细胞培养的发展为疫苗的开发和生产
COVID-19大流行已引起许多科学创新,尤其是在疫苗的生产和测试技术。
2020年12月以来,惊人的100亿剂SARS-CoV-2疫苗一直在管理全球——虽然全球疫苗股票仍然是一个挑战要克服,有些国家甚至开始体验SARS-CoV-2疫苗盈余。
新的和快速的生产方法是携带创纪录数量的疫苗的诊所,一个现实——至少部分由大流行性流感的免疫要求管理在细胞培养和并发的创新。
以外的细胞培养,细胞生长的过程中他们的自然环境在人工控制条件下,已经广泛应用于月初以来新疫苗的开发和测试方法起源于1930年代。从历史上看,疫苗已经由一个整体或部分病原体,灭活对安全管理和发展在生物系统(如鸡蛋或哺乳动物细胞)。
今天,细胞培养生长培养基的优化,优越的生物模型的发展,减少对动物的依赖组件将继续推动细胞疫苗的令人兴奋的和迅速发展的艺术发展。
细胞培养在探索性疫苗测试
细胞培养方法是勘探仪器,疫苗研发的测试和生产方面。候选疫苗必须被证明是安全有效的细胞培养实验才能进入临床前的测试和生产阶段。
由于的限制在体外模型、高失败率在临床前和临床试验中继续证明疫苗生产的重大瓶颈。增加的准确性和重现性细胞培养模型仍然是最大的动力,今天在疫苗开发方法论的创新。
添加另一个维度疫苗测试
在标准的组织培养实践、细胞生长在平面二维(2 d)单层膜,塑料容器表面的附着生长。尽管它的重要性在探索性测试的早期阶段,2 d细胞培养不概括复杂的组织架构在活的有机体内系统和能不能真正的病原体侵染循环模型。
三维(3 d)细胞培养模型可以包括多个细胞、细胞外基质和一些微流体系统组件提高了治疗的预测的在体外模型与疫苗研发的明显优势。生物打印加法制造生物结构的过程,细胞和细胞外基质组成的——现在提供细胞培养标准化以前所未有的准确性和重现性。通过3 d生物打印,可以创建复杂的多细胞结构在体外通过分层技术的生物材料。与二维模型相比,这些3 d文化可以实现更准确的反应对细胞形态、增殖能力和基因表达。他们还可以提供优越的再现性与计算机辅助设计(CAD)和标准化。
”的一个主要优势(3 d生物打印)是它的再现性,”说斯蒂芬妮Willerth博士机械工程副教授,生物医学研究中心的维多利亚大学(加拿大)。Willerth博士伪造干细胞生物工程领域的职业生涯和三维细胞培养创新。
“相同的CAD文件可以用于世界各地的生物生成相同的结构,只要他们获得适当的细胞和bio-inks,“Willerth补充道。“因此,建立了组织模型可以作为基准筛选潜在的疫苗或生产他们。”
最优媒体最优的疫苗
是否保持为2 d或3 d结构,细胞必须提供一个文化适当的液体培养基。细胞培养媒体——通常是红色或粉红色液体中在体外文化淹没——是一种鸡尾酒的营养支持和最大化的增长细胞外的自然环境。
“2 d细胞培养的主要费用包括媒体和劳动生产所需的细胞和产生的结构,“Willerth解释道。“因此,使媒体配方,持续时间更长,反过来,减少劳动需要产生大量的细胞是关键。”
细胞培养媒体通常包括氨基酸、维生素、盐、糖和补充营养。动物血清有时也添加到提供补充在组织环境中生长因子和激素。
而广泛应用于细胞培养实践中,动物血清特征往往不佳或标准化。研究揭示了近1800个蛋白质和4000年经常使用动物血清代谢物,与每个造成潜在的变化吗在体外实验。移除的动物血清疫苗生产管道已经加速交付治疗中不可缺少的一步市场,加快探索性测试和最小化所需的安全检查数量为每个候选药物。
合成媒体——如基底的补充
更换,减少和细化
动物产品起到了疫苗生产中的一个重要部分管道多年。然而,随着公众对动物福利和动物科学风险产品污染物,细胞生产的替代方法保持疫苗开发的当务之急。
许多人类疫苗在动物细胞成功和安全生产。维洛细胞的永生化细胞系从非洲绿猴肾上皮细胞的分离,已经广泛用于疫苗生产、证明仪器在对抗SARS-CoV-2。
许多研究人员认为,维洛细胞的生物相关性不提供有效的人类疫苗的发展。然而,人类的替代品也不是没有争议。在2021年,强生公司(詹森)面临怀疑涉嫌使用人类胚胎细胞系SARS-CoV-2疫苗的生产。当细胞用于公司的管道lab-derived胎儿组织,并没有包含任何人体细胞的公众文化引起了一些拒绝这种疫苗制备基于它基于单元的生产方法。
将细胞自由
信使核糖核酸(mRNA)疫苗现在占全球治疗市场的很大一部分,承诺让疫苗生产过程更快。信使核糖核酸疫苗的市场份额预计将达到一个值154.9亿美元在未来五年内,质疑在大规模细胞培养疫苗生产的未来。
在体外信使核糖核酸疫苗生产合成方法可以绕过细胞完全,创造大量的治疗年级mRNA在生物反应器系统在几小时内。虽然这种方法的潜力已经认识一段时间吗,信使rna的发展输送系统最近才使颗粒疫苗的可能性。据一些专家,信使核糖核酸疫苗技术可能取代细胞比我们可能认为更快的生产方法。
博士Namit Chaudhary是卡内基梅隆大学博士生(匹兹堡)在脂质纳米粒子的发展(lnp)交付RNA-based,无细胞疗法。“RNA-based对抗传染病的疫苗,如艾滋病毒、流感,RSV,巨细胞病毒等,已进入临床试验。如果他们表现出积极的结果,我们可能有几个致命的病原体的疫苗在不久的将来,”他说。“现代化和赛诺菲已经有候选人对流感疫苗的临床试验。根据结果我们可能很快mRNA-based流感疫苗。”
像生物打印,信使核糖核酸疫苗可以相对高的成本和基础设施需求。“的一个关键挑战限制核糖核酸疫苗的广泛使用是他们的超冷的存储需求,“Chaudhary补充道。“热稳定的疫苗(如生产用细胞的方法)在室温下稳定的长时间将使疫苗分布在低收入国家,没有束供应链。”
细胞疫苗的生产已成定局
尽管所有许可COVID-19疫苗已经显示在临床试验的成功,都有经过测试使用细胞培养方法——仍有优化的空间时细胞疫苗生产。
LNP mRNA疫苗生产技术的可用性可能会提供新的合成游离的选项,但是细胞保持必要的后期制作测试。“我认为仍有空间市场的所有技术,“Chaudhary说。“细胞培养和动物模型仍然需要测试有效性和候选疫苗的免疫反应。”
方法在3 d和无血清细胞培养可能发挥了作用在准确和可再生的治疗试验。然而,与实验室基础设施相关的高成本、培训和试剂可能延续已经富裕国家的生物经济特权。进一步的方法必须确保在疫苗生产技术进步能够转化为全球疫苗股本和公共卫生。
