Großtechnische Zellproduktion auf Basis von auflösbaren porösen Mikroträgern in GMP-Qualität
7. Juli 2023
Hier stellen wir ein Protokoll vor, um die Herstellung von adhärenten Zellen in großem Maßstab durch ein vollständig geschlossenes System auf der Basis von auflösbaren Mikroträgern in GMP-Qualität zu erreichen. Die Kultivierung von humanen mesenchymalen Stammzellen, HEK293T Zellen und Vero-Zellen wurde validiert und erfüllte sowohl die Quantitätsanforderungen als auch die Qualitätskriterien für die Zell- und Gentherapieindustrie.
Die Zell- und Gentherapieindustrie hat in den letzten zwei Jahrzehnten ein exponentielles Wachstum erlebt. Es besteht jedoch eine große technologische Lücke zwischen der Laborforschung und der industriellen Herstellung von Fertigkeiten. In Übereinstimmung mit den gesetzlichen Richtlinien und um den grünen Anforderungen der CGT-Branche gerecht zu werden, wurden automatisierte geschlossene Systeme zur Herstellung von Zelltherapeutika eingesetzt.
Für adhärente Zellen ist die Kultivierung mit Hilfe von Mikrocarriern in skalierbaren Rührkessel-Bioreaktoren eine vielversprechende Methode. Konventionell sind kommerzialisierte Mikrocarrier nicht wünschenswert. Die Zellernte mittels Trypsinisierung und die Einsparung von Mikrocarriern nach Größe ist nicht nur ineffizient und herausfordernd, sondern beeinträchtigt auch die Zellqualität und verursacht Sicherheitsbedenken.
In dieser Studie ist es uns gelungen, eine großtechnische Zellproduktion auf Basis von 3D-TableTrix-Mikroträgern in GMP-Qualität in einem automatisierten und geschlossenen System zu erreichen. Über 11 Milliarden menschliche mesenchymale Stammzellen wurden in einer zweistufigen Expansion innerhalb von neun Tagen gewonnen. Wir zeigten auch eine Kultur mit hoher Dichte von HEK293T- und Vero-Zellen, bei denen beide Dichten über 10 Millionen Zellen pro Milliliter erreichten.
Diese fortschrittliche Bioproduktionsplattform ermöglicht es, Adhärenzzellen effektiv zu expandieren und vollständig automatisiert und geschlossen zu ernten. Unser Protokoll bietet die Möglichkeit, die Produktionseffizienz zu steigern und die Qualitätskontrolle bei der Herstellung von CGT-Produkten im industriellen Maßstab zu verfeinern.
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Übersicht
Dieser Artikel stellt ein Protokoll für die großtechnische Herstellung von adhärenten Zellen unter Verwendung eines vollständig geschlossenen Systems mit GMP-konformen auflösbaren Mikroträgern vor. Die Kultivierung menschlicher mesenchymaler Stammzellen, HEK293T-Zellen und Vero-Zellen wurde validiert, um die Qualitäts- und Mengenanforderungen der Zell- und Gentherapie-Industrie zu erfüllen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Zell- und Gentherapie
- Zellkultivierungstechniken
- Bioprozessierung
Hintergrund
- Die Zell- und Gentherapie-Branche hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten rasant ausgeweitet.
- Es besteht eine erhebliche Lücke zwischen der Laborforschung und der industriellen Herstellung.
- Automatisierte geschlossene Systeme werden zunehmend zur Herstellung von Zelltherapeutika eingesetzt.
- Konventionelle Mikroträger verursachen Herausforderungen bei der Zellernte und -qualität.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer skalierbaren Methode zur Kultivierung adhärenter Zellen.
- Verbesserung der Effizienz und Sicherheit bei der Zellgewinnung.
- Einhaltung regulatorischer Standards in der Zelltherapie-Produktion.
Verwendete Methoden
- Verwendung von GMP-qualitativen auflösbaren Mikroträgern.
- Implementierung eines vollständig geschlossenen Systems für die Zellkultivierung.
- Validierung von Zelltypen, einschließlich humaner mesenchymaler Stammzellen, HEK293T- und Vero-Zellen.
- Beurteilung von Mengen- und Qualitätskriterien für Zelltherapieanwendungen.
Hauptergebnisse
- Das Protokoll ermöglichte die erfolgreiche großtechnische Kultivierung von adhärenten Zellen.
- Die Qualitätskriterien für die hergestellten Zellen erfüllten die branchenüblichen Standards.
- Die Herstellung in einem geschlossenen System zeigte eine verbesserte Sicherheit und Effizienz.
- Validierte Zelltypen eignen sich für therapeutische Anwendungen.
Schlussfolgerungen
- Das entwickelte Protokoll behebt zentrale Herausforderungen in der Zellherstellung.
- Es bietet eine zuverlässige Methode zur Herstellung adhärenter Zellen, die den regulatorischen Anforderungen entspricht.
- Dieser Ansatz kann die Skalierbarkeit der Produktion von Zell- und Gentherapeutika verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die großtechnische Herstellung von adhärenten Zellen stellt einen kritischen Engpass für Zell- und Gentherapie-(CGT-)Pipeline dar, bei dem Skalierbarkeit, Qualität und regulatorische Konformität direkten Einfluss auf die Portfolioentwicklung haben. Die Integration von GMP-tauglichen, auflösbaren porösen Mikroträgern mit automatisierten, geschlossenen Bioprozessplattformen behebt zentrale Herausforderungen bei der Zellvermehrung, der Ernte-Effizienz und der Standardisierung. Diese Fähigkeit ermöglicht eine robuste, reproduzierbare und ertragsstarke Produktion therapeutischer Zelltypen und unterstützt so die translationale Kontinuität sowie risikoadjustierte Entscheidungsfindung innerhalb von CGT-Programmen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht eine schnelle Vermehrung von adhärenten Zelltypen für hypothesengetriebene Funktionsstudien.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung, indem hochwertige und phänotypisch stabile Zellpopulationen bereitgestellt werden.
- Erhöht die Vorhersagegenauigkeit in nachgeschalteten Assays, indem eine gleichbleibende Zellqualität und -viabilität sichergestellt wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Liefert validierte, skalierbare Zellquellen für Hochdurchsatz-Screenings und die Standardisierung von Assays.
- Verbessert die Reproduzierbarkeit und quantitative Aussagekraft, indem manuelle Handhabung und Kontaminationsrisiken minimiert werden.
- Ermöglicht die Wiederverwendung der Plattform für verschiedene Zelltypen und unterstützt flexible Assay-Entwicklungsprozesse.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Ausrichtung auf krankheitsrelevante Zellmodelle durch die Unterstützung der Expansion von hMSCs, HEK293T- und Vero-Zellen.
- Erhält die phänotypische und funktionelle Integrität nach der Expansion und unterstützt damit translationsorientierte Biomarker-Studien.
- Verringert das biologische Risiko bei der präklinischen Validierung, indem eine hohe Vitalität und Differenzierungskapazität sichergestellt wird.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese biotechnologische Plattform verbindet die frühe Entdeckung, die Identifizierung von Wirkstoffkandidaten und die präklinische Herstellung, indem sie eine skalierbare, GMP-konforme Zellproduktion in geschlossenen Systemen ermöglicht.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt eine robuste Hypothesenprüfung und die Untersuchung von Signalwegen mit qualitativ hochwertigen Zellausgaben.
- Screening: Stellt assaysbereite, reproduzierbare Zellpopulationen für die Evaluierung von Verbindungen und die Standardisierung von Plattformen bereit.
- Analytik: Ermöglicht die quantitative Beurteilung von Zellausbeute, Vitalität und Phänotyp für den Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Gewährleistet einen nahtlosen Übergang von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung mit krankheitsrelevanten Zelltypen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine skalierbare und wiederverwendbare Herstellungskapazität für vielfältige CGT-Programme.
Operationelle und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Mehrdeutigkeiten in zellbasierten Arbeitsabläufen.
- Operationaler Wert: Verbessert die Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von Zellherstellungsverfahren.
- Strategischer Wert: Verbessert die Qualität von Go/No-Go-Entscheidungen und die Kapitalnutzungseffizienz, indem biologische Risiken in späteren Phasen reduziert werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von CGT-Aktiva durch zuverlässige Zellversorgung.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Bioreaktorbedienung, Zellkultur und Prozessautomatisierung.
- Benötigt Zugang zu GMP-konformen, löslichen Mikroträgern und einer geschlossenen Bioprozessanlage.
- Setzt eine standardisierte Protokollanwendung über mehrere Teams hinweg zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Produktqualität voraus.
- Kann je nach Art der adhärenten Zellen oder Skalierungsanforderungen Anpassungen erfordern.
- Die Durchsatzleistung und Skalierbarkeit sind durch die Kapazität des Bioreaktors und die Prozessintegration begrenzt.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:02
Preparation of the Stirred‐Tank Bioreactor for Large‐Scale Production of Human Mesenchymal Stem Cells
3:43
Two‐Tiered Expansion of Human Mesenchymal Stem Cells from 5‐Liter to 15‐Liter Bioreactors and Automated Cell Formulation from a 15‐Liter Bioreactor
