需要對(duì)每個(gè)來(lái)源MSCs進(jìn)行播種密度、培養(yǎng)基變化規(guī)律等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

 

MSCs在不同培養(yǎng)基中的擴(kuò)增情況

 

 

(A) 將UC-MSCs接種于含血清代替物（hPL）的培養(yǎng)基中，觀察到其對(duì)載體的貼壁效率較低。

(B) 盡管觀察到的附著效率較低，但使用血清代替物補(bǔ)充培養(yǎng)基，使不同組織來(lái)源MSCs的細(xì)胞擴(kuò)增倍數(shù)增大。

 

 

(C) 在將UC-MSCs接種到BioNOC II載體之前，對(duì)不同培養(yǎng)基類型培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行2次以上傳代，以監(jiān)測(cè)其增殖速率。結(jié)果顯示含血清代替物（hPL）培養(yǎng)基培養(yǎng)的細(xì)胞增長(zhǎng)最快。

(D) 熒光圖像顯示細(xì)胞在培養(yǎng)期間在載體上的擴(kuò)增情況，結(jié)果顯示含胎牛血清（FBS）培養(yǎng)基的細(xì)胞生長(zhǎng)較好，含血清代替物（hPL）的次之。綜合考量，使用含血清代替物培養(yǎng)基是更優(yōu)的選擇。

綠色:熒光素二乙酸酯(活細(xì)胞細(xì)胞質(zhì))

藍(lán)色:Hoechst 33342(細(xì)胞核)

紅色:碘化丙啶(死細(xì)胞)

 

細(xì)胞收集工藝優(yōu)化

 

 

通過(guò)優(yōu)化參數(shù)，開(kāi)發(fā)了一種從BioNOC II載體高效收獲UC-MSCs的方法。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用熒光素二乙酸酯（FDA）對(duì)BioNOC II載體上的活細(xì)胞進(jìn)行染色。

 

質(zhì)量控制

 

結(jié)  論

*潮汐式生物反應(yīng)器是由無(wú)菌一次性CelCradle細(xì)胞培養(yǎng)瓶和波紋管壓縮平臺(tái)組成，可線性放大，且在培養(yǎng)過(guò)程中支持取樣監(jiān)測(cè)。

*小規(guī)模系統(tǒng)支持MSCs早期研發(fā)階段，可以低成本高效率進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

*為大批量生產(chǎn)MSCs提供一個(gè)很好的平臺(tái)。