$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Het landschap van de moderne geneeskunde is snel getransformeerd door recente ontwikkelingen in genand Cell-based therapieën (GCT). Als een van de snelst groeiende velden in translationeel onderzoek, wordt de GCT-sector ook geconfronteerd met unieke en ongekende uitdagingen. Naast robuuste klinische uitkomsten zijn efficiënte en kosteneffectieve productieprocessen essentieel voor het commerciële succes van GCT, dat bijzonder moeilijk te bereiken is in kleinschalige productie1. De kosten van tijd, arbeid en kwaliteitsgaranties worden vergroot wanneer elke batch cellen slechts een paar doses voor één patiënt produceert in plaats van honderden of duizenden. In tegenstelling tot allogene celtherapieën waarbij de productieprocessen meer verwant zijn aan de productie van antilichamen en recombinant eiwitten, worden autologe celtherapieën meestal geproduceerd als kleinschalige operaties1. Als een relatief nieuw fenomeen in biofarmaceutische productie2zijn opties voor kleinschalige celverwerking momenteel vrij beperkt.
Buffer uitwisseling is essentieel voor de productie van cellen. Het is een van de downstream processen waar cellen worden verwijderd uit de cultuur media en geconcentreerd voor cryopreservatie of infusie. Op dit moment past kleinschalige celfabricage vaak processen toe die vergelijkbaar zijn met die in de academische onderzoeksinstelling en vertrouwt op gespecialiseerde schone kamers om steriliteit3te handhaven. Handmatige downstream processen gebruiken vaak tafel-centrifuges voor pellet-en respendeer cellen voor volume reductie en buffer uitwisseling. Deze open processen zijn kostbaar (d.w.z. het onderhoud van werk en schone kamers) en hebben een beperkte productiecapaciteit, die niet ideaal zijn voor commerciële productie2,3.
De implementatie van automatisering is voorgesteld als een oplossing voor het verbeteren van de productie-efficiëntie en het behalen van commerciële schaal producties2. Steriliteit kan niet worden bereikt in op cellen gebaseerde producten via traditionele methoden die worden gebruikt voor Biologics, zoals gammastraling of terminale filtratie. In plaats daarvan wordt een geautomatiseerd gesloten systeem ingezet om de Risico's van verontreiniging te verminderen en exploitanten die vertrouwen op schone ruimten om steriliteit4te handhaven. Procesautomatisering lost ook de kwestie van schaalbaarheid op door ofwel meerdere systemen parallel (scale-out) te hebben of de verwerkingscapaciteit van een afzonderlijk apparaat (scale-up) te vergroten, wat op zijn beurt de variabiliteit tussen operators minimaliseert. Bovendien suggereert kostenmodellering analyse van autologe therapieën dat automatisering de kosten van de productie van5,6kan verminderen. Er werd echter geen kostenvoordeel gevonden in een autologe stamcel klinische proef waarbij een geautomatiseerd fabricage platform werd gebruikt7, wat suggereert dat het kostenvoordeel van automatisering kan afhangen van het individuele fabricageproces.
Er zijn verschillende strategieën waarin automatisering kan worden geïntroduceerd in een bestaand productieproces. Dit kan worden bereikt door het implementeren van een volledig geïntegreerd platform of een modulaire verwerkingsketen. Er zijn verschillende volledig geïntegreerde platforms die commercieel beschikbaar zijn voor autologe celproductie, zoals CliniMACS Prodigy (Miltenyi Biotec), Cocoon (Octane Biotech) en Quantum (Terumo BCT). Deze geïntegreerde platforms, die vaak worden omschreven als "GMP-in-a-Box", hebben lage eisen aan infrastructuur en zijn eenvoudig te bedienen. De productiecapaciteit van een volledig geïntegreerde installatie kan echter worden beperkt door de incubator die aan het systeem is bevestigd. Zo is het kweek vermogen van Prodigy beperkt tot zijn 400 ml kamer8 en heeft de Quantum cartridge een begrenzings oppervlak ingesteld op 2,1 m2 (overeenkomend met 120 T175 kolven)7, wat mogelijk niet voldoende is voor patiënten die hogere celdoses9,10nodig hebben. Daarnaast hebben Prodigy en Quantum een gemeenschappelijk attribuut dat het gebruik ervan beperkt: de operationele eenheid wordt bezet door een enkele partij cellen gedurende de celuitbreidingsperiode, waardoor het aantal batches dat door elke eenheid kan worden geproduceerd11wordt beperkt. De modulaire aanpak van automatisering is het creëren van een productieketen met meerdere modulaire units die het commerciële productieproces van12,13simuleert. Deze aanpak, die het cultuur apparaat van de celwasinrichting scheidt, kan daardoor de efficiëntie van de productie maximaliseren. Een ideaal verwerkings apparaat zou er een zijn die aanpasbaar en schaalbaar is voor productiebehoeften12.
Tegenstroom centrifugeren (CFC) technologie, die dateert uit de jaren 1970, heeft een lange geschiedenis in cel verwerking14. Het bereikt celconcentratie en scheiding door centrifugale kracht te balanceren met een tegenstroom kracht. Normaalgesproken komt een celsuspensie van het smalle uiteinde van een celkamer onder een constant debiet terwijl het wordt onderworpen aan een centrifugale kracht (Figuur 1a). De stroom van de vloeistof wordt uitgeoefend in de tegenovergestelde richting van de centrifugale kracht. Dit wordt de tegenstroom kracht genoemd, die een gradiënt vormt binnen de cel kamer. De tegenstroom kracht neemt dan af naarmate de celkamer uit de punt van de kegelvormige celkamer verwijdt. Cellen met een hogere dichtheid en een grotere diameter hebben een hogere sedimentatie snelheid, waardoor ze een kracht evenwicht bereiken naar de punt van de kegelvormige celkamer. Kleinere deeltjes kunnen een evenwicht bereiken naar de basis van de kamer of te klein zijn om in de kamer te worden bewaard en zullen worden weggespoeld. De CFC-technologie is vooral bekend om zijn toepassing bij de verwerking van bloed aferese producten, zoals het isoleren van monocyten voor dendritische celtherapieën15,16. In termen van buffer uitwisseling is de CFC-technologie alleen toegepast in grootschalige productie17 en moet deze nog worden gebruikt voor de kleinschalige productie van autologe celtherapieën.
Om de noodzaak van een geschikt apparaat voor kleinschalige celfabricage aan te pakken, werd onlangs een geautomatiseerd CFC-apparaat (Zie tabel van de materialen) ontwikkeld18. Het geautomatiseerde celverwerkings apparaat maakt gebruik van de technologie voor het verwijderen van het celafval en vergemakkelijkt de buffer uitwisseling. Het apparaat voert buffer uitwisseling uit met een Kit voor eenmalig gebruik die steriel kan worden aangesloten op een zak voor het overbrengen van een cel, waardoor de cellen in een steriel, ingesloten systeem kunnen worden verwerkt. Hier onderzoeken we het gebruik van een tegenstroom centrifugale apparaat om buffer uitwisseling in zoogdier celculturen in geautomatiseerde protocollen uit te voeren. In deze studie testten we het protocol voor buffer uitwisseling met behulp van Jurkat-cellen en mesenchymale stromale cellen (MSCs) om respectievelijk niet-aanhandige en aanhandige celtypen te modelleren. Jurkat cellen zijn vereeuwigd t cellen vaak gebruikt voor de studie van acute T-cel leukemie19,20. MSCs zijn volwassen stamcellen die zijn bestudeerd in menselijke klinische studies voor een breed scala aan ziekten9.