旨在改善细胞治疗的生物制造的工具

来自佐治亚理工学院的一组研究人员开发了一种分析工具，旨在改善先进细胞疗法的生物制造过程。

他们的动态采样平台提供了对细胞进行修改和生长以在生物反应器中进行处理的实时分析，克服了目前耗时、劳动密集型和昂贵的过程。团队，由首席研究员领导安德烈Fedorov，最近发表了一项关于平台的研究芯片实验室是英国皇家化学学会的一本杂志。

这项工作主要得到了乔治亚理工学院两个国家研究中心的支持，他们专注于开发细胞治疗技术国家科学基金会细胞制造技术中心和马库斯治疗细胞表征和制造中心．

“人们对这些细胞疗法感到非常兴奋，因为它们真的很了不起，”该研究所教授费多罗夫说乔治W.伍德拉夫机械工程学院它是佐治亚理工学院生物工程与生物科学研究所．“他们提供了一种完全的治疗方法。你有一种疾病，而现在你没有了。”

目前，先进的细胞疗法可以在其他疗法用尽时提供治疗方案。它们被用于对抗不同形式的癌症，逆转遗传疾病的进程，以及恢复、维持或替换受损的器官。

研究进展迅速，目前美国食品和药物管理局正在考虑数百种新的基于细胞的药物应用。制造这些药物是一种微妙的平衡。

“生物制造过程需要控制产品的安全性和治疗效力，”Fedorov说。“但有一个问题——它非常昂贵。”

Fedorov和他的团队的目标是深入了解细胞行为和过程控制所需的生化信息。他们开发的技术可能会降低这些革命性疗法的成本，使其适用于更广泛的患者群体。

经批准的细胞治疗产品的价格范围是每次治疗50万美元到200万美元，生产推高了成本。

费多罗夫说:“你从病人或捐赠者身上提取一些细胞，然后修改并培养出被认为足够的细胞，目前大约有10亿个细胞。”

在细胞被采集后，它们要经历许多步骤，包括在生物反应器中进行修改，这通常需要大约14天——对于可能是最后一次有效治疗机会的患者来说，这是焦虑的两周。

费多罗夫说:“通常，这些治疗方法只被批准用于接近绝症的患者。”“问题是，你真的不知道这些细胞是否保持了它们的治疗效力。你几乎只能靠运气了，因为在整个过程中缺乏全面监控细胞状态的能力。”

Fedorov说，缺乏合适的工艺分析工具是这些疗法进入大众市场的主要瓶颈，这导致了高昂的成本，并代表了生物制造过程中的重大差距。因此，他和他的同事们开发了一种强大的新工具来填补这一空白，它大约是一个缩略图的大小。

动态采样平台

这些先进的以细胞为基础的疗法的生物制造依赖于细胞的可靠和可重复的生长，这需要对细胞繁殖的生物反应器内的化学汤进行警惕的监测和分析。

“传统的工作流程是非常手工的——有很多的移液和离心，有很多很多的细胞，这需要很长时间，”奥斯汀·卡伯森说，他是这项研究的主要作者，也是加州大学医学院的博士生Fedorov的实验室．“所以，我们想知道我们是否可以开发出更快的技术。”

他们所做的。第一代动态采样平台专注于分析细胞分泌的生物分子。它是由费多罗夫实验室的前博士生梅森·奇尔蒙奇克(Mason Chilmonczyk)开发的，他现在是实验室的博士后研究员。奇尔蒙奇克和费多罗夫正在进行将技术商业化，他们写了关于细胞制造的过程分析工具其他期刊．

Chilmonczyk开发了一种微型制造设备，可以处理培养基样品-细胞生长的维生素和生长因子的肉汤。卡伯森将研究进一步推进，创造了另一种执行细胞内分析的小设备。现在，该团队有了探测细胞内部化学活性的工具，并分析了周围富含营养的肉汤，其中含有细胞分泌的生物标志物。

“这些信息的组合为生物反应器中细胞发生的事情提供了更广泛、更深入的见解，”Culberson说。

Fedorov补充说:“我们正在寻找生物标志物，一种叫做代谢物的小分子。它们应该告诉我们细胞是如何运作的这是一个好细胞吗，它是否遵循正确的生长轨迹;它是分化成合适类型的细胞，发展出针对疾病的能力吗?在这个过程的最后，它是否有效力，能否给病人服用?”

卡伯森的微型细胞处理装置从生物反应器中提取了大约100个细胞。细胞通过像人类头发一样细的通道，然后被捕获，用肉汤冲洗，然后裂解——用电脉冲将其打开。

“在裂解后，我们将这些生物化学物质喷洒到质谱仪中进行分析，”Culberson说。“我们的目标是拥有一个完全自动化的平台，所以当你建立你的生物制造工作流时，你会安装动态采样平台。然后你就有了完全自动化的实时分析能力来指导和跟踪细胞生长。”

这样做不仅是为了省钱，也是为了节省宝贵的时间。Fedorov指出，目前还不存在可靠的实时分析来跟踪细胞生产，结果是一个次优的、低产量的过程，依赖于生产结束时的诊断。如果一批细胞是坏的，一些患者没有时间等待重新生产。

费多罗夫说:“在这种情况下，我们讨论的不是一种治疗方法的百万美元决策。”“我们谈论的是生死攸关的决定。”

参考:Culberson AL, Chilmonczyk MA, Kottke PA, Bowles-Welch AC, Ghoshal D, Fedorov AG。用于从少量细胞中快速细胞内质谱分析的样本分析平台。芯片实验室．2021; 21(23): 4696 - 4706。doi:10.1039 / D1LC00884F

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