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En este artículo

  • Resumen
  • Resumen
  • Introducción
  • Protocolo
  • Resultados Representativos
  • Discusión
  • Divulgaciones
  • Agradecimientos
  • Materiales
  • Referencias
  • Reimpresiones y Permisos

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para lograr la fabricación a gran escala de células adherentes a través de un sistema completamente cerrado basado en microportadores solubles de grado GMP. El cultivo de células madre mesenquimales humanas, células HEK293T y células Vero se validó y cumplió tanto con las demandas de cantidad como con los criterios de calidad para la industria de la terapia celular y génica.

Resumen

Los investigadores de la industria de la terapia celular y génica (CGT) se han enfrentado durante mucho tiempo a un desafío formidable en la expansión eficiente y a gran escala de las células. Para abordar las principales deficiencias del sistema de cultivo plano bidimensional (2D), desarrollamos de manera innovadora una plataforma automatizada de producción celular a escala industrial cerrada (ACISCP) basada en un microportador poroso, soluble y de grado GMP para el cultivo 3D de células adherentes, incluidas las células madre/estroma mesenquimales humanas (hMSC), las células HEK293T y las células Vero. Para lograr una expansión a gran escala, se llevó a cabo una expansión en dos etapas con biorreactores de tanque agitado de 5 L y 15 L para producir 1,1 x 1010 hMSC con una expansión total de 128 veces en 9 días. Las células se cosecharon disolviendo completamente los microportadores, se concentraron, se lavaron y se formularon con un sistema de procesamiento celular basado en centrífugas de flujo continuo, y luego se alícuota con un sistema de llenado celular. En comparación con el cultivo plano 2D, no hay diferencias significativas en la calidad de las hMSC recolectadas del cultivo 3D. También hemos aplicado estos microportadores porosos solubles a otros tipos de células populares en el sector CGT; en concreto, se han cultivado células HEK293T y células Vero a densidades celulares máximas de 1,68 x 10 7 células/ml y 1,08 x 107 células/ml, respectivamente. Este estudio proporciona un protocolo para el uso de una plataforma de ingeniería de bioprocesos que aprovecha las características de los microportadores solubles de grado GMP y equipos cerrados avanzados para lograr la fabricación a escala industrial de células adherentes.

Introducción

La industria de CGT ha sido testigo de una expansión exponencial en las últimas dos décadas. Se prevé la evolución de los medicamentos de nueva generación para tratar y curar numerosas enfermedades refractarias1. Desde la primera aprobación por parte de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) de un producto de CGT, Kymriah, en 2017, la investigación y el desarrollo relacionados con CGT en el mundo han seguido creciendo a un ritmo rápido, y la FDA ha visto que las solicitudes activas de nuevos medicamentos en investigación para CGT aumentaron a 500 en 20182. Se había pronosticado que ....

Protocolo

El cordón umbilical humano se obtuvo del Hospital Tsinghua Changgeng de Pekín. Todos los procedimientos y protocolos relativos a la adquisición, aislamiento y cultivo de células madre mesenquimales del cordón umbilical humano (UCMSC) se llevaron a cabo con consentimiento informado y con la aprobación del Comité de Ética del Hospital Tsinghua Changgeng de Beijing (número de expediente 22035-4-02), y los procedimientos y protocolos cumplieron con la Declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores o estándares éticos comparables.

1. Cultivo monocapa de hMSCs, células HEK293T y células Vero

  1. Aislar las UCMS....

Resultados Representativos

La plataforma ACISCP es un sistema completamente cerrado que emplea una serie de biorreactores de tanque agitado para la expansión a escala, un sistema de procesamiento celular para la recolección y formulación celular automatizada y un sistema de llenado celular (Figura 1). Las células adherentes se adhieren a los microportadores porosos, que pueden dispersarse en el biorreactor, logrando así el cultivo suspendido de las células adherentes.

Siguiendo el pro.......

Discusión

Tanto la inmunoterapia como la terapia con células madre utilizan células vivas como fármacos; Sin embargo, sus productos finales no deben purificarse o esterilizarse de la misma manera que las moléculas pequeñas o los virus. Por lo tanto, el principio de Calidad por Diseño (QbD) siempre debe tenerse en cuenta y aplicarse en la práctica al proceso de Fabricación y Control de Productos Químicos (CMC) durante la producción de células23. Se considera preferentemente que un sistema de culti.......

Divulgaciones

Y.D. es asesor científico, y H.X., Y.Z., L.G., M.L., Y.Y., W.L. y X.Y. son empleados de Beijing CytoNiche Biotechnology Co. Ltd. Los otros autores no tienen ningún interés comercial, de propiedad o financiero en los productos o empresas descritos en este artículo. Todos los demás autores declaran que no tienen intereses contrapuestos.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado financieramente por la Fundación Nacional de Ciencias para Jóvenes Académicos Distinguidos (82125018).

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Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
0.25% trypsin EDTABasalMediaS310JVUsed for 2D cell harvest.
3D FloTrix DigestCytoNiche BiotechR001-500This is a reagent that specifically dissolves 3D TableTrix microcarriers.
3D FloTrix MSC Serum Free MediumCytoNiche BiotechRMZ112This is a serum-free,animal-free medium for mesenchymal stem cell expansion and maintenance in 2D planar culture as well as 3D culture on 3D TableTrix microcarriers.
3D FloTrix Single-Use Filtration ModuleCytoNiche BiotechR020-00-10This module contains 0.22 μm capsule filters used for filtration of culture medium and digest solution.
3D FloTrix Single-Use Storage Bag (10 L)CytoNiche BiotechR020-00-03Used as feed bag for 5 L bioreactor.
3D FloTrix Single-Use Storage Bag (3 L)CytoNiche BiotechR020-00-01Used as cell seeding or transfer bags.
3D FloTrix Single-Use Storage Bag (50 L)CytoNiche BiotechR020-00-04Used as feed bag for 15 L bioreactor.
3D FloTrix vivaPACK Disposable Fill&Finish Consumable KitCytoNiche BiotechPACK-01-01This is a standard kit adapted to 3D vivaPACK fill and finish system.
3D FloTrix vivaPACK fill and finish system for cellsCytoNiche BiotechvivaPACKThis system is a closed liquid handling device, with automated mixing and gas exhausting functions. Cells resuspended in cryopreservation buffer can be rapidly and evenly aliquoted into 20 bags per batch.
3D FloTrix vivaPREP PLUS cell processing systemCytoNiche BiotechvivaPREP PLUSThis system is a continuous flow centrifuge-based device.Cells can be concentrated, washed, and resuspended under completely closed procedures.
3D FloTrix vivaPREP PLUS Disposable Cell Processing KitCytoNiche BiotechPREP-PLUS-00This is a standard kit adapted to 3D vivaPREP PLUS cell processing.
3D FloTrix vivaSPIN  bioreactor 15 LCytoNiche BiotechFTVS15This bioreactor product employs a controller, a 15 L glass stirred-tank vessel, and assessories. A special perfusion tube is available.
3D FloTrix vivaSPIN  bioreactor 5 LCytoNiche BiotechFTVS05This bioreactor product employs a controller, a 5 L glass stirred-tank vessel, and assessories.A special perfusion tube is available.
3D FloTrix vivaSPIN Closed System Consumable Pack (10/15 L)CytoNiche BiotechR020-10-10This is a standard tubing kit adapted to 3D vivaSPIN bioreactor 15 L, containing sampling bags.
3D FloTrix vivaSPIN Closed System Consumable Pack (2/5 L)CytoNiche BiotechR020-05-10This is a standard tubing kit adapted to 3D vivaSPIN bioreactor 5 L, containing sampling bags.
3D TableTrix microcarriers G02CytoNiche BiotechG02-10-10gThese porous and degradable microcarriers are suitable for HEK293T cell culture. They come pre-sterilized in 10g/bottle with C-Flex tubings for welding to tubes on bioreactors.
3D TableTrix microcarriers V01CytoNiche BiotechV01-100-10gThese porous and degradable microcarriers are suitable for adherent cell culture, they come as non-sterilized microcarriers that need to be autoclaved in PBS before use. They are especially suitable for vaccine production.
3D TableTrix microcarriers W01CytoNiche BiotechW01-10-10g (single-use packaging);
W01-200 (tablets)
These porous and degradable microcarriers are suitable for adherent cell culture, especially for cells that need to be harvested as end products. They come pre-sterilized in 10g/bottle with C-Flex tubings for welding to tubes on bioreactors.The product has obtained 2 qualifications for pharmaceutical excipients from CDE, with the registration numbers of [F20200000496; F20210000003]. It has also received DMF qualification for pharmaceutical excipients from FDA, with the registration number of [DMF:35481]
APC anti-human CD45 AntibodyBioLegend368512Used in flow cytometry for MSC identity assessment
Calcein-AM/PI Double Staining KitDojindoC542Calcein-AM/PI Double Staining Kit is utilized for simultaneous fluorescence staining of viable and dead cells. This kit contains Calcein-AM and Propidium Iodide (PI) solutions, which stain viable and dead cells, respectively.
Cap for EZ Top Container Closures for NALGENE-containers (500mL)Saint-GobainCAP-38Brands and catalogue numbers are only for example, similar products are available from various suppliers and as long as they have the same functionality, items could be substituted with other brands.
C-Flex Tubing, Formulation 374 (0.25 in x 0.44 in)Saint-Gobain374-250-3Used for tube welding and disconnection.
CryoMACS Freezing Bag 50Miltenyi Biotec 200-074-400Used for expanding the 3D FloTrix vivaPACK Disposable Fill&Finish Consumable Kit.
Dimethyl Sulfate (DMSO) SigmaD2650-100mLUsed for preparation of cryopreservation solution.
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)BasalMediaL120KJUsed for cultivation of HEK293T and Vero cells.
DURAN Original GL 45 Laboratory bottle (2 L)DWK life sciences218016357Used for waste collection from the 5 L bioreactor.
DURAN Original GL 45 Laboratory bottle (5 L)DWK life sciences218017353Used for waste collection from the 15 L bioreactor.
DURAN Original GL 45 Laboratory bottle (500 mL)DWK life sciences218014459Used for supplementary bottle of 0.1 M NaOH.
EZ Top Container Closures for NALGENE-containers (500mL)Saint-GobainEZ500 ML-38-2Brands and catalogue numbers are only for example, similar products are available from various suppliers and as long as they have the same functionality, items could be substituted with other brands.
Fetal bovine serum (FBS) superior qualityWisent086-150Used for cultivation of HEK293T cells.
FITC anti-human CD14 AntibodyBioLegend301804Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
FITC anti-human CD34 AntibodyBioLegend343504Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
FITC anti-human CD90 (Thy1) AntibodyBioLegend328108Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
Flow cytometryBeckman CoulterCytoFLEXUsed for cell identity assessment.
Fluorescence Cell AnalyzerAlit life scienceCountstar Rigel S2Used for cell counting. Cell viability can be calculated by staining with AO/PI dyes.
GL 45 Multiport Connector Screw Cap with 2 ports DWK life sciences292632806Brands and catalogue numbers are only for example, similar products are available from various suppliers and as long as they have the same functionality, items could be substituted with other brands.
Glucose MeterSinocare6243578Used for detecting glucose concentration in cell culture medium and supernatant.
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS), with calcium and magnesiumGibco14025092Used for preparation of digest solution.
Human Albumin 20% Behring (HSA)CSL BehringN/AUsed for preparation of wash buffer.
Inverted fluorescent microscopeOLYMBUSCKX53SFUsed for brifgt field and fluorescent observation and imaging.
Nalgene Measuring Cylinder (500 mL)Thermo Scientific3662-0500PKUsed for calibrating the liquid handling volume speed of peristaltic pumps.
Newborn calf serum (NBS) superfineMINHAI BIOSC101.02Used for cultivation of Vero cells.
OriCell human mesenchymal stem cell adipogenic differentiation and characterization kitCyagenHUXUC-90031Used for tri-lineage differentiation of hUCMSCs.
OriCell human mesenchymal stem cell chondrogenic differentiation and characterization kitCyagenHUXUC-90041Used for tri-lineage differentiation of hUCMSCs.
OriCell human mesenchymal stem cell osteogenic differentiation and characterization kitCyagenHUXUC-90021Used for tri-lineage differentiation of hUCMSCs.
PE anti-human CD105 AntibodyBioLegend800504Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
PE anti-human CD19 AntibodyBioLegend302208Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
PE anti-human CD73 (Ecto-5'-nucleotidase) AntibodyBioLegend344004Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
PE anti-human HLA-DR AntibodyBioLegend307605Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
Phosphate Buffered Saline (PBS)Wisent311-010-CLUsed in autoclaving of glass vessel and V01 microcarriers, and replacement of culture medium.
Sani-Tech Platinum Cured Sanitary Silicone Tubing (0.13 in x 0.25 in)Saint-GobainULTRA-C-125-2FUsed for solution transfering driven by peristaltic pumps.
Sterile SalineHopebiolHBPP008-500Used for preparation of wash buffer.
Trypzyme Recombinant TrypsinBasalMediaS342JVThis reagent is used for bead-to-bead transfer of HEK293T and Vero cells.
Tube SealerYingqi BiotechTube Sealer IThis sealer is compatible with both C-Flex tubing and PVC tubing.
Tube Welder for PVC tubingChu BiotechTube Welder Micro IUsed for welding of PVC tubing.
Tube Welder for TPE tubingYingqi BiotechTube Welder I-V2Used for welding of TPE tubing.
ViaStain AO / PI Viability StainsNexcelomCS2-0106-25mLDual-Fluorescence Viability, using acridine orange (AO) and propidium iodide (PI), is the recommended method for accurate viability analysis of primary cells, such as PBMCs, and stem cells in samples containing debris.

Referencias

  1. Golchin, A., Farahany, T. Z. Biological products: Cellular therapy and FDA approved products. Stem Cell Reviews and Reports. 15 (2), 166-175 (2019).
  2. Young, C. M., Quinn, C., Trusheim, M. R.

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