Zgodnie z tym protokołem, wkład o powierzchni 4 000 cm2 zasiedlony proliferującymi liniami komórkowymi zużywa zazwyczaj 1–2 g glukozy na dobę. Przy zastosowaniu pożywki o wysokiej zawartości glukozy, takiej jak DMEM, przekłada się to na 1 L pożywki co 2–3 dni. Komórki osiągają maksymalną gęstość w ciągu tygodnia od zasiedlenia. Zbiór należy rozpocząć po 5–7 dniach lub w momencie, gdy tempo poboru glukozy osiągnie 1 g na dobę, a następnie wykonywać go codziennie, jeśli jest to możliwe. Podczas tego pierwszego tygodnia hodowli pożywkę zawierającą surowicę w ECS można zastąpić podstawową pożywką bezsurowiczą, zachowując surowicę w pożywce krążącej, jeżeli jest ona wymagana. Po osiągnięciu tempa poboru glukozy na poziomie 1 g/dobę można łatwo przejść na pożywki z ograniczoną zawartością surowicy lub inne pożywki chemicznie zdefiniowane. MSC oraz HAFSC zużywają glukozę w znacznie wolniejszym tempie niż przekształcone linie komórkowe, takie jak CHO, 293 czy hybridomy. Tworzenie sferoidów jest typowe dla MSC i HAFSC, jak również dla innych typów komórek (Rycina 3). Codzinne monitorowanie poziomu glukozy zapewnia wiarygodny pomiar stanu zdrowia i aktywności metabolicznej hodowli. Standardowe, dostępne komercyjnie pożywki xeno-free zostały z powodzeniem zastosowane w przypadku MSC i HAFSC. Objętości zbiorów wynoszą około 20 mL. Optymalne są 24 h odstępy między zbiorami, ponieważ stężenia EV osiągają maksimum po 24 h (Rycina 4). Typowe stężenia egzosomów w zebranej pożywce wynoszą od 1–5 × 1012 cząsteczek/mL, w zależności od typu komórek, liczby zasianych komórek i innych czynników, co może skutkować powstaniem widocznych osadów po wirowaniu (Rycina 5). Można zasiedlać dużą liczbę komórek, a decyzja ta powinna opierać się na liczbie komórek, a nie na powierzchni hodowli (Rycina 6).
Wyniki wykazują, że produkcja EV koreluje z aktywnością metaboliczną mierzoną zużyciem glukozy, co dostarcza praktycznego parametru do monitorowania i optymalizacji wydajności hodowli. Codzienne zbieranie w odstępach 24 h maksymalizuje stężenie EV, zachowując jednocześnie stabilność hodowli. Otrzymane wyniki wspierają zastosowanie monitorowania poziomu glukozy oraz kontrolowanej częstotliwości zbierania jako kluczowych parametrów dla powtarzalnej produkcji EV w bioreaktorach z pustymi włóknami.

Rycina 1: Przekrój poprzeczny bioreaktora z włóknami kapilarnymi. Pożywka przepływa przez wnętrze włókien, a komórki przylegają do ich powierzchni zewnętrznych. Składniki o niskiej masie cząsteczkowej, takie jak glukoza i mleczan, mogą łatwo przenikać przez włókna. Produkty wydzielnicze, takie jak EVs, nie mogą przenikać przez włókna i ulegają dużemu stężeniu w obszarze na zewnątrz włókien, zwanym ECS (przestrzenią pozakapilarną). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Zdjęcie wkładu z oznaczonymi portami i zaciskami. Zawory zwrotne na drodze przepływu generują recyrkulację medium. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Mesenchymal stem cells, Human Amniotic Fluid Stem Cells, progenitory kardiomiocytów oraz niektóre inne typy komórek tworzą sferoidy po wysianiu do kartridża w odpowiedniej liczbie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Pomiar stężeń EV po zbiorach w różnych odstępach czasu. Po 24 h stężenie EV osiąga wartość maksymalną. Optymalny czas zbioru to 24 h. (Dane dzięki uprzejmości Paolo Neviani, EV core, Children’s Hospital of Los Angeles). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Tygodniowy zbiór EV z komórek DIFI hodowanych w bioreaktorze z pustymi włóknami C2011. EV wyizolowane metodą wirowania różnicowego. (dane udostępnione przez Jeffa Franklina, Vanderbilt University)18,19. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 6: Do bioreaktora z włóknami kapilarnymi można zasiać zaskakująco dużą liczbę komórek. MSC zajmują dużą powierzchnię w hodowli 2D; gdy rosną jako sferoidy w hodowli 3D, zajmują mniej miejsca. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.