ייצור תאים בקנה מידה גדול המבוסס על מיקרו-נשאים נקבוביים נמסים ברמת GMP (תנאי ייצור נאותים)

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להשגת ייצור בקנה מידה גדול של תאים דבקים באמצעות מערכת סגורה לחלוטין המבוססת על מיקרו-נשאים נמסים ברמת GMP. הטיפוח של תאי גזע מזנכימליים אנושיים, תאי HEK293T ותאי ורו אומת ועמד הן בדרישות הכמות והן בקריטריוני האיכות של תעשיית התרפיה התאית והגנטית.

Abstract

חוקרים בתעשיית התרפיה התאית והגנטית (CGT) מתמודדים זה זמן רב עם אתגר עצום בהתרחבות יעילה ובקנה מידה גדול של תאים. כדי להתמודד עם החסרונות העיקריים של מערכת הטיפוח המישורית הדו-ממדית (2D), פיתחנו באופן חדשני פלטפורמה אוטומטית לייצור תאים בקנה מידה תעשייתי סגור (ACISCP) המבוססת על מיקרו-נשא בדרגה GMP, נמס ונקבובי עבור תרבית תלת-ממדית של תאים דבקים, כולל תאי גזע/סטרומה מזנכימליים אנושיים (hMSCs), תאי HEK293T ותאי ורו. כדי להשיג הרחבה בקנה מידה גדול, בוצעה הרחבה דו-שלבית עם ביוריאקטורים של 5 ליטר ו-15 ליטר עם מיכלי ערבוב כדי להניב 1.1 x^{10 10} hMSCs עם הרחבה כוללת של פי 128 תוך 9 ימים. התאים נקצרו על ידי המסה מוחלטת של המיקרו-נשאים, רוכזו, נשטפו ונוסחו באמצעות מערכת עיבוד תאים מבוססת צנטריפוגות בזרימה רציפה, ולאחר מכן הותאמו למערכת מילוי תאים. בהשוואה לתרבית מישורית דו-ממדית, אין הבדלים משמעותיים באיכות של hMSCs שנקטפו מתרבית תלת-ממדית. יישמנו גם מיקרו-נשאים נקבוביים נמסים אלה על סוגי תאים פופולריים אחרים במגזר CGT; באופן ספציפי, תאי HEK293T ותאי Vero טופחו לשיא צפיפות תאים של 1.68 x 10 7 תאים / מ"ל ו 1.08 x 10⁷ תאים / מ"ל, בהתאמה. מחקר זה מספק פרוטוקול לשימוש בפלטפורמה של הנדסת תהליכים ביולוגיים הרותמת את המאפיינים של מיקרו-נשאים מתמוססים ברמת GMP וציוד סגור מתקדם להשגת ייצור בקנה מידה תעשייתי של תאים דבקים.

Introduction

תעשיית CGT הייתה עדה להתרחבות אקספוננציאלית בשני העשורים האחרונים. האבולוציה של תרופות הדור הבא צפויה לטפל ולרפא מחלות עקשנות רבות¹. מאז האישור הראשון של מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) למוצר CGT, Kymriah, בשנת 2017, המחקר והפיתוח הקשורים ל-CGT בעולם המשיכו לצמוח בקצב מהיר, כאשר ה-FDA ראה בקשות לתרופות ניסיוניות חדשות פעילות עבור CGT גדל ל-500 בשנת 2018². על פי התחזיות, מספר האישורים של מוצרי CGT יעמוד ככל הנראה על 54-74 בארה"ב עד שנת 2030².

בעוד הצמיחה המהירה במחקר ובחדשנות של CGT מרגשת, עדיין קיים פער טכנולוגי גדול בין מחקר מעבדה לייצור בקנה מידה תעשייתי שיכול לספק....

Protocol

חבל הטבור האנושי התקבל מבית החולים צינגהואה צ'אנג-גנג בבייג'ינג. כל ההליכים והפרוטוקולים הנוגעים לרכישה, בידוד ותרבית של תאי גזע מזנכימליים מזנכימליים מחבל הטבור האנושיים (UCMSCs) נערכו בהסכמה מדעת ובאישור ועדת האתיקה של בית החולים צינגהואה צ'אנג-גנג בבייג'ינג (מספר הגשה 22035-4-02), והנהלים והפרוטוקולים עמדו בהצהרת הלסינקי משנת 1964 ותיקוניה המאוחרים יותר או בסטנדרטים אתיים דומים.

1. תרבית חד-שכבתית של hMSCs, תאי HEK293T ותאי Vero

1. בודדו UCMSCs אנושיים ראשוניים מהג'לי של וורטון על פי השיטה המדווחת²¹. השתמש במדיום תרבית hMSC ללא סרום (SF) לבידוד וצמיחה של UCMSC ראשוניים, קצור את התאים במעבר ....

תוצאות

פלטפורמת ACISCP היא מערכת סגורה לחלוטין שמשתמשת בסדרה של ביוריאקטורים מוקפצים להרחבת קנה מידה, מערכת עיבוד תאים לקצירת תאים וניסוח אוטומטיים, ומערכת מילוי תאים (איור 1). תאים דבקים נצמדים למיקרו-נשאים הנקבוביים, אשר יכולים להתפזר לתוך הביוריאקטור, ובכך להשיג את הטיפוח המושעה .......

Discussion

הן אימונותרפיה והן טיפול בתאי גזע משתמשים בתאים חיים כתרופות; עם זאת, המוצרים הסופיים שלהם לא צריך להיות מטוהר או מעוקר באותו אופן כמו מולקולות קטנות או וירוסים. לכן, העיקרון של איכות על ידי עיצוב (QbD) צריך תמיד לזכור מיושם בפועל על תהליך ייצור כימי ובקרה (CMC) במהלך ייצור תאים²³. מ?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.25% trypsin EDTA	BasalMedia	S310JV	Used for 2D cell harvest.
3D FloTrix Digest	CytoNiche Biotech	R001-500	This is a reagent that specifically dissolves 3D TableTrix microcarriers.
3D FloTrix MSC Serum Free Medium	CytoNiche Biotech	RMZ112	This 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 Module	CytoNiche Biotech	R020-00-10	This 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 Biotech	R020-00-03	Used as feed bag for 5 L bioreactor.
3D FloTrix Single-Use Storage Bag (3 L)	CytoNiche Biotech	R020-00-01	Used as cell seeding or transfer bags.
3D FloTrix Single-Use Storage Bag (50 L)	CytoNiche Biotech	R020-00-04	Used as feed bag for 15 L bioreactor.
3D FloTrix vivaPACK Disposable Fill&Finish Consumable Kit	CytoNiche Biotech	PACK-01-01	This is a standard kit adapted to 3D vivaPACK fill and finish system.
3D FloTrix vivaPACK fill and finish system for cells	CytoNiche Biotech	vivaPACK	This 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 system	CytoNiche Biotech	vivaPREP PLUS	This 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 Kit	CytoNiche Biotech	PREP-PLUS-00	This is a standard kit adapted to 3D vivaPREP PLUS cell processing.
3D FloTrix vivaSPIN  bioreactor 15 L	CytoNiche Biotech	FTVS15	This 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 L	CytoNiche Biotech	FTVS05	This 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 Biotech	R020-10-10	This 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 Biotech	R020-05-10	This is a standard tubing kit adapted to 3D vivaSPIN bioreactor 5 L, containing sampling bags.
3D TableTrix microcarriers G02	CytoNiche Biotech	G02-10-10g	These 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 V01	CytoNiche Biotech	V01-100-10g	These 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 W01	CytoNiche Biotech	W01-10-10g (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 Antibody	BioLegend	368512	Used in flow cytometry for MSC identity assessment
Calcein-AM/PI Double Staining Kit	Dojindo	C542	Calcein-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-Gobain	CAP-38	Brands 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-Gobain	374-250-3	Used for tube welding and disconnection.
CryoMACS Freezing Bag 50	Miltenyi Biotec	200-074-400	Used for expanding the 3D FloTrix vivaPACK Disposable Fill&Finish Consumable Kit.
Dimethyl Sulfate (DMSO)	Sigma	D2650-100mL	Used for preparation of cryopreservation solution.
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)	BasalMedia	L120KJ	Used for cultivation of HEK293T and Vero cells.
DURAN Original GL 45 Laboratory bottle (2 L)	DWK life sciences	218016357	Used for waste collection from the 5 L bioreactor.
DURAN Original GL 45 Laboratory bottle (5 L)	DWK life sciences	218017353	Used for waste collection from the 15 L bioreactor.
DURAN Original GL 45 Laboratory bottle (500 mL)	DWK life sciences	218014459	Used for supplementary bottle of 0.1 M NaOH.
EZ Top Container Closures for NALGENE-containers (500mL)	Saint-Gobain	EZ500 ML-38-2	Brands 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 quality	Wisent	086-150	Used for cultivation of HEK293T cells.
FITC anti-human CD14 Antibody	BioLegend	301804	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
FITC anti-human CD34 Antibody	BioLegend	343504	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
FITC anti-human CD90 (Thy1) Antibody	BioLegend	328108	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
Flow cytometry	Beckman Coulter	CytoFLEX	Used for cell identity assessment.
Fluorescence Cell Analyzer	Alit life science	Countstar Rigel S2	Used 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 sciences	292632806	Brands 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 Meter	Sinocare	6243578	Used for detecting glucose concentration in cell culture medium and supernatant.
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS), with calcium and magnesium	Gibco	14025092	Used for preparation of digest solution.
Human Albumin 20% Behring (HSA)	CSL Behring	N/A	Used for preparation of wash buffer.
Inverted fluorescent microscope	OLYMBUS	CKX53SF	Used for brifgt field and fluorescent observation and imaging.
Nalgene Measuring Cylinder (500 mL)	Thermo Scientific	3662-0500PK	Used for calibrating the liquid handling volume speed of peristaltic pumps.
Newborn calf serum (NBS) superfine	MINHAI BIO	SC101.02	Used for cultivation of Vero cells.
OriCell human mesenchymal stem cell adipogenic differentiation and characterization kit	Cyagen	HUXUC-90031	Used for tri-lineage differentiation of hUCMSCs.
OriCell human mesenchymal stem cell chondrogenic differentiation and characterization kit	Cyagen	HUXUC-90041	Used for tri-lineage differentiation of hUCMSCs.
OriCell human mesenchymal stem cell osteogenic differentiation and characterization kit	Cyagen	HUXUC-90021	Used for tri-lineage differentiation of hUCMSCs.
PE anti-human CD105 Antibody	BioLegend	800504	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
PE anti-human CD19 Antibody	BioLegend	302208	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
PE anti-human CD73 (Ecto-5'-nucleotidase) Antibody	BioLegend	344004	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
PE anti-human HLA-DR Antibody	BioLegend	307605	Used in flow cytometry for MSC identity assessment.
Phosphate Buffered Saline (PBS)	Wisent	311-010-CL	Used 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-Gobain	ULTRA-C-125-2F	Used for solution transfering driven by peristaltic pumps.
Sterile Saline	Hopebiol	HBPP008-500	Used for preparation of wash buffer.
Trypzyme Recombinant Trypsin	BasalMedia	S342JV	This reagent is used for bead-to-bead transfer of HEK293T and Vero cells.
Tube Sealer	Yingqi Biotech	Tube Sealer I	This sealer is compatible with both C-Flex tubing and PVC tubing.
Tube Welder for PVC tubing	Chu Biotech	Tube Welder Micro I	Used for welding of PVC tubing.
Tube Welder for TPE tubing	Yingqi Biotech	Tube Welder I-V2	Used for welding of TPE tubing.
ViaStain AO / PI Viability Stains	Nexcelom	CS2-0106-25mL	Dual-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.