Accedi

È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati Rappresentativi
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Qui, presentiamo un protocollo per ottenere la produzione su larga scala di cellule aderenti attraverso un sistema completamente chiuso basato su microcarrier solubili di grado GMP. La coltivazione di cellule staminali mesenchimali umane, cellule HEK293T e cellule Vero è stata convalidata e ha soddisfatto sia le richieste di quantità che i criteri di qualità per l'industria della terapia cellulare e genica.

Abstract

I ricercatori nel settore della terapia cellulare e genica (CGT) hanno affrontato a lungo una sfida formidabile nell'espansione efficiente e su larga scala delle cellule. Per affrontare le principali carenze del sistema di coltura planare bidimensionale (2D), abbiamo sviluppato in modo innovativo una piattaforma automatizzata di produzione di celle su scala industriale chiusa (ACISCP) basata su un microcarrier poroso e solubile di grado GMP per la coltura 3D di cellule aderenti, comprese le cellule staminali/stromali mesenchimali umane (hMSC), le cellule HEK293T e le cellule Vero. Per ottenere un'espansione su larga scala, è stata condotta un'espansione a due stadi con bioreattori a serbatoio agitato da 5 L e 15 L per produrre 1,1 x 1010 hMSC con un'espansione complessiva di 128 volte in 9 giorni. Le cellule sono state raccolte dissolvendo completamente i microcarrier, concentrate, lavate e formulate con un sistema di elaborazione cellulare basato su centrifuga a flusso continuo, e quindi aliquotate con un sistema di riempimento cellulare. Rispetto alla coltura planare 2D, non ci sono differenze significative nella qualità delle hMSC raccolte dalla coltura 3D. Abbiamo anche applicato questi microcarrier porosi solubili ad altri tipi di cellule popolari nel settore CGT; in particolare, le cellule HEK293T e le cellule Vero sono state coltivate per raggiungere densità cellulari di picco rispettivamente di 1,68 x 10 7 cellule/mL e 1,08 x 107 cellule/mL. Questo studio fornisce un protocollo per l'utilizzo di una piattaforma di ingegneria dei bioprocessi che sfrutta le caratteristiche dei microcarrier solubili di grado GMP e delle apparecchiature chiuse avanzate per ottenere la produzione su scala industriale di cellule aderenti.

Introduzione

L'industria CGT ha assistito a un'espansione esponenziale negli ultimi due decenni. Si prevede che l'evoluzione dei farmaci di nuova generazione tratterà e curerà numerose malattie refrattarie1. Dalla prima approvazione da parte della Food and Drug Administration (FDA) di un prodotto CGT, Kymriah, nel 2017, la ricerca e lo sviluppo relativi alla CGT nel mondo hanno continuato a crescere a un ritmo rapido, con la FDA che ha visto aumentare a 500 le domande di nuovi farmaci sperimentali attivi per CGT nel 20182. Era stato previsto che il numero di approvazioni dei prodotti CGT sarebbe stato probabilmente di 54-74 negli Sta....

Protocollo

Il cordone ombelicale umano è stato ottenuto dall'ospedale Tsinghua Changgeng di Pechino. Tutte le procedure e i protocolli relativi all'acquisizione, all'isolamento e alla coltura di cellule staminali mesenchimali del cordone ombelicale umano (UCMSC) sono stati condotti con il consenso informato e con l'approvazione del Comitato Etico dell'Ospedale Tsinghua Changgeng di Pechino (numero di deposito 22035-4-02), e le procedure e i protocolli sono conformi alla dichiarazione di Helsinki del 1964 e ai suoi successivi emendamenti o a standard etici comparabili.

1. Coltura monostrato di hMSC, cellule HEK293T e cellule Vero

Risultati Rappresentativi

La piattaforma ACISCP è un sistema completamente chiuso che impiega una serie di bioreattori a serbatoio agitato per l'espansione dello scale-up, un sistema di elaborazione cellulare per la raccolta e la formulazione automatizzata delle cellule e un sistema di riempimento delle cellule (Figura 1). Le cellule aderenti si attaccano ai microcarrier porosi, che possono essere dispersi nel bioreattore, ottenendo così la coltivazione in sospensione delle cellule aderenti.

Discussione

Sia l'immunoterapia che la terapia con cellule staminali utilizzano cellule vive come farmaci; Tuttavia, i loro prodotti finali non devono essere purificati o sterilizzati allo stesso modo delle piccole molecole o dei virus. Pertanto, il principio della Quality by Design (QbD) dovrebbe essere sempre tenuto presente e applicato praticamente al processo di produzione e controllo chimico (CMC) durante la produzione di celle23. Un sistema di coltura a cellule completamente chiuso, nonché un sistema d.......

Divulgazioni

Y.D. è un consulente scientifico e H.X., Y.Z., L.G., M.L., Y.Y., W.L. e X.Y. sono dipendenti di Beijing CytoNiche Biotechnology Co. Ltd. Gli altri autori non hanno alcun interesse commerciale, proprietario o finanziario nei prodotti o nelle aziende descritte in questo articolo. Tutti gli altri autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dalla National Science Foundation for Distinguished Young Scholars (82125018).

....

Materiali

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.

Riferimenti

  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.

Ristampe e Autorizzazioni

Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi Autorizzazione

Esplora altri articoli

Produzione cellulare su larga scalaGMP gradeMicrocarrier porosi solubiliTerapia cellulare e genicaColtura 3DCellule aderentiHMSCCellule HEK293TCellule VeroSistema di coltura planare bidimensionalePiattaforma ACISCPBioreattori a serbatoio agitatoEspansioneRaccoltaSistema di elaborazione cellulareSistema di riempimento cellulareValutazione della qualitIngegneria dei bioprocessi

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Riservatezza

Condizioni di utilizzo

Politiche

Ricerca

Didattica

CHI SIAMO

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati