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清華大學醫學院杜亞楠課題組在Tissue Engineering以封面文章報道一種新型多孔可降解微載體片劑實現人源間充質干細胞的大規模擴增 時間:2020-06-15

清華大學醫學院杜亞楠教授研究組近期在組織工程領域權威期刊《組織工程》‘Tissue Engineering Part C: Methods.以封面文章的形式在線發表了“可分散式可降解3D多孔微載體片劑用于人源間充質干細胞的大規模擴增”的研究長文(Dispersible and Dissolvable Porous Microcarrier Tablets Enable Efficient Large-Scale Human Mesenchymal Stem Cell Expansion)。該研究中采用的3D TableTrix?微載片是一種新型多孔可降解的微載體片劑,配合全自動化生物反應器,為工業化大規模生產人源間充質干細胞(hMSCs)提供了可行的解決方案。

 

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人源間充質干細胞(hMSCs)在組織工程和再生醫學中具有巨大的應用價值,是目前臨床應用中最受青睞的成體干細胞之一。然而,hMSCs療法的臨床應用仍存在挑戰,其中關鍵的瓶頸問題是間充質干細胞的高質量和規模化生產。據估計,臨床細胞治療每批次需要1010-1012個細胞才能夠滿足治療需求,而傳統的2D平面培養方式難以支持。同時由于hMSCs為貼壁細胞,現有生物反應器僅支持規模化培養懸浮細胞,用于生物制劑如蛋白類藥物和疫苗生產。因此,研發適于hMSCs規模化擴增的體外培養載體成為行業發展的迫切需求。杜亞楠課題組長期致力于體外3D細胞培養微載體的開發和應用。本論文主要介紹了課題組自主研發的微組織工程技術,(已在北京華龕生物科技有限公司進行技術轉化和產品化:3D TableTrix?微載片)用于干細胞體外大規模擴增的應用。該微載片采用獨特片狀設計,每片微載片厚度和直徑僅為1.58±0.01mm和7.98±0.06mm,即開即用,遇水即可分散成數萬多孔微載體顆粒,顆粒直徑分布在200μm左右(圖1)。3D TableTrix?微載片使用前無需進行復雜的準備過程,極大的簡化了細胞培養的操作流程,便于高質量大規模hMSCs細胞擴增培養。

 

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圖1.3D TableTrix?微載體顆粒

 

研究團隊首先驗證了采用3D TableTrix?微載片,在華龕生物自主研發的小型生物反應器(125mL培養瓶)中動態培養條件下hMSCs的生長情況。將AD-MSCs細胞接種到微載體上24h可實現高達98%的細胞貼附率,將2×106細胞接種到10片3D TableTrix?微載片上,培養4天,最終收獲5.82±0.45×107細胞。隨后在1L自動化生物反應器中放大培養,將2×107的微組織(含有細胞的微載體)接種到50片微載片上,通過3D原位球轉球技術繼續培養7天,最終hMSCs細胞收獲量達到1.05±0.11×109,細胞擴增倍數超過500倍(圖2),實現了從實驗室小規模轉瓶到1L生物反應器體系的工藝放大。

 

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圖2.3D TableTrix?微載片及hMSCs規模化擴增

 

3D TableTrix?微載片, 遇培養基后自動分散為萬千微載體 (A), hMSCs在生物反應器中規模化高活性培養(B),細胞連續擴增曲線及細胞活性(C),連續培養11天細胞擴增倍數(D)

 

使用3D TableTrix?微載片完成細胞擴增后,可通過特制裂解液裂解微載片收獲純細胞懸液,細胞回收率為98.6%±0.1%,細胞活性在90%以上。更重要的是3D TableTrix?微載片收獲的細胞仍保留其免疫表型特征和三向分化潛能,且基因組穩定,無明顯衰老表型(圖3)。

 

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圖3.細胞收獲及質量評估

 

微載體降解過程中細胞熒光及明場狀態(A),載體完全降解后細胞回收率和活性(B), 經3D TableTrix?微載片培養裂解收獲后AD-MSCs表面標記物流式分析(C),三項分化潛能(D),核型分析(E)和衰老表型(F),其中圖Ⅳ為陽性對照

 

本研究顯示了3D TableTrix?微載片在3D干細胞大規模擴增制備中的應用潛能,結合華龕生物自主研發的3D FloTrix? 自動化生物反應器,有望為干細胞技術的臨床轉化以及產業化提供新思路新方法。

本工作由清華大學醫學院研究團隊和北京華龕生物有限公司合作完成。 清華大學醫學院杜亞楠教授為本論文通訊作者,北京華龕生物科技有限公司技術總監鄢曉君博士和研發工程師張昆為本文的共同第一作者。清華大學醫學院博士生呂丞、北京華龕生物科技有限公司總經理劉偉博士、徐環葉、鄧東凱和楊艷萍參與了此項工作。

 

論文鏈接:https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ten.tec.2020.0039


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