Ландшафт современной медицины быстро преобразился благодаря последним разработкам в области генной и клеточной терапии (GCT). Будучи одной из наиболее быстро растущих областей в области трансляционных исследований, сектор GCT также сталкивается с уникальными и беспрецедентными проблемами. В дополнение к надежным клиническим результатам, эффективные и экономически эффективные производственные процессы имеют важное значение для коммерческого успеха GCT, который особенно трудно достичь в мелкомасштабной обрабатывающей промышленности1. Стоимость времени, труда и гарантий качества увеличивается, когда каждая партия клеток производит только несколько доз на одного пациента, а не сотни или тысячи. В отличие от аллогенной клеточной терапии, в которой производственные процессы больше похожи на производство антител и рекомбинантных белков, аутологичные клеточные методы лечения, как правило, производятся как мелкомасштабные операции1. Как относительно новое явление в биофармацевтическом производстве2, варианты мелкомасштабной обработки клеток в настоящее время весьма ограничены.
Буферный обмен имеет важное значение для производства клеток. Это один из процессов, происходящих вниз по течению, где клетки удаляются из культурных носителей и концентрируются для криоконсервации или инфузии. В настоящее время мелкомасштабное производство клеток часто применяется процессы, аналогичные тем, которые в академических исследований настройки и опирается на специализированные чистые комнаты для поддержания бесплодия3. Ручные процессы вниз по течению часто используют центрифуги скамейки для гранул и повторной работы ячеек для уменьшения объема и буферного обмена. Эти открытые процессы являются дорогостоящими (т.е. обслуживание рабочей силы и чистой комнаты) и имеют ограниченные производственные мощности, которые не являются идеальными для коммерческого производства2,3.
Внедрение автоматизации было предложено в качестве решения для повышения эффективности производства и достижения коммерческих производств2. Стерильность не может быть достигнута в клеточных продуктах с помощью традиционных методов, используемых для биопрепаратов, таких как гамма-облучение или терминальная фильтрация конца. Вместо этого, автоматизированная закрытая система развернута для снижения риска загрязнения и операторов, полагающих на чистые помещения для поддержания стерильности4. Автоматизация процессов также решает проблему масштабируемости, либо имея несколько систем, работающих параллельно (масштабирование), либо увеличивая вычислительную мощность отдельного устройства (масштабирование), что, в свою очередь, сводит к минимуму изменчивость между операторами. Кроме того, анализ затрат моделирования аутологичных методов лечения позволяет предположить, что автоматизация может снизить затраты на производство5,6. Тем не менее, никакой выгоды не было найдено в аутологичном клиническом испытании стволовых клеток, где автоматизированная производственная платформа была использована7, предполагая, что рентабельность автоматизации может зависеть от индивидуального производственного процесса.
Существуют различные стратегии, в которых автоматизация может быть введена в существующий производственный процесс. Этого можно достичь либо путем внедрения полностью интегрированной платформы, либо модульной цепочки обработки. Есть несколько полностью интегрированных платформ, коммерчески доступных для аутологического производства клеток, таких как CliniMACS Prodigy (Miltenyi Biotec), Кокон (Octane Biotech) и Квантовая (Terumo BCT). Эти интегрированные платформы, которые часто называют «GMP-in-a-box», имеют низкие требования к инфраструктуре и просты в эксплуатации. Однако производственные мощности полностью интегрированной установки могут быть ограничены инкубатором, подключенным к системе. Например, культивирование мощности Prodigy ограничено его 400 мл камеры8 и квантовый картридж имеет предельную площадь поверхности установлен 2,1 м2 (эквивалент 120 T175 колбы)7, которые не могут быть достаточными для пациентов, нуждающихся в более высоких дозах клеток9,10. Кроме того, Prodigy и Квантовая имеют общий атрибут, который ограничивает их использование: операционная единица занята одной партии ячеек на протяжении всего периода расширения ячейки, тем самым ограничивая количество партий, которые могут быть изготовлены каждой единицей11. Модульный подход к автоматизации заключается в создании производственной цепочки с несколькими модульными агрегатами, которая имитирует коммерческий производственный процесс12,13. Этот подход, который отделяет прибор культуры от прибора мытья клетки, может таким образом увеличить эффективность изготавливания. Идеальным устройством обработки будет устройство, адаптируемое и масштабируемое для производственных потребностей12.
Технология Counterflow centrifugation (CFC), которая восходит к 1970-м годы, имеет долгую историю в обработке клеток14. Он достигает концентрации клеток и разделения, балансируя центробежную силу с силой контрпотока. Как правило, суспензия ячейки входит из узкого конца камеры клетки при постоянной скорости потока при условии центробежной силы(рисунок 1А). Поток жидкости оказывается в противоположном направлении к центробежной силе. Это называется силой встречного потока, которая образует градиент в ячейке. Сила контрпотока затем уменьшается по мере того как камера клетки расширяет далеко от кончика конус-образной камеры клетки. Клетки с более высокой плотностью и большим диаметром имеют более высокую скорость осадка, и таким образом они достигают силового равновесия к кончику конусообразной клеточной камеры. Меньшие частицы могут достичь равновесия к основанию камеры или быть слишком малы, чтобы быть сохранены в камере и будут смыты. Технология CFC в основном известна своим применением в обработке продуктов афересеза крови, таких как изолирующие моноциты для дендритной клеточной терапии15,16. С точки зрения буферного обмена, технология ХФУ применяется только в крупномасштабном производстве17 и до сих пор не используется для меньшего масштаба производства аутологичной клеточной терапии.
Для удовлетворения потребности в подходящем устройстве для мелкомасштабного производства ячеек, автоматизированное устройство ХФУ (см. Таблица материалов), был недавно разработан18. Автоматизированное устройство обработки клеток использует технологию центрифугирования контрпотока для удаления мусора и облегчения буферного обмена. Устройство выполняет буферный обмен с одноразовым набором, который может быть стерильным подключен к сумке для передачи ячейки, что позволяет обрабатывать ячейки в стерильной, закрытой системе. Здесь мы исследуем использование центробежного устройства противпотока для выполнения буферного обмена в культурах клеток млекопитающих в автоматизированных протоколах. В этом исследовании мы протестировали протокол буферного обмена с использованием ячеек Jurkat и мезенхимальных стромальных ячеек (MSC) для моделирования типов неприверженных и придерживающихся клеток, соответственно. Клетки jurkat увековечены Т-клетки часто используются для изучения острого Т-клеточного лейкоза19,20. MSCs взрослые стволовые клетки, которые были изучены в клинических испытаниях на людях для широкого спектра заболеваний9.