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細胞的超小型自動化封閉系統(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)自體細胞治療產(chǎn)品。具體來說，新方法成功地用于制造和擴增CAR-T細胞，這些細胞與使用現(xiàn)有系統(tǒng)在更小的占地面積和更少的空間中生產(chǎn)的細胞一樣有效，并且使用更少的播種細胞數(shù)量和細胞制造試劑。這可能會導(dǎo)致更有效和負擔(dān)得起的自體細胞治療制造方法的擴大，甚至可能使CAR - T細胞在實驗室環(huán)境之外的護理點制造成為可能——比如在醫(yī)院和病房。
CAR -T細胞療法的制造需要對患者自身的T細胞進行分離、激活、基因改造和擴增，以便在輸注到患者體內(nèi)時殺死腫瘤細胞。盡管細胞療法已經(jīng)徹底改變了癌癥免疫療法，一些第一批接受自體細胞療法的患者病情緩解超過10年，但CAR-T細胞的制造過程仍然不一致，昂貴且耗時。它容易受到污染，容易受到人為錯誤的影響，并且需要播種細胞數(shù)量，這對于小規(guī)模的CAR -T細胞生產(chǎn)是不切實際的。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擔(dān)性。
在《Nature Biomedical Engineering》雜志上發(fā)表的一篇題為“設(shè)計用于CAR - T細胞自動化護理點制造的高密度微生物反應(yīng)器過程”的論文中，SMART研究人員詳細介紹了他們的突破:人類原代T細胞可以在2毫升自動化封閉系統(tǒng)微流控芯片中被激活、轉(zhuǎn)導(dǎo)并擴展到高密度，從而從淋巴瘤供體中產(chǎn)生超過6000萬個CAR - T細胞，從健康供體中產(chǎn)生超過2億個CAR - T細胞。使用微生物反應(yīng)器生產(chǎn)的CAR -T細胞與使用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的細胞一樣有效，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。
這項開創(chuàng)性的研究是由SMART制造個性化醫(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-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員、美國科學(xué)、技術(shù)和研究局分子與細胞生物學(xué)研究所、KK婦女兒童醫(yī)院和新加坡總醫(yī)院。
“細胞治療制造的這一進步最終可以提供一個即時護理平臺，可以大大增加CAR - T細胞生產(chǎn)槽的數(shù)量，減少這些活藥物的等待時間和成本，使細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細胞擴增率高，在微生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)時間較短(7 - 8天)，與氣滲透培養(yǎng)板(12天)相比，可以獲得相似的總T細胞數(shù)量，潛在地縮短生產(chǎn)時間30- 40%。來自微流控生物反應(yīng)器和可透氣培養(yǎng)板的CAR - T細胞在細胞質(zhì)量上僅表現(xiàn)出細微的差異。在小鼠實驗中，這些細胞在殺死白血病細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細胞治療制造限制的潛力。這種小型化將為CAR -T細胞的即時制造奠定基礎(chǔ)，并減少生產(chǎn)細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)器是一個基于灌注的自動化封閉系統(tǒng)，每劑量占地面積最小，培養(yǎng)體積和播種細胞數(shù)量最小，以及最高的細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物細胞培養(yǎng)——最初是在麻省理工學(xué)院開發(fā)的，并由Millipore Sigma推進到商業(yè)化生產(chǎn)。
與現(xiàn)有的大型自動化制造平臺相比，所需的起始細胞數(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。這可能會使患者受益，特別是那些T細胞數(shù)量低或不足以產(chǎn)生治療劑量的CAR -T細胞的兒科患者。
下一步，SMART CAMP正在進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)就可以在實驗室環(huán)境下減少勞動力，從而有可能促進CAR-T細胞的分散床邊制造。SMART CAMP也在尋求進一步優(yōu)化工藝參數(shù)和培養(yǎng)條件，以提高細胞產(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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