三維潮汐式生物反應(yīng)器于間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用

前  言

 

未來的細(xì)胞治療需要大量的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)，每個劑量從1000萬到2億多個細(xì)胞不等。當(dāng)需要超過5000萬個細(xì)胞的大劑量使用時，傳統(tǒng)的平板培養(yǎng)是不切實際的。而利用生物反應(yīng)器并結(jié)合線性放大、過程控制和自動化，是解決這一需求的主要方法。然而許多生物反應(yīng)器在MSCs培養(yǎng)方面都面臨技術(shù)難題，比如如何控制培養(yǎng)基充分混合的同時將剪切力最小化，以及如何從具有高產(chǎn)量和高活性的片狀載體中分離得到細(xì)胞等諸多難點。

潮汐式生物反應(yīng)器，利用3D片狀載體（BioNOC II）建立了一個強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的平臺，以滿足未來臨床治療的需求。在整個培養(yǎng)期間，監(jiān)測細(xì)胞培養(yǎng)條件，并測量生長過程參數(shù)，如葡萄糖消耗量和pH值，以確保適當(dāng)?shù)姆糯蟆Ｍ瑫r研究優(yōu)化干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)所需的細(xì)胞接種密度、培養(yǎng)基培養(yǎng)條件和改進(jìn)的生物工藝參數(shù)等關(guān)鍵問題�？偟膩碚f，Esco將提供過程優(yōu)化與質(zhì)量控制以及放大生產(chǎn)過程中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以便協(xié)助用戶將學(xué)術(shù)或工業(yè)研發(fā)轉(zhuǎn)化為面向未來的臨床試驗和商業(yè)化銷售。

 

各組織來源MSCs的生長情況

 

 

(A)用潮汐式生物反應(yīng)器系統(tǒng)成功擴(kuò)增了不同組織來源的MSCs。MSCs的常見組織來源，如臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（UC-MSC）、沃頓膠間充質(zhì)干細(xì)胞（WJ-MSC）、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSC）和脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（AD-MSC），在培養(yǎng)后7天內(nèi)普遍可擴(kuò)增10倍。上表列出了使用商業(yè)細(xì)胞來源進(jìn)行優(yōu)化的不同組織來源MSCs的接種密度。

(B)將同類型（相同組織來源）但細(xì)胞來源不同的MSCs，從低播種密度進(jìn)行擴(kuò)增能力測試。結(jié)果顯示，來源2的BM-MSCs與來源1的BM-MSCs生長情況存在明顯差異，因此在進(jìn)行線性放大擴(kuò)增之前，需要對每個來源MSCs進(jìn)行播種密度、培養(yǎng)基變化規(guī)律等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

 

MSCs在不同培養(yǎng)基中的擴(kuò)增情況

 

 

(A) 將UC-MSCs接種于含血清代替物（hPL）的培養(yǎng)基中，觀察到其對載體的貼壁效率較低。

(B) 盡管觀察到的附著效率較低，但使用血清代替物補充培養(yǎng)基，使不同組織來源MSCs的細(xì)胞擴(kuò)增倍數(shù)增大。

 

 

(C) 在將UC-MSCs接種到BioNOC II載體之前，對不同培養(yǎng)基類型培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行2次以上傳代，以監(jiān)測其增殖速率。結(jié)果顯示含血清代替物（hPL）培養(yǎng)基培養(yǎng)的細(xì)胞增長最快。

(D) 熒光圖像顯示細(xì)胞在培養(yǎng)期間在載體上的擴(kuò)增情況，結(jié)果顯示含胎牛血清（FBS）培養(yǎng)基的細(xì)胞生長較好，含血清代替物（hPL）的次之。綜合考量，使用含血清代替物培養(yǎng)基是更優(yōu)的選擇。

綠色:熒光素二乙酸酯(活細(xì)胞細(xì)胞質(zhì))

藍(lán)色:Hoechst 33342(細(xì)胞核)

紅色:碘化丙啶(死細(xì)胞)

 

細(xì)胞收集工藝優(yōu)化

 

 

通過優(yōu)化參數(shù)，開發(fā)了一種從BioNOC II載體高效收獲UC-MSCs的方法。在整個實驗過程中，使用熒光素二乙酸酯（FDA）對BioNOC II載體上的活細(xì)胞進(jìn)行染色。

 

質(zhì)量控制

 

結(jié)  論

*潮汐式生物反應(yīng)器是由無菌一次性CelCradle細(xì)胞培養(yǎng)瓶和波紋管壓縮平臺組成，可線性放大，且在培養(yǎng)過程中支持取樣監(jiān)測。

*小規(guī)模系統(tǒng)支持MSCs早期研發(fā)階段，可以低成本高效率進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

*為大批量生產(chǎn)MSCs提供一個很好的平臺。