Die CGT-Branche hat in den letzten zwei Jahrzehnten eine exponentielle Expansion erlebt. Es wird erwartet, dass die Entwicklung von Medikamenten der nächsten Generation zahlreiche refraktäre Erkrankungen behandeln und heilen wird1. Seit der ersten Zulassung eines CGT-Produkts, Kymriah, durch die Food and Drug Administration (FDA) im Jahr 2017 ist die CGT-bezogene Forschung und Entwicklung weltweit weiterhin rasant gewachsen, wobei die FDA einen Anstieg der aktiven Anträge auf neue Prüfpräparate für CGT auf 500 im Jahr 2018 verzeichnete2. Es wurde prognostiziert, dass die Zahl der Zulassungen von CGT-Produkten in den Vereinigten Staaten bis 2030 wahrscheinlich 54-74 betragen wird2.
Während das schnelle Wachstum der CGT-Forschung und -Innovation aufregend ist, gibt es immer noch eine große technologische Lücke zwischen der Laborforschung und der Herstellung im industriellen Maßstab, die diese vielversprechenden Medikamente liefern könnte, um so viele Patienten wie nötig zu erschwinglichen Kosten zu erreichen. Die aktuellen Prozesse, die für diese klinischen Studien verwendet werden, wurden in Labors für Experimente in kleinem Maßstab etabliert, und es sind erhebliche Anstrengungen erforderlich, um die CGT-Herstellung zu verbessern und zu erneuern3. Es gibt viele Arten von CGT-Produkten, von denen die meisten auf lebenden Zellen basieren, die allogen, autolog, technisch verändert oder natürlich sein können. Diese lebenden Arzneimittel sind viel komplexer als kleine molekulare Einheiten oder Biologika, was die Herstellung in großem Maßstab zu einer großen Herausforderung macht 4,5,6. In dieser Arbeit demonstrieren wir ein großflächiges Zellproduktionsprotokoll für drei verankerungsabhängige Zellen, die in CGTs weit verbreitet sind. Dazu gehören humane mesenchymale Stamm-/Stromazellen (hMSCs), die für die zellbasierte Therapie verwendet wurden, sowie HEK293T- und Vero-Zellen, die beide zur Herstellung von Viren für die Gentechnik des endgültigen therapeutischen Zellprodukts verwendet werden. Verankerungsabhängige Zellen werden üblicherweise auf planaren Systemen kultiviert, die eine manuelle Verarbeitung erfordern. Manuelle Kultivierungsmethoden erfordern jedoch einen erheblichen Arbeitsaufwand und sind anfällig für Verunreinigungen, die die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen können. Darüber hinaus gibt es keine Inline-Prozesskontrolle, was zu erheblichen Qualitätsschwankungen zwischen den Chargenführt 7. Am Beispiel der Stammzelltherapie mit einer vielversprechenden Pipeline von über 200 Stammzelltherapiekandidaten wird geschätzt, dass 300 Billionen hMSCs pro Jahr benötigt würden, um den Anforderungen klinischer Anwendungen gerecht zu werden8. Daher ist die Herstellung von therapeutischen Zellen in großem Maßstab zu einer Voraussetzung geworden, um diese therapeutischen Eingriffe mit einem so hohen Zellbedarf durchzuführen9.
Um die Rückschläge planarer Systeme auszuschließen, wurden Anstrengungen unternommen, um großtechnische Herstellungsprozesse in Rührkessel-Bioreaktoren mit konventionellen, nicht löslichen Mikroträgern zu entwickeln 10,11,12,13, aber diese leiden unter komplizierten Präparationsverfahren und geringer Zellernteeffizienz 14. Kürzlich haben wir einen auflösbaren Mikroträger für die Stammzellexpansion entwickelt, der darauf abzielt, die Herausforderungen der Zellernte aus herkömmlichen, nicht löslichen kommerziellen Mikroträgern zu umgehen15. Dieser neuartige, kommerziell erhältliche 3D-poröse 3D-Mikroträger in GMP-Qualität, 3D TableTrix, hat ein großes Potenzial für die Produktion von Zellen im großen Maßstab gezeigt. In der Tat könnte eine 3D-Kultur, die auf diesen porösen Mikroträgern basiert, potenziell günstige biomimetische Mikroumgebungen nachbilden, um die Adhäsion, Proliferation, Migration und Aktivierung von Zellen zu fördern16. Die porösen Strukturen und miteinander verbundenen Porennetzwerke von Mikrocarriern könnten eine größere Zelladhäsionsfläche schaffen und den Austausch von Sauerstoff, Nährstoffen und Metaboliten fördern, wodurch ein optimales Substrat für die In-vitro-Zellexpansion geschaffenwird 17. Die hohe Porosität dieser löslichen porösen 3D-Mikroträger in GMP-Qualität ermöglicht eine großflächige Expansion von hMSCs, und die Fähigkeit, die Zellen vollständig aufzulösen, ermöglicht die effiziente Ernte dieser expandierten Zellen18. Es ist auch ein GMP-Produkt und wurde als pharmazeutischer Hilfsstoff beim chinesischen Zentrum für Arzneimittelbewertung (Anmeldenummern: F20210000003 und F20200000496)19 und der FDA der Vereinigten Staaten (FDA, USA; Nummer der Arzneimittelstammdatei: 35481)20.
Hier veranschaulichen wir ein automatisiertes geschlossenes Zellproduktionssystem im industriellen Maßstab (ACISCP)18, das diese dispergierbaren und auflösbaren porösen Mikroträger für die Expansion von hMSC-, HEK293T-Zellen und Vero-Zellen verwendet. Wir erreichten eine erfolgreiche zweistufige Expansion von hMSCs (128 kumulative Fold Expansion in 9 Tagen) von einem 5-l-Bioreaktor zu einem 15-l-Bioreaktor und erhielten schließlich bis zu 1,1 x10 10 hMSCs aus einer einzigen Produktionscharge. Die Zellen wurden geerntet, indem die Mikroträger vollständig aufgelöst wurden, konzentriert, gewaschen und mit einem auf einer kontinuierlichen Flusszentrifuge basierenden Zellverarbeitungssystem formuliert und dann mit einem Zellfüllsystem aliquotiert. Darüber hinaus haben wir die Qualität der hMSC-Produkte bewertet, um die Einhaltung der Vorschriften zu bestätigen. Wir demonstrierten auch die Anwendung dieser auflösbaren Mikroträger für die skalierte Produktion von zwei anderen Arten von Verankerungszellen, HEK293T Zellen und Vero-Zellen, die in der CGT-Industrie weit verbreitet sind. Die maximale Zelldichte von HEK293T Zellen erreichte 1,68 x 10 7 Zellen/ml, während die maximale Dichte der Vero-Zellen 1,08 x 107 Zellen/ml erreichte. Das ACISCP-System könnte für die Kultivierung einer Vielzahl von adhärenten Zellen angepasst werden und könnte möglicherweise zu einer leistungsstarken Plattform werden, die dazu beiträgt, die Industrialisierung von CGT zu beschleunigen.