研究人员开创了检测细胞培养中微生物污染的新方法

【字体: 时间:2022年06月23日 来源:

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  为了创造能使更多人受益的细胞疗法,研究人员不断完善细胞培养的制造方法和过程,以确保安全、高效和无菌。新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)的跨学科研究小组(IRG)——麻省理工学院在新加坡的研究企业——的个性化医疗制造关键分析(CAMP)的研究人员开发了一种利用机器学习的新方法,可以在几分钟内检测间质基质细胞(MSC)培养物中是否存在微生物污染。与效率较低的终点检测相比,异常检测模型能够预测培养物是否清洁或污染,并可用于细胞制造过程中,从而确保用于患者的细胞治疗产品(CTP)的快速和准确检测。

  
   

SMART CAMP Research Engineer Shruthi Pandi Chelvam using the UV Absorbance Spectrometer to investigate the robustness of the anomaly detection machine learning algorithm    

图:SMART CAMP研究工程师Shruthi Pandi Chelvam使用紫外吸收光谱仪研究异常检测机器学习算法

图片来源:SMART CAMP

  • 细胞培养中潜在微生物污染的鉴定是细胞治疗生产的一个组成部分,以确保其在患者使用前的安全性、无菌性和质量

  • 传统的微生物检测试验通常需要数天时间,通常以终端产品检测的形式进行,这可能与细胞治疗产品的保质期不相容;相比之下,CAMP开发的模型只需几分钟,可以作为一种过程监控或最终产品测试的形式进行

  • 一旦发现早期,受污染的细胞培养物可以被丢弃,细胞治疗产品的生产可以更早地重新开始,从而提高整体成本和资源效率


麻省理工学院新加坡研究与技术联盟(SMART)的个性化医疗制造关键分析跨学科研究组(IRG)的研究人员开发了一种检测间质基质细胞(MSC)培养物中外来微生物污染的新方法,确保了用于患者的细胞治疗产品(CTP)的快速和准确测试。利用机器学习以近乎实时的方式预测培养物是否干净或被污染,与效率较低的端点测试相比,这种突破性的方法可以用于细胞制造过程中。

这一突破是简化细胞疗法制造过程的重要一步。这种方法不仅可以确保患者输液前细胞产品的安全性和无菌性,而且可以更快地替代通常需要几天时间的传统无菌检查,而且对制造商来说也更具成本效益,因为如果一批产品受到污染,可以停止生产并重新开始生产。相关成果最近发表在著名期刊《细胞疗法》(Cytotherapy)上。

近年来,细胞疗法已成为各种疾病、损伤和疾病的重要治疗选择。通过将健康的人体细胞移植到患者体内来治愈或替换受损的细胞,细胞疗法在有效治疗癌症、自身免疫性疾病、脊髓损伤和神经系统疾病等方面显示出越来越大的希望。随着细胞疗法的进步和拯救更多生命的潜力,研究人员继续完善细胞培养制造方法和流程,以确保这些产品的安全性、效率和无菌性供患者使用。

CAMP开发的异常检测模型是一种用于检测细胞培养物中微生物污染的快速、无标记过程分析技术(PAT)。最近发表在著名期刊《细胞疗法》(Cytotherapy)上的一篇口头摘要《工艺开发与制造:间充质基质细胞培养中微生物污染的异常检测》解释了该团队的研究。

该机器学习模型首先从一系列不同培养条件下的间充质基质细胞培养物(MSC)中收集无菌细胞培养基样本。一些收集的样品在不同的菌落形成单位(cfu)中加入不同的细菌菌株,这是对测试样品中微生物估计浓度的测量。用紫外可见光谱法分别获得无菌样品、未加标加菌样品和加标加菌样品的吸收光谱,并利用无菌样品的光谱对机器学习模型进行训练。用无菌和添加了细菌的混合样本对模型进行测试,证明了该模型在准确预测无菌情况方面的性能。

“这一发现的实际应用是巨大的:当与在线技术相结合时,该模型可用于连续监测在良好生产规范(GMP)设施中的生物反应器中生长的培养物。因此,GMP设备可以在闭环操作下,以更少的人力,更快地对废培养基中的细菌进行无菌检测。最后,接受细胞治疗作为治疗的一部分的患者可以确保产品已经经过了彻底的安全性和无菌性评估,”SMART CAMP的主要作者和研究工程师Shruthi Pandi Chelvam说,他与SMART CAMP的主要研究人员Derrick Yong和Stacy Springs合作开发了这种方法。

在细胞治疗制造过程中,该异常检测模型可以在几分钟内检测到细胞培养物中是否存在不定性微生物污染。这种过程中的方法可以节省时间和资源,因为被污染的培养物可以立即丢弃和重建。这种方法提供了一种快速替代传统的无菌试验和其他微生物细菌检测方法,通常需要几天时间,几乎总是在成品上进行。

“我们在微生物异常检测中越来越多地采用机器学习,这使我们能够开发一种独特的测试,可以快速执行过程中的污染监测,这标志着我们在进一步简化细胞治疗制造过程方面迈出了巨大的一步。除了确保患者输液前细胞产品的安全性和无菌性外,这种方法还为制造商提供了成本和资源效率,因为它允许在培养物被污染时果断重启和停止批量生产,”SMART CAMP的科学总监Yie Hou Lee补充说。

下一步,CAMP计划开发一种过程中监测管道,将这种异常检测模型与一些正在开发的内部在线技术相结合,这将允许使用生物反应器进行周期性培养分析。这将为进一步的、长期的连续培养监测实验研究提供可能性。

主要作者Shruthi Pandi Chelvam还获得了“早期专业人士文摘奖”,该奖项专门颁发给三位杰出的学者,摘要通过盲审的方式评分。该研究还被接受为2022年国际细胞和基因治疗学会(ISCT)的口头报告,这是细胞和基因治疗领域的著名活动。

麻省理工学院的Krystyn Van Vliet和新加坡国立大学教授Hanry Yu共同领导了SMART CAMP,他补充说:“这种以团队为基础的跨学科技术开发方法解决了细胞治疗制造中的关键瓶颈——包括允许间歇性或在线监测可能的偶然剂污染的快速安全评估——是SMART CAMP研究目标的一个标志。”

文章标题

ANOMALY DETECTION FOR MICROBIAL CONTAMINATION IN MESENCHYMAL STROMAL CELL CULTURE


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