هنا ، نقدم بروتوكولا لحصاد الخلايا الملتصقة من قوارير متعددة الطبقات بطريقة مغلقة شبه آلية باستخدام نظام طرد مركزي معاكس. يمكن تطبيق هذا البروتوكول لحصاد كل من الخلايا الملتصقة والمعلقة من منصات توسيع الخلايا الأخرى مع تعديلات قليلة على الخطوات الحالية.
يتم حاليا استكشاف الخلايا الجذعية الوسيطة البشرية (hMSCs) كطريقة علاجية واعدة قائمة على الخلايا لمختلف الأمراض ، مع توقع المزيد من الموافقات في السوق للاستخدام السريري خلال السنوات القليلة المقبلة. لتسهيل هذا الانتقال ، تعد معالجة اختناقات الحجم ، وقابلية التكرار من دفعة إلى دفعة ، والتكلفة ، والامتثال التنظيمي ، ومراقبة الجودة أمرا بالغ الأهمية. يمكن معالجة هذه التحديات عن طريق إغلاق العملية واعتماد منصات التصنيع الآلي. في هذه الدراسة ، قمنا بتطوير عملية مغلقة وشبه آلية لتمرير وحصاد هلام وارتون (WJ) المشتق من hMSCs (WJ-hMSCs) من قوارير متعددة الطبقات باستخدام الطرد المركزي المعاكس. تم توسيع WJ-hMSCs باستخدام وسيط خال من xeno المتوافق مع اللوائح التنظيمية (SFM XF) ، وأظهرت تكاثر خلايا مماثل (مضاعفة السكان) ومورفولوجيا ل WJ-hMSCs الموسعة في الوسائط الكلاسيكية المحتوية على المصل. أظهر بروتوكول الحصاد شبه الآلي المغلق الخاص بنا استردادا عاليا للخلايا (~ 98٪) وقابلية للحياة (~ 99٪). حافظت الخلايا التي تم غسلها وتركيزها باستخدام الطرد المركزي للتدفق المعاكس على تعبير علامة سطح WJ-hMSC ، ووحدات تشكيل المستعمرات (CFU-F) ، وإمكانية تمايز النسب الثلاثي ، وملامح إفراز السيتوكين. يمكن تطبيق بروتوكول حصاد الخلايا شبه الآلي الذي تم تطويره في الدراسة بسهولة على المعالجة الصغيرة والمتوسطة الحجم لمختلف الخلايا الملتصقة والمعلقة عن طريق الاتصال المباشر بمنصات توسيع الخلايا المختلفة لأداء تقليل الحجم والغسيل والحصاد بحجم إنتاج منخفض.
تعد الخلايا الجذعية الوسيطة البشرية (hMSCs) مرشحا رائعا للتطبيقات السريرية ، سواء في هندسة الأنسجة أو في العلاجات الخلوية ، نظرا لإمكاناتها العلاجية وقدرتها العالية على التجديد الذاتي للنمو في المختبر ، والتي تعتبر ضرورية لتوليد جرعات ذات صلة سريريا من الخلايا1،2،3. وفقا ل ClinicalTrials.gov ، هناك أكثر من 1000 تجربة سريرية قيد التحقيق حاليا لحالات مرضية مختلفة4. بالنظر إلى خلفية الاهتمام المتزايد باستخدام hMSCs ، فإن المزيد من التجارب السريرية وموافقات السوق وشيكة في المستقبلالقريب 5,6. ومع ذلك ، فإن تصنيع hMSCs لديه العديد من التحديات المتأصلة من حيث التباين من دفعة إلى أخرى ، واستخدام المواد الخام عالية الخطورة ، والمخاوف المتعلقة بالتلوث بسبب العديد من العمليات المفتوحة واليدوية ، حيث يتضمن التصنيع عمليات وحدة متعددة ، وارتفاع تكاليف العمالة ، وتكلفة التوسع أو التوسع ، والعقبات التنظيمية6،7،8،9،10 ، 11,12. ولا تزال هذه القضايا تشكل عائقا كبيرا أمام الوصول إلى الأسواق في الحاضر والمستقبل.
إن تطوير حلول التصنيع المغلقة والمعيارية والآلية واستخدام الكواشف المساعدة منخفضة المخاطر من شأنه أن يعالج هذه التحديات. سيضمن ذلك أيضا جودة المنتج المتسقة ، ويقلل من احتمالية فشل الدفعات بسبب الخطأ البشري ، ويقلل من تكاليف العمالة ، ويحسن توحيد العمليات والامتثال التنظيمي ، كما هو الحال فيما يتعلق بحفظ سجلات الدفعات الرقمية8،12،13،14. لتكون قادرا على الحصول على جرعة ذات صلة سريريا من الخلايا ، سواء كانت ذاتية أو خيفية ، فإن التصنيع المبسط الذي يتضمن توسيع الخلايا الأولية ومعالجة المصب بطريقة مغلقة وآلية أمر بالغ الأهمية.
بالنسبة لتوسيع hMSC في المنبع ، فإن طريقتي التصنيع الأكثر شيوعا المستخدمتان حاليا هما التوسع (2D أحادي الطبقة) والتوسع (نظام التعليق القائم على الناقل الصغير ثلاثي الأبعاد) 15،16،17،18. الطريقة الأكثر تقليدية والمعتمدة على نطاق واسع لتوسيع hMSC هي الثقافة أحادية الطبقة 2D بسبب انخفاض تكلفة الإنتاج وسهولة الإعداد19.
تستخدم القوارير متعددة الطبقات المكونة من صواني ذات سطح مستو مكدسة داخل وعاء استزراع بشكل شائع لتوسيع نطاق إنتاج hMSC. تأتي هذه الأنظمة عادة في أوعية استزراع من طبقة 1 إلى 40 طبقة20 ويتم التعامل معها يدويا داخل خزانات السلامة الأحيائية. تتضمن خطوات المعالجة أثناء مرور الخلايا وحصادها توزيع وصب وسائط التمدد يدويا ، وكاشف التفكك ، وغسل المخزن المؤقت عن طريق سحب الوعاء بأكمله أو إمالته جسديا. إلى جانب ذلك ، يعد التعامل مع وحدات متعددة أمرا صعبا ويستغرق وقتا طويلا نظرا لحجمها ووزنها الهائل.
بعد ذلك ، يعد ما بعد الحصاد من القوارير متعددة الطبقات ، والطرد المركزي لتبادل الوسائط ، وغسل الخلايا ، وتقليل الحجم خطوات أساسية عبر سير عمل تصنيع الخلايا بالكامل21. الطرد المركزي التقليدي على الطاولة هو عملية مفتوحة ويدوية في الغالب تتضمن العديد من الخطوات ، مثل نقل تعليق الخلية إلى أنابيب أو زجاجات مغطاة داخل خزانة السلامة البيولوجية ، وتدوير الخلايا ، واستنشاق المادة الطافية يدويا ، وإعادة تعليق الخلية مع المخزن المؤقت ، وغسل الخلايا المتكرر. هذا يزيد بشكل كبير من خطر التلوث بسبب فتح وإغلاق الأغطية وفرص فقدان حبيبات الخلية أثناء عملية الشفط / السحب اليدوي22. في سياق التعامل مع أنظمة الاستزراع متعددة الطبقات للخلايا القائمة على الالتصاق مثل hMSCs ، سيحتاج المشغل إلى المرور بعملية شاقة من التنقل بين أجهزة الطرد المركزي وخزانة السلامة البيولوجية بشكل متكرر والتعامل مع وحدة ثقيلة في نفس الوقت. هذه الخطوات اليدوية شاقة ، وتشكل مخاطر من حيث الأخطاء البشرية والتلوث ، ويجب إجراؤها في بيئة غرفة نظيفة من الفئة ب ، وهي مكلفة23. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عملية الطرد المركزي اليدوية التقليدية غير قابلة للتطوير ويمكن أن تسبب القص الخلوي والإجهاد ؛ وبالتالي ، فإن تعظيم استعادة الخلايا ، والقدرة على البقاء ، وكفاءة غسل الشوائب المتبقية هي تحديات رئيسية أخرى22. يتطلب التصنيع التجاري على نطاق cGMP للعلاجات الخلوية حلول أتمتة معيارية مغلقة لتقليل مخاطر التلوث ، وضمان جودة المنتج المتسقة ، وتقليل تكاليف العمالة والإنتاج ، وزيادة موثوقية العملية24,25. يمكن التعامل مع القوارير متعددة الطبقات كنظام مغلق من خلال وجود مرشح معقم 0.2 ميكرومتر في أحد المنافذ لتسهيل تبادل الغازات المعقمة ومنفذ ثان متصل بشكل معقم عبر موصلات أو أنبوب ملحوم مباشرة بأداة معالجة الخلايا الآلية لحصاد الخلايا. لقد عملنا على إغلاق وأتمتة معظم خطوات تمرير وحصاد WJ-hMSC من خلال تقييم جهاز طرد مركزي مغلق مبتكر للتدفق المعاكس مخصص لتصنيع المنتجات القائمة على الخلايا أو الجينات أو الأنسجة. يتمتع جهاز الطرد المركزي ذو التدفق المعاكس أيضا بالمرونة اللازمة لأداء مجموعة متنوعة من تطبيقات معالجة الخلايا ، مثل فصل الخلايا بناء على الحجم ، والتبادل المتوسط / العازل ، والتركيز ، والحصاد لمجموعة متنوعة من أنواع الخلايا8،26،27،28. تستخدم الأداة مجموعة مغلقة للاستخدام مرة واحدة يمكن توصيلها بشكل معقم باستخدام لحام الأنبوب أو الموصلات المعقمة لنقل الأكياس أو يمكن توصيلها مباشرة بأي منصة تمدد من اختيارك.
في هذه الدراسة ، قمنا بتصميم مجموعة أنابيب مخصصة للسماح بالوصلات المعقمة المغلقة بين مجموعة الطرد المركزي ذات التدفق المعاكس ذات الاستخدام الواحد والقارورة متعددة الطبقات. لقد قمنا بتحسين بروتوكول لفصل وغسل وحصاد WJ-MSCs إنزيميا من القارورة متعددة الطبقات بطريقة مغلقة تماما وشبه آلية خلال جولة واحدة. تم تمييز WJ-hMSCs المحصودة من حيث النقاء (تحليل علامات السطح) والفعالية (CFU-F ، والتمايز ثلاثي النسب ، وملامح إفراز السيتوكينات) لضمان أن المنتج النهائي يلبي سمات الجودة الحرجة (CQAs) لإطلاق الكثير.
في هذا العمل ، أظهرنا القدرة على إغلاق وشبه أتمتة تفكك hMSC والغسيل والحصاد على مقاعد البدلاء باستخدام أداة طرد مركزي معاكسة. تتمثل إحدى الخطوات الحاسمة في سير العمل بأكمله في التأكد من توصيل الأنابيب وفقا للبروتوكول المحدد مسبقا المحدد في منشئ بروتوكول نظام الطرد المركزي للتدفق المعاكس. الإعداد والتشغيل بسيطان ، وكان الوقت المستغرق لمعالجة حوالي 2 لتر من الثقافة من قارورة من 10 طبقات من تجميع المجموعة إلى حصاد الخلايا حوالي 60 دقيقة. تتمثل إحدى الخطوات المحددة في سير العمل هذا في نقل السوائل من القارورة متعددة الطبقات إلى أكياس النقل المتصلة بأداة الطرد المركزي ذات التدفق المعاكس. لا يمكن تشغيل المجموعة ذات الاستخدام الواحد عالية التدفق إلا بمعدل تدفق أقصى يبلغ 165 مل / دقيقة ، وقد يكون هذا تحديا للمعالجة ، على سبيل المثال ، قارورة من 40 طبقة. لتسريع عملية نقل السوائل ، يمكن استخدام مضخات خارجية ذات معدل تدفق مرتفع لنقل محتويات التربسين إلى كيس نقل أولا ، يليها غسل / تركيز وحصاد الخلايا من كيس النقل باستخدام نظام الطرد المركزي للتدفق المعاكس. علاوة على ذلك ، يمكن أيضا تطبيق هذا البروتوكول على تمرير الخلايا من 4 طبقات إلى 10 طبقات متعددة الطبقات. علاوة على ذلك ، يمكن أيضا تحسين نظام الطرد المركزي للتدفق المعاكس لغسل hMSCs المذابة والحصاد المباشر والتركيب المتوسط في قوارير متعددة الطبقات لبدء قطار البذور. وتجدر الإشارة إلى أن الحد الأدنى لعدد الخلايا المطلوبة لتشكيل الطبقة المميعة في غرفة الطرد المركزي ذات التدفق المعاكس هو حوالي 30 مليون خلية ، والحد الأقصى الموصى به للمعالجة لكل دفعة هو 20 لترا.
في الوقت الحالي ، لا ينصح بربط مجموعة الأنابيب المخصصة بالقارورة متعددة الطبقات في خزانة السلامة البيولوجية وتعقيم أجزاء المكونات في إعداد cGMP. كبديل ، يمكن الاستعانة بمصادر خارجية لمجموعة أنابيب معقمة بأشعة غاما مخصصة للموردين. يوفر الموردون الذين يقدمون قوارير متعددة الطبقات أيضا خيار التركيب المسبق للقوارير مع مجموعات الأنابيب المرغوبة ، بما في ذلك مرشح 0.2 ميكرومتر ، وتعقيم جاما للزي بأكمله. سيضمن ذلك إغلاق القوارير متعددة الطبقات والأنابيب المرفقة حقا ، مما يعني أنه يمكن إكمال العملية على المقعد في إعداد غرفة نظيفة من الفئة C.
لا تقتصر هذه العملية التي تستخدم نظام الطرد المركزي للتدفق المعاكس على الخلايا المستزرعة القائمة على الالتصاق في وعاء متعدد الطبقات ويمكن تكييفها مع منصات توسيع الخلايا الديناميكية (الخزان المقلوب أو المفاعلات الحيوية الموجية) ومنصات توسيع الخلايا الثابتة (المنفذة للغاز). على وجه التحديد ، بالنسبة ل hMSCs الموسعة في ثقافات الناقلات الدقيقة 3D ، يمكن تحسين البروتوكولات على نظام الطرد المركزي للتدفق المعاكس لحصاد وغسل وصياغة hMSCs المنفصلة عن الناقلات الدقيقة.
بشكل عام ، أدى الاهتمام المتزايد بتطوير العلاجات الخلوية الانتقالية مع تحسين قوة العملية وموثوقيتها إلى تطوير منصات معالجة الخلايا الآلية المغلقة. هذه الأنظمة ضرورية ، لأنها تقلل من عدد خطوات المناولة ، وتمنع التلوث المحتمل عن طريق التوصيلات المعقمة ، وتقلل من تكاليف التصنيع عن طريق تقليل العمالة وتعزيز الاستخدام الفعال لمساحة الغرفة النظيفة21. تماشيا مع هذا ، يدرك العديد من مطوري منتجات العلاج بالخلايا الذين يسعون للحصول على موافقة تنظيمية لترجمة علاجاتهم أهمية إغلاق العملية وتنفيذ الأتمتة الكاملة أو شبه الأتمتة في وقت مبكر من مرحلة تطوير العملية14،31،32.
مع استخدام وسيط SFM XF الصديق للتنظيم ، جنبا إلى جنب مع الكواشف المساعدة المتوافقة مع 21 CFR GMP Part 11 وإرشادات الجودة الدولية ، ستكون هذه العملية شبه الآلية مناسبة بسهولة للتصنيع السريري. لقد أظهرنا قابلية استنساخ العملية المغلقة والحفاظ على جودة WJ-MSCs. إن تحسين كفاءة وسلامة زراعة الخلايا القائمة على الالتصاق في قوارير متعددة الطبقات لن يفيد مجال علاج hMSC فحسب ، بل يفيد أيضا الشركات في مجال تخزين خط الخلايا وإنتاج الفيروسات الملتصقة.
The authors have nothing to disclose.
يود المؤلفون أن يشكروا الدعم المقدم من تمويل التخزين المسبق لصندوق محاذاة الصناعة (IAF-PP) (H18 / 01 / a0/021 و H18 / AH / a0 / 001) من A * STAR ، سنغافورة.
2L PVC transfer bag | TerumoBCT | BB*B200TM | |
Alcian blue solution, pH 2.5 | Merck | 101647 | |
Alizarin-Red Staining Solution | Merck | TMS-008-C | |
APC anti-human CD73 Antibody | Biolegend | 344015 | |
APC Mouse IgG1, κ Isotype Ctrl (FC) Antibody | Biolegend | 400121 | |
Bio-Plex MAGPIX Multiplex Reader | Bio-Rad | ||
Counterflow Centrifugation System | Thermo Fisher Scientific | A47679 | Gibco CTS Rotea Counterflow Centrifugation System |
Crystal Violet | Sigma-aldrich | C0775 | |
CTS (L-alanyl-L-glutamine) GlutaMAX supplement | Thermo Fisher Scientific | A1286001 | |
CTS Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS) | Thermo Fisher Scientific | A1285601 | no calcium, no magnesium |
CTS Recombinant Human Vitronectin (VTN-N) | Thermo Fisher Scientific | A27940 | |
CTS TrypLE Select Enzyme | Thermo Fisher Scientific | A1285901 | |
Custom tubing assembly | Saint-Gobain and Colder Product Company (CPC) | N/A | Gamma-sterilized 3/32” ID PVC line fitted with a sterile male MPC (1/8” barb) and sealed on the other end. Autoclave a short C-Flex line fitted with a sterile Cell Factory port connector on one end and a female MPC (3/8” barb) on the other. Connect the PVC and C-Flex lines in a biosafety cabinet |
Emflon II capsule (0.2um filter) | Pall | KM5V002P2G100 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific | 12662029 | Mesenchymal stem cell-qualified, USDA-approved regions |
FGF-basic | Thermo Fisher Scientific | PHG0024 | |
FITC anti-human CD105 Antibody | Biolegend | 323203 | |
FITC anti-human CD45 Antibody | Biolegend | 304005 | |
FITC anti-human CD90 (Thy1) Antibody | Biolegend | 328107 | |
FITC Mouse IgG1, κ Isotype Ctrl (FC) Antibody | Biolegend | 400109 | |
Hi-Flow Single Use Kit | Thermo Fisher Scientific | A46575 | Gibco CTS Rotea Hi-flow single-use kit, flow rate of 30 – 165 mL/min |
Multi-layered systems | Thermo Fisher Scientific | 140360 (4-layers); 140410 (10-layers) | Nunc Standard Cell Factory Systems |
NucleoCounter NC-3000 | Chemometec | NC-3000 | |
Oil red O staining solution | Merck | 102419 | |
PDGF-BB | Thermo Fisher Scientific | PHG0045 | |
Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
PerCP anti-human CD34 Antibody | Biolegend | 343519 | |
PerCP Mouse IgG1, κ Isotype Ctrl Antibody | Biolegend | 400147 | |
ProcartaPlex Multiplex Immunoassays | Thermo Fisher Scientific | Custom 19-Plex panel: FGF-2, HGF, IDO, IL-10, IL-1RA, IL-6, IL-8, IP-10, MCP-1, MCP-2 , MIP-1α, MIP-1β, MIP-3α, PDGF-BB, RANTES, SDF-1α, TGFα, TNF-alpha, VEGF-A | |
Sample port | Thermo Fisher Scientific | A50111 | Gamma-sterilized leur sample port with 2 PVC lines attached |
StemPro Adipogenesis Differentiation Kit | Thermo Fisher Scientific | A10070-01 | |
StemPro Chondrocyte Differentiation | Thermo Fisher Scientific | A10071-01 | |
StemPro Custom MSC SF XF Medium Kit (SFM XF medium) | Thermo Fisher Scientific | ME20236L1 | Contains StemPro MSC SFM Basal Medium and Custom MSC SF XF Supplement (100x) |
StemPro Osteogenesis Differentiation Kit | Thermo Fisher Scientific | A10072-01 | |
T175 Nunc EasYFlask | Thermo Fisher Scientific | 159910 | |
T75 Nunc EasYFlask | Thermo Fisher Scientific | 156472 | |
TGFβ1 | Thermo Fisher Scientific | PHG9204 | |
WJ MSCs | PromoCell | (#C12971; Germany) | Human mesenchymal stem cells |
αMEM media | Thermo Fisher Scientific | 12571063 | With nucleosides |