L'industria CGT ha assistito a un'espansione esponenziale negli ultimi due decenni. Si prevede che l'evoluzione dei farmaci di nuova generazione tratterà e curerà numerose malattie refrattarie1. Dalla prima approvazione da parte della Food and Drug Administration (FDA) di un prodotto CGT, Kymriah, nel 2017, la ricerca e lo sviluppo relativi alla CGT nel mondo hanno continuato a crescere a un ritmo rapido, con la FDA che ha visto aumentare a 500 le domande di nuovi farmaci sperimentali attivi per CGT nel 20182. Era stato previsto che il numero di approvazioni dei prodotti CGT sarebbe stato probabilmente di 54-74 negli Stati Uniti entro il 20302.
Mentre la rapida crescita della ricerca e dell'innovazione CGT è entusiasmante, c'è ancora un grande divario tecnologico tra la ricerca di laboratorio e la produzione su scala industriale che potrebbe fornire questi farmaci promettenti per raggiungere il maggior numero di pazienti necessari a costi accessibili. Gli attuali processi adottati per questi studi clinici sono stati stabiliti in laboratori per esperimenti su piccola scala e sono necessari sforzi significativi per migliorare e innovare la produzione CGT3. Esistono molti tipi di prodotti CGT, la maggior parte dei quali basati su cellule vive, che possono essere allogenici, autologhi, ingegnerizzati o naturali. Questi farmaci viventi sono molto più complessi delle piccole entità molecolari o dei farmaci biologici, rendendo quindi la produzione su larga scala una sfida significativa 4,5,6. In questo lavoro, dimostriamo un protocollo di produzione cellulare su larga scala per tre cellule dipendenti dall'ancoraggio che sono ampiamente applicate nelle CGT. Questi includono le cellule staminali/stromali mesenchimali umane (hMSC), che sono state utilizzate per la terapia cellulare, e le cellule HEK293T e le cellule Vero, entrambe utilizzate per produrre virus per l'ingegneria genetica del prodotto cellulare terapeutico finale. Le cellule dipendenti dall'ancoraggio sono comunemente coltivate su sistemi planari, che richiedono un'elaborazione manuale. Tuttavia, i metodi di coltura manuale richiedono una notevole quantità di manodopera e sono soggetti a contaminazione, che può compromettere la qualità del prodotto finale. Inoltre, non vi è alcun controllo di processo in linea, il che porta a una sostanziale variabilità della qualità tra i lotti7. Prendendo come esempio la terapia con cellule staminali, con una promettente pipeline di oltre 200 candidati alla terapia con cellule staminali, si stima che sarebbero necessari 300 trilioni di hMSC all'anno per soddisfare le esigenze delle applicazioni cliniche8. Quindi, la produzione su larga scala di cellule terapeutiche è diventata un prerequisito per eseguire questi interventi terapeutici con una domanda cellulare così elevata9.
Per evitare le battute d'arresto dei sistemi planari, sono stati compiuti sforzi per sviluppare processi di produzione su larga scala in bioreattori a serbatoio agitato con microvettori convenzionali non solubili 10,11,12,13, ma questi soffrono di complicate procedure di preparazione e bassa efficienza di raccolta cellulare 14. Recentemente, abbiamo innovato un microcarrier solubile per l'espansione delle cellule staminali, con l'obiettivo di aggirare le sfide della raccolta cellulare da microcarrier commerciali convenzionali non solubili15. Questo nuovo microcarrier poroso solubile 3D di grado GMP, disponibile in commercio, 3D TableTrix, ha mostrato un grande potenziale per la produzione di cellule su larga scala. Infatti, la coltura 3D basata su questi microvettori porosi potrebbe potenzialmente ricreare microambienti biomimetici favorevoli per promuovere l'adesione, la proliferazione, la migrazione e l'attivazione cellulare16. Le strutture porose e le reti interconnesse di pori dei microvettori potrebbero creare un'area di adesione cellulare più ampia e promuovere lo scambio di ossigeno, nutrienti e metaboliti, creando così un substrato ottimale per l'espansione cellulare in vitro 17. L'elevata porosità di questi microcarrier porosi solubili 3D di grado GMP consente l'espansione su larga scala delle hMSC e la capacità delle cellule di essere completamente disciolte consente la raccolta efficiente di queste cellule espanse18. È anche un prodotto di grado GMP ed è stato registrato come eccipiente farmaceutico presso il Centro cinese per la valutazione dei farmaci (numeri di deposito: F20210000003 e F20200000496)19 e la FDA degli Stati Uniti (FDA, USA; Numero di Drug Master File: 35481)20.
Qui, illustriamo un sistema automatizzato di produzione di celle su scala industriale chiusa (ACISCP)18 che utilizza questi microvettori porosi dispersibili e solubili per l'espansione di hMSC, HEK293T celle e celle Vero. Abbiamo ottenuto con successo un'espansione a due livelli di hMSC (128 volte l'espansione cumulativa in 9 giorni) da un bioreattore da 5 L a un bioreattore da 15 L e infine abbiamo ottenuto fino a 1,1 x 1010 hMSC da un singolo lotto di produzione. Le cellule sono state raccolte dissolvendo completamente i microcarrier, concentrate, lavate e formulate con un sistema di trattamento cellulare basato su centrifuga a flusso continuo, e quindi aliquotate con un sistema di riempimento cellulare. Inoltre, abbiamo valutato la qualità dei prodotti hMSC per confermarne la conformità. Abbiamo anche dimostrato l'applicazione di questi microcarrier solubili per la produzione su larga scala di altri due tipi di celle di ancoraggio, le celle HEK293T e le celle Vero, che sono ampiamente applicate nell'industria CGT. La densità cellulare di picco delle cellule HEK293T ha raggiunto 1,68 x 107 cellule/mL, mentre la densità di picco delle cellule Vero ha raggiunto 1,08 x 107 cellule/mL. Il sistema ACISCP potrebbe essere adattato per coltivare una varietà di cellule aderenti e potrebbe potenzialmente diventare una potente piattaforma che contribuisce ad accelerare l'industrializzazione della CGT.