來自新加坡-麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟(SMART)的研究人員，麻省理工學(xué)院在新加坡的研究企業(yè)，已經(jīng)開發(fā)出一種新的方法來生產(chǎn)臨床劑量的可存活的自體嵌合抗原受體(CAR) T細(xì)胞的超小型自動(dòng)化封閉系統(tǒng)微流控芯片，大約是一副紙牌的大小。
這是首次利用微生物反應(yīng)器生產(chǎn)自體細(xì)胞治療產(chǎn)品。具體來說，新方法成功地用于制造和擴(kuò)增CAR-T細(xì)胞，這些細(xì)胞與使用現(xiàn)有系統(tǒng)在更小的占地面積和更少的空間中生產(chǎn)的細(xì)胞一樣有效，并且使用更少的播種細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞制造試劑。這可能會(huì)導(dǎo)致更有效和負(fù)擔(dān)得起的自體細(xì)胞治療制造方法的擴(kuò)大，甚至可能使CAR - T細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境之外的護(hù)理點(diǎn)制造成為可能——比如在醫(yī)院和病房。
CAR -T細(xì)胞療法的制造需要對(duì)患者自身的T細(xì)胞進(jìn)行分離、激活、基因改造和擴(kuò)增，以便在輸注到患者體內(nèi)時(shí)殺死腫瘤細(xì)胞。盡管細(xì)胞療法已經(jīng)徹底改變了癌癥免疫療法，一些第一批接受自體細(xì)胞療法的患者病情緩解超過10年，但CAR-T細(xì)胞的制造過程仍然不一致，昂貴且耗時(shí)。它容易受到污染，容易受到人為錯(cuò)誤的影響，并且需要播種細(xì)胞數(shù)量，這對(duì)于小規(guī)模的CAR -T細(xì)胞生產(chǎn)是不切實(shí)際的。盡管這些療法有效，但這些挑戰(zhàn)造成了瓶頸，限制了這些療法的可獲得性和可負(fù)擔(dān)性。
在《Nature Biomedical Engineering》雜志上發(fā)表的一篇題為“設(shè)計(jì)用于CAR - T細(xì)胞自動(dòng)化護(hù)理點(diǎn)制造的高密度微生物反應(yīng)器過程”的論文中，SMART研究人員詳細(xì)介紹了他們的突破:人類原代T細(xì)胞可以在2毫升自動(dòng)化封閉系統(tǒng)微流控芯片中被激活、轉(zhuǎn)導(dǎo)并擴(kuò)展到高密度，從而從淋巴瘤供體中產(chǎn)生超過6000萬個(gè)CAR - T細(xì)胞，從健康供體中產(chǎn)生超過2億個(gè)CAR - T細(xì)胞。使用微生物反應(yīng)器生產(chǎn)的CAR -T細(xì)胞與使用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的細(xì)胞一樣有效，但占地面積更小，空間更少，資源也更少。這轉(zhuǎn)化為更低的產(chǎn)品制造成本(COGM)，并可能降低患者的成本。
這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究是由SMART制造個(gè)性化醫(yī)療關(guān)鍵分析(CAMP)跨學(xué)科研究小組的成員領(lǐng)導(dǎo)的。合作者包括杜克-新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員、美國(guó)科學(xué)、技術(shù)和研究局分子與細(xì)胞生物學(xué)研究所、KK婦女兒童醫(yī)院和新加坡總醫(yī)院。
“細(xì)胞治療制造的這一進(jìn)步最終可以提供一個(gè)即時(shí)護(hù)理平臺(tái)，可以大大增加CAR - T細(xì)胞生產(chǎn)槽的數(shù)量，減少這些活藥物的等待時(shí)間和成本，使細(xì)胞治療更容易為大眾所接受。”使用按比例縮小的生物反應(yīng)器也可以幫助過程優(yōu)化研究，包括不同的細(xì)胞治療產(chǎn)品，”Michael Birnbaum說，他是SMART CAMP的聯(lián)合首席研究員，麻省理工學(xué)院生物工程副教授，也是該論文的共同資深作者。
由于T細(xì)胞擴(kuò)增率高，在微生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)時(shí)間較短(7 - 8天)，與氣滲透培養(yǎng)板(12天)相比，可以獲得相似的總T細(xì)胞數(shù)量，潛在地縮短生產(chǎn)時(shí)間30- 40%。來自微流控生物反應(yīng)器和可透氣培養(yǎng)板的CAR - T細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)量上僅表現(xiàn)出細(xì)微的差異。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，這些細(xì)胞在殺死白血病細(xì)胞方面具有同樣的功能。
“這種新方法表明，當(dāng)前一代自體細(xì)胞治療生產(chǎn)的急劇小型化是可行的，具有顯著緩解CAR -T細(xì)胞治療制造限制的潛力。這種小型化將為CAR -T細(xì)胞的即時(shí)制造奠定基礎(chǔ)，并減少生產(chǎn)細(xì)胞療法所需的良好生產(chǎn)規(guī)范(GMP)足跡——這是COGM的主要驅(qū)動(dòng)因素之一，”SMART CAMP的研究科學(xué)家、該論文的第一作者Wei-Xiang Sin說。
值得注意的是，研究中使用的微生物反應(yīng)器是一個(gè)基于灌注的自動(dòng)化封閉系統(tǒng)，每劑量占地面積最小，培養(yǎng)體積和播種細(xì)胞數(shù)量最小，以及最高的細(xì)胞密度和過程控制水平。這些微生物反應(yīng)器——以前只用于微生物和哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)——最初是在麻省理工學(xué)院開發(fā)的，并由Millipore Sigma推進(jìn)到商業(yè)化生產(chǎn)。
與現(xiàn)有的大型自動(dòng)化制造平臺(tái)相比，所需的起始細(xì)胞數(shù)較少，這意味著每次生產(chǎn)所需的分離珠、活化試劑和慢病毒載體的數(shù)量較少。此外，由于培養(yǎng)體積極小(2毫升;大約比大型自動(dòng)化培養(yǎng)系統(tǒng)低100倍)-這有助于顯著降低試劑成本。這可能會(huì)使患者受益，特別是那些T細(xì)胞數(shù)量低或不足以產(chǎn)生治療劑量的CAR -T細(xì)胞的兒科患者。
下一步，SMART CAMP正在進(jìn)一步研究微生物反應(yīng)器周圍的工程采樣和/或分析系統(tǒng)，這樣CAR-T生產(chǎn)就可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下減少勞動(dòng)力，從而有可能促進(jìn)CAR-T細(xì)胞的分散床邊制造。SMART CAMP也在尋求進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)和培養(yǎng)條件，以提高細(xì)胞產(chǎn)量和質(zhì)量，用于未來的臨床應(yīng)用。
A high-density microbioreactor process designed for automated point-of-care manufacturing of CAR T cells
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