אוטומציה היא המפתח לשינוי קנה מידה וניהול עלויות בייצור תאים. כתב יד זה מתאר את השימוש בהתקן זרימת תאים צנטריפוגליים לאוטומציה של החלפת מאגר ושלבי הריכוז של התא לצורך ביוביוטינג בקנה מידה קטן.
מאמר שיטה
אוטומציה היא המפתח לשינוי קנה מידה וניהול עלויות בייצור תאים. כתב יד זה מתאר את השימוש בהתקן זרימת תאים צנטריפוגליים לאוטומציה של החלפת מאגר ושלבי הריכוז של התא לצורך ביוביוטינג בקנה מידה קטן.
מסחור מוצלח של גנים וטיפולים מבוססי תאים דורש תהליכי ייצור יעילים ומדרגיים. המרת מאגר וריכוז המוצר הם רכיבים חיוניים עבור רוב תהליכי הייצור. עם זאת, בשלבים המוקדמים של פיתוח המוצר, שלבים אלה מבוצעים לעתים קרובות באופן ידני. צנטריפוגה מבוי סתום ידני עבור חילופי מאגרים היא אינטנסיבית לעבודה, יקרה ולא מדרגית. מערכת אוטומטית סגורה יכולה לבטל ביעילות את שלב העמל הזה, אך ההטמעה יכולה להיות מאתגרת. כאן, אנו מתארים מכשיר חדש לעיבוד תאים מפותח המתאים לעיבוד תאים קטנים עד בינונית בקנה מידה ומטרתו לגשר על הפער בין עיבוד ידני ואוטומציה בקנה מידה גדול. פרוטוקול זה ניתן להחיל בקלות על סוגי תאים שונים ותהליכים על ידי שינוי קצב הזרימה ומהירות צנטריפוגה. הפרוטוקול שלנו הפגין שחזור תאים גבוה עם זמני עיבוד קצרים בהשוואה לתהליך הידני. תאים ששוחזרו מהתהליך האוטומטי שמרו גם על שיעורי ההתפשטות שלהם. ניתן להחיל את ההתקן כרכיב מודולרי בתהליך ייצור סגור כדי להתאים לשלבים כגון חילופי מאגרים, ניסוח תאים והקפאה קריוגנית.
הנוף של הרפואה המודרנית השתנה במהירות באמצעות ההתפתחויות האחרונות בגנים ובטיפולים מבוססי תא (GCT). כאחד התחומים הגדלים המהיר ביותר במחקר הטרנסלטיטי, המגזר GCT גם מתמודד עם אתגרים ייחודיים וחסרי תקדים. בנוסף התוצאות הקליניות חזקים, יעיל וחסכוני תהליכי הייצור חיוניים הצלחה מסחרית של GCT, אשר קשה במיוחד להשיג בקנה מידה קטן של ייצור1. עלות הזמן, העבודה, הבטחות איכות מוגדלים כאשר כל קבוצה של תאים מייצרת רק כמה מינונים עבור מטופל אחד במקום מאות או אלפים. בניגוד לטיפולים בתאי האלוגנאית בהם תהליכי הייצור הם יותר דומה לייצור של נוגדנים וחלבונים רקומביננטי, הטיפולים בתאי האוטוולוגי מיוצרים בדרך כלל כפעולות בקנה מידה קטן1. כתופעה חדשה יחסית בייצור ביופרמקולוגיה2, אפשרויות עיבוד תא בקנה מידה קטן מוגבלות כיום.
החלפת מאגר חיונית לייצור תאים. זהו אחד התהליכים במורד הזרם שבו התאים מוסרים ממדיית התרבות ומרוכז עבור קריוגנית או אינפוזיה. כיום, ייצור תאים בקנה מידה קטן מחיל לעתים קרובות תהליכים דומים לאלה בהגדרת המחקר האקדמי ומסתמך על חדרים נקיים מיוחדים כדי לשמור על עקרות3. תהליכי במורד הזרם ידני להשתמש בצנטריפוגות שחקן הראש כדי גלולה להשעות את התאים להפחתת נפח והחלפת מאגר. התהליכים הפתוחים הללו יקרים (כלומר, עבודה ותחזוקה בחדר נקי) ויש להם יכולת ייצור מוגבלת, שאינם אידיאליים לייצור מסחרי2,3.
יישום האוטומציה הוצע כפתרון לשיפור יעילות הייצור והשגת הפקות בקנה מידה מסחרי2. אין אפשרות להשיג עקרות במוצרים מבוססי-תא באמצעות שיטות מסורתיות המשמשות למוצרי ביולוגי, כגון הקרנה גאמה או סינון קצה מסוף. במקום זאת, מערכת סגורה אוטומטית נפרס כדי להפחית את הסיכונים של זיהום ואופרטורים המתבססים על חדרים נקיים כדי לשמור על עקרות4. אוטומציה של תהליך גם מטפלת בנושא המדרגיות על-ידי הפעלת מערכות מרובות הפועלות במקביל (היקף) או הגדלת קיבולת העיבוד של התקן בודד (היקף), אשר בתורו ממזער את השונות בין אופרטורים. יתרה מזאת, ניתוח מודל העלות של טיפולים עצמיים עולה כי אוטומציה עשויה להפחית את העלות של ייצור5,6. עם זאת, אין תועלת בעלות נמצא בתא גזע אוטוולוגי בניסוי קליני שבו פלטפורמת ייצור אוטומטית שימש7, רומז כי העלות היתרון של האוטומציה עשויה להיות תלויה בתהליך הייצור הפרטני.
קיימות אסטרטגיות שונות שבהן ניתן להציג אוטומציה בתהליך ייצור קיים. ניתן להשיג זאת גם על ידי יישום פלטפורמה משולבת מלאה או שרשרת עיבוד מודולרית מודולרי. קיימות מספר פלטפורמות משולבות באופן מלא הזמינות מסחרית עבור ייצור תאים אוטוולוגי, כגון הפלא של הדיג (Miltenyi Biotec), קוקון (ביוטכנולוגיה), ו קוונטום (טרמו BCT). פלטפורמות משולבות אלה, המתוארות לעתים קרובות כ-GMP-in-box, הן בעלי דרישות נמוכות לגבי תשתיות והן קלות לתפעול. עם זאת, יכולת הייצור של התקנה משולבת מלאה עשויה להיות מוגבלת על-ידי החממה המצורפת למערכת. לדוגמה, יכולת ה-culturing של הפרודיג'י מוגבלת לחדר 400 mL שלו8 ולמחסנית הקוונטית יש שטח מוגבל למשטח שהוגדר ל-2.1 m2 (שווה ערך ל 120 T175 מבחנות)7, שייתכן שלא יספיק למטופלים המחייבים מינונים גבוהים יותר של תאים9,10. בנוסף, הפלא והקוונטים יש תכונה נפוצה המגבילה את השימוש בהם: היחידה המבצעית מאוכלס על ידי קבוצה אחת של תאים לאורך תקופת התרחבות התא, ובכך להגביל את מספר הקבוצות שניתן לייצר על ידי כל יחידה11. הגישה המודולארית לאוטומציה היא יצירת שרשרת ייצור עם יחידות מודולריות מרובות המדמה את תהליך הייצור המסחרי12,13. גישה זו, אשר מפרידה את מכשיר התרבות ממכשיר הכביסה התא, יכול ובכך למקסם את יעילות הייצור. התקן עיבוד אידיאלי יהיה אחד כי הוא הסתגלות ומדרגי לייצור צרכים12.
הטכנולוגיה הצנטריפוגה (CFC), שתחילתה בשנות ה-70, היתה היסטוריה ארוכה בעיבוד תאים14. היא משיגה ריכוז והפרדה של תאים על-ידי איזון כוח צנטריפוגלי עם כוח זרימה נגדית. בדרך כלל, השעיית תא נכנס מהקצה הצר של תא התא תחת קצב זרימה קבוע תוך נתון לכוח צנטריפוגלי (איור 1א). זרימת הנוזל מופעל בכיוון ההפוך אל הכוח הצנטריפוגלי. הדבר נקרא כוח הזרימה הנגדית, היוצר מעבר צבע בתוך תא התא. כוח הזרימה הנגדית פוחת כאשר תא התא מתרחב מקצה תא התא המעוצב בצורת חרוט. תאים עם צפיפות גבוהה יותר קוטר גדול יותר יש קצב משקעי גבוה יותר, ולכן הם מגיעים כוח שיווי משקל לכיוון קצה של תא בצורת חרוט. חלקיקים קטנים יותר עלולים להגיע לשיווי האיזון כלפי בסיס החדר, או להיות קטנים מדי כדי להישמר בחדר והוא יישטף. הטכנולוגיה CFC ידועה בעיקר היישום שלה בעיבוד מוצרי apheresis כגון בידוד מונוציטים עבור טיפולים סלולריים הדנדריטים15,16. במונחים של חילופי מאגר, הטכנולוגיה CFC הוחלה רק בייצור בקנה מידה גדול17 ועדיין לשמש לייצור בקנה מידה קטן יותר של טיפולים אוטוולוגיים.
כדי לטפל בצורך בהתקן מתאים לייצור תאים בקנה מידה קטן, התקן CFC אוטומטי (ראה טבלת חומרים), פותח לאחרונה18. מכשיר העיבוד האוטומטי של התא משתמש בטכנולוגיה צנטריפוגה של זרימה נגדית כדי להסיר פסולת תאים ולהקל על החלפת מאגר. המכשיר מבצע חילופי מאגר עם ערכת שימוש יחיד שניתן לתקן באמצעות שקית העברת תאים, דבר המאפשר עיבוד תאים בתוך מערכת סטרילית ותחומה. כאן, אנו חוקרים את השימוש במכשיר מתקן צנטריפוגלי לבצע חילופי מאגרים בתרביות תאים של מיונקים בפרוטוקולים אוטומטיים. במחקר זה, בדקנו את פרוטוקול חילופי מאגר באמצעות תאים ויוקאט ותאי סטרומה mesenchymal (MSCs) כדי לדגמן סוגים שאינם מחסיד ותאי תאים, בהתאמה. התאים של ג'ורקאט הם תאים מונצח לעתים קרובות משמש למחקר של לוקמיה תא T חריפה19,20. MSCs הם תאי גזע למבוגרים אשר נחקרו בניסויים קליניים אנושיים עבור מגוון רחב של מחלות9.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת ריאגנטים ותאים להחלפת מאגר
2. תוכנית לפרוטוקול חילופי מאגרים אוטומטיים
3. התקנת המכונה
4. החלפת מאגר אוטומטית
5. איסוף ודיגום התאים
6. אימות תהליך
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בפרוטוקול זה, השתמשנו בתאים של ג'ורקאט ובMSCs כדוגמאות מייצגות כדי להדגים את תהליך החלפת המאגר האוטומטי. במהלך התהליך, שיתפו התאים של ג'ורקאט ו-MSCs את אותם שלבי עיבוד עם הבדלים בכוח צנטריפוגלי ובמהירות המשאבה השולטים בקצב הזרימה (שולחן 1). איור 2 מראה תמונות הנציגה שנתפסו על ידי המצלמה של איך מיטת התאים fluidized עשוי להופיע במהלך תהליך חילופי מאגר. בדרך כלל, המיטה התאים flu, ידמה את התמונה באיור 2A, שבו התאים לצבור באמצע לכיוו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול חילופי המאגרים האוטומטיים המתואר הוא פשוט וידידותי למשתמש. עם זאת, קיימים מספר צעדי מפתח בפרוטוקול זה הקריטיים ודורשים תשומת לב מיוחדת. בניסיון שלנו, בעת עיבוד תאים גדולים כגון MSCs (קוטר ממוצע 10 – 15 μm) כל הפעלה צריכה לכלול לפחות 1 x 107 תאים כדי להשיג שחזור תאים אופטימלי (איור 4B). עיבוד תאים קטנים יותר, כגון תאים של ג'ורקאט (ממוצע ~ 10 יקרומטר קוטר), דורש סביב 3 x 107 תאים כדי להשיג מיטה תא פלואידיזד יציבה (איור 4
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
SW, IF, ו-DJ הם סמנכ ל תפעול, סמנכ ל ומנכ Scinogy Pty. Ltd. הגישה למכשיר CFC סיפקה גם את Scinogy.
עבודה זו נתמכת על ידי תוכנית התמיכה המבצעית של הממשלה הויקטוריאנית, ושובר הטכנולוגיה הממשלתית הויקטוריאנית שסיפק המחלקה לפיתוח כלכלי, משרות, תחבורה ומשאבים. RL היא המקבלת של מלגת פיתוח קריירה של מועצת הבריאות הלאומית והמחקר הרפואי. אל הוא המקבל של פרס לתארים מתקדמים באוסטרליה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 20 מ"ל מזרקי Luer Lock | BD | 302830 | |
| 20% אלבומין בסרום אנושי (HSA) | CSL Behring | AUST R 46283 | |
| 4-(Dimethylamino)benzaldehyde | Sigma-Aldrich | 156477-25g | |
| 500 מ"ל שקית מלח IV | Fresenius Kabi | K690521 | |
| אנטיביוטיקה-אנטי-מיקוטית | תרמו פישר 15240112 | ||
| מונה תאים אוטומטי (רוזנת) | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
| שקופיות תא ספירת תאים | Thermo Fisher Scientific | C10228 | |
| קוקטייל גירוי תאים (500x) | Thermo Fisher Scientific | 00-4970-93 | |
| שקיות העברת תאים | Terumo | T1BBT060CBB | |
| CellTiter AQueous בדיקת התפשטות תאים עם פתרון אחד (MTS) | Promega | G3582 | |
| Eppendorf | 5810R | ||
| DMEM: F12 מדיה | Thermo Fisher Scientific | 11320082 | |
| EnVision קורא צלחות | Perkin Elmer | N/A | |
| סרום בקר עוברי (FBS) | Thermo Fisher Scientific | 10099141 | |
| Human Interleukin 2 (IL2) ערכת | Perkin Elmer | Al221C | |
| אביזרי Luer (נקבה) | CPC | LF41 | |
| PC מחשב נייד או מכשיר טאבלט מחשב | ASUS | N/A | |
| קורא צלחות (SpectraMax i3) | מכשיר מולקולרי | N/A | |
| אנושי רקומביננטי; | PeproTech | 300-02 | |
| Rotea מכשיר לעיבוד תאי צנטריפוגה נגד זרימה | Scinogy | N / A | |
| ערכת עיבוד לשימוש חד פעמי של Rotea | Scinogy | N / A | |
| RPMI מדיה | תרמו פישר מספריים | 11875119 | |
| ProSciTech | 420SS | ||
| חומצה טריכלורואצטית | סיגמא-אולדריץ' | T6399-250 גרם | |
| טריפאן כתם כחול | תרמו פישר סיינטיפיק | T10282 | |
| אנזים עיכול טריפסין (אנזים TrypLE אקספרס) | Thermo Fisher Scientific | 12604013 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה