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この記事について

  • 要約
  • 要約
  • 概要
  • プロトコル
  • 代表的な結果
  • ディスカッション
  • 開示事項
  • 謝辞
  • 資料
  • 参考文献
  • 転載および許可

要約

ここでは、GMPグレードの溶解性マイクロキャリアに基づく完全クローズドシステムによる接着細胞の大規模製造を実現するためのプロトコルを紹介します。ヒト間葉系幹細胞、HEK293T細胞、およびVero細胞の培養は検証され、細胞および遺伝子治療業界の量的要求と品質基準の両方を満たしました。

要約

細胞・遺伝子治療(CGT)業界の研究者は、細胞を効率的かつ大規模に増殖させるという手ごわい課題に長い間直面してきました。2次元(2D)平面培養システムの主な欠点に対処するために、ヒト間葉系幹細胞/間質細胞(hMSC)、HEK293T細胞、Vero細胞などの接着細胞の3D培養用に、GMPグレードの溶解性多孔質マイクロキャリアに基づく自動クローズド工業スケール細胞生産(ACISCP)プラットフォームを革新的に開発しました。大規模な拡張を達成するために、5 Lおよび15 Lの攪拌タンクバイオリアクターで2段階の拡張を行い、1.1 x 1010 hMSC を9日以内に全体で128倍に拡大しました。細胞は、マイクロキャリアを完全に溶解して回収し、濃縮、洗浄し、連続フロー遠心分離機ベースの細胞処理システムで調製した後、細胞充填システムで分注しました。2D平面培養と比較して、3D培養から採取したhMSCの品質に有意差はありません。また、これらの溶解性多孔質マイクロキャリアをCGT分野で人気のある他の細胞タイプにも適用しています。具体的には、HEK293T細胞とVero細胞をそれぞれ1.68 x 107 cells/mLおよび1.08 x 107 cells/mLのピーク細胞密度まで培養しました。本研究では、GMPグレードの溶解性マイクロキャリアと高度なクローズド機器の特性を利用して、接着細胞の工業規模の製造を実現するためのバイオプロセスエンジニアリングプラットフォームを使用するためのプロトコルを提供します。

概要

CGT業界は、過去20年間で指数関数的な拡大を目の当たりにしてきました。次世代医薬品の進化により、多くの難治性疾患の治療・治癒が期待されています1。2017年に食品医薬品局(FDA)がCGT製品「キムリア」を初めて承認して以来、世界のCGT関連の研究開発は急速に成長を続けており、FDAはCGTの積極的な治験薬申請が2018年に500件に増加したことを確認しています2。2030年までに米国でのCGT製品の承認数は54〜74件になると予測されていました2。

CGTの研究とイノベーションの急速な成長は喜ばしいことですが、これらの有望な医薬品を手頃な価格で必要なだけ多くの患者に届けることができるラボ研究と工業規模の製造の間には、まだ大きな技術的ギャップがあります。これらの臨床試験に採用されている現在のプロセスは、小規模な実験のために実験室で確立されたものであり、CGT製造の改善と革新には多大な努力が必要です3。CGT製品には多くの種類があり、そのほとんどは生細胞に基づいており、同種、自家、人工、または天然のものがあります。これらの生きた医薬品は、低分子の実体や生物学的製剤よりもはるかに複雑であるため、大規模な製造は大きな課題となっています

プロトコル

ヒトのへその緒は北京清華長源病院から入手した。ヒト臍帯間葉系幹細胞(UCMSC)の取得、単離、培養に関するすべての手順とプロトコルは、インフォームドコンセントと北京清華長源病院の倫理委員会(出願番号22035-4-02)の承認を得て実施され、手順とプロトコルは1964年のヘルシンキ宣言およびその後の改正または同等の倫理基準に準拠していました。

1. hMSC、HEK293T細胞、Vero細胞の単層培養

  1. 報告された方法21に従って、ウォートンゼリーから初代ヒトUCMSCを分離します。初代UCMSCの単離および増殖には無血清(SF)hMSC培地を使用し、継代2で細胞を回収し、マスターセルバンク(MCB)として凍結保存します。
  2. 15 mLの完全なSF hMSC培地で単層培養のために、1つのT75フラスコ(すなわち、2D平面血管上の播種密度は8,000細胞/cm 2)に6 x 105 個のヒトUCMSC(できれば継代2または継代3細胞)を接種します。フラスコを8の字に動かして均一に播種します。5%CO2 細胞培養インキュベーターで37°Cで80%〜90%のコンフルエントまで培養します。
  3. 回収するには、細胞培養培地をデカントし、3〜5 mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)で細胞を2....

代表的な結果

ACISCPプラットフォームは、スケールアップ拡張のための一連の攪拌タンクバイオリアクター、自動細胞回収および製剤のための細胞処理システム、および細胞充填システムを採用した完全閉鎖システムです(図1)。接着細胞は多孔質マイクロキャリアに付着し、バイオリアクター内に分散させることで、接着細胞の懸濁培養を実現します。

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ディスカッション

免疫療法と幹細胞療法はどちらも、生細胞を薬剤として利用します。ただし、それらの最終生成物は、低分子やウイルスと同じ方法で精製または滅菌されるべきではありません。したがって、Quality by Design(QbD)の原則を常に念頭に置き、セル製造中の化学品製造および制御(CMC)プロセスに実際に適用する必要があります23。完全閉鎖細胞培養システム、ならびに処理システム?.......

開示事項

Y.D.は科学顧問であり、H.X.、Y.Z.、L.G.、M.L.、Y.Y.、W.L.、およびX.Y.はBeijing CytoNiche Biotechnology Co. Ltd.の従業員です。他の著者は、この記事に記載されている製品または会社に商業的、独占的、または金銭的な利害関係を持っていません。他のすべての著者は、競合する利害関係がないことを宣言します。

謝辞

この研究は、National Science Foundation for Distinguished Young Scholars(82125018)の財政的支援を受けました。

....

資料

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.

参考文献

  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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