随着基因与细胞治疗技术的快速发展,间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells,MSC)因其多向分化潜能和良好的免疫调节特性,正成为临床研究和药物开发的核心热点之一。从实验室的探索性研究到商业化生产,如何实现MSC的高质量、规模化培养,是推动细胞治疗产业化的关键课题。本文将从MSC的基础认知出发,解析其培养流程与关键工艺环节,并探讨搅拌式反应器在MSC规模化生产中的应用与优势。
什么是间充质干细胞
干细胞是一类具有自我复制能力,并且拥有多项分化潜能的细胞群体。按照分化潜能来分类,可分为: 全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。多能干细胞具有能分化成多种细胞的潜力,间充质干细胞(MSC)就是其中一种。 MSC组织来源比较广泛,如胎盘、脐带、骨髓、脂肪、毛囊等。临床上,间充质干细胞药物已经在治疗红斑狼疮、溶血性贫血、白血病、糖尿病、骨关节炎以及帕金森等难疑难杂症病中发挥潜力。目前,全球已批准的间充质干细胞药物已有十余款。其中,中国首款MSC药物——艾米迈托赛注射液在今年1月获批,其适应症为aGVHD。这表明,我国MSC药物正逐步走向规范化和规模化,并在未来具有广阔的前景。
图1:干细胞分化潜能分类
间充质干细胞培养的一般流程 目前大多数的MSC药物生产工艺流程可分为以下几个主要部分: 原代分离:分离时一般使用胶原酶分解供体的组织,使用专用培养基在平皿内贴壁培养,此时为P0代。 建立种子库:在得到原代细胞后,使用细胞瓶或者细胞工厂扩大培养,根据细胞的生长数量情况得到大量的P2-3代细胞,用来建立工作种子库,此时需要进行一系列的质量检测,包括表面标志物,三系分化能力等。 规模生产:在规模化生产时,异体现货型制剂,可采用反应器等方式进行生产,以满足对细胞数量的要求。 细胞收获:生产好的制剂来不及输注时,可考虑冻存的方式暂存,但需要考虑冷冻的方式。
图2:间充质干细胞生产流程
间充质干细胞生物反应器培养 在上述的工艺流程中,大规模的细胞培养方式是一步非常核心的工艺,直接决定了制剂生产的数量和质量。现货型制剂是当前的MSC治疗的趋势,其对每批次的MSC数量要求比较高,与此同时,搅拌式反应器由于其成熟的产品应用和工艺积累,已逐渐被大多数药企接受。 下文将介绍搅拌式生物反应器在进行MSC规模化培养时需要考虑的点: 微载体的选择 由于MSC的特性,必须采用贴壁培养的方式,因此微载体结合搅拌式反应器是常用的培养方式。市面上的微载体主要由明胶、葡聚糖、聚苯乙烯和海藻酸盐等原材料生产,并在结构上主要分为无孔、微孔以及大孔等。 据报道,目前已有多款微载体可成功培养MSC,理想的微载体是不含有动物源成分且能提供较大的表面积,同时细胞分离也比较方便,避免酶在消化时对细胞产生影响。 培养基的选择 由于监管以及安全性等各方面的考虑,未来细胞类药物的生产需要逐渐减少对血清的依赖,使用添加细胞因子的无血清的培养基会是未来的趋势。 生物反应器的选择 在使用搅拌式反应器进行细胞规模扩增时,如果使用20L反应器,在20天内至少可以生产数百个细胞制剂,此时的细胞代数可以保持在P5-6代,还可以保持比较好的治疗效果。若对于细胞数量有更高的要求,可以选择更大体积(如50L及以上)的反应器进行生产。 传统的反应器在GMP生产时,由于清洗、灭菌和验证等方面在监管时可能会有较大挑战,因此建议采用一次性工艺。如一次性反应器,具有快速布局,减少对车间改造的成本优势。同时也避免了反应器设备的清洗和消毒验证步骤,减少交叉污染,缩短药物生产和上市周期。
图3:间充质干细胞培养流程
(图片来源:doi: 10.1186/s13578-020-00438-8)
百林科CytoLinX® BR 一次性罐体式生物反应器 百林科自主研发的CytoLinX® BR一次性罐体式生物反应器涵盖10-2000 L不同培养体积。自产品推出以来,已在行业中累计了多种细胞成功培养的案例数据。该反应器同样也适用于MSC药物的工艺开发到规模化生产,可轻松实现从小规模培养到生产级别的放大。
图4:CytoLinX® BR一次性罐体式生物反应器
CytoLinX® BR一次性罐体式系列生物反应器基于DCS系统架构开发,可实现对上游整厂设备的自动化控制。
软件设计符合GMP以及21 CFR Part 11的要求,软件界面设计极简清晰。自控系统能对数据进行实时采集和记录,参数PID自动控制,参数级联控制等。
创新的通气底盘设计,具有较好的KLa线性。可实现溶氧的反向控制,满足各种特殊细胞的培养需求。
结语 随着细胞治疗逐步进入规范化、产业化阶段,稳定、高效的生产体系将成为推动MSC药物走向临床与市场的核心驱动力。
百林科将持续以创新的一次性反应器技术为核心,助力客户在干细胞药物开发与生产中实现更高的效率与更优的质量控制。未来,我们将继续携手行业伙伴,共同推动MSC及更多细胞治疗产品的工艺革新与临床转化,加速生命科学的每一次突破。
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