细胞扩增:细胞疗法开发中的限速步骤

【字体: 时间:2022年06月28日 来源:生物通

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  在细胞疗法的开发过程中,人们需要不断改进来优化其中的多个步骤,包括细胞制备(收集、纯化、转染)和细胞扩增。

新兴的细胞疗法正在为患者带来希望。细胞疗法主要分为两种:干细胞疗法和免疫细胞疗法。

干细胞疗法是将干细胞移植到患者体内,以替换或修复受损的细胞或组织。免疫细胞疗法则是采集人体自身的免疫细胞(如T细胞或NK细胞),经过体外改造和扩增,然后再回输到患者体内,从而杀死血液及组织中的病原体、癌细胞或突变细胞。

不过,细胞疗法也给开发人员带来了新的挑战,特别是如何实现规模经济或大规模生产。这种范式转变所带来的挑战与生物技术早期面临的挑战不同,但同样是hard模式。

Charles River(查士利华)公司负责细胞和基因疗法服务的主管Matthew Hewitt表示:“随着更新的制造技术上线,生产方法必须工业化,以降低成本,并让患者能够随时用上这些潜在的治疗方法。”

在细胞疗法的开发过程中,人们需要不断改进来优化其中的多个步骤,包括细胞制备(收集、纯化、转染)和细胞扩增。

前期步骤

在收集细胞时,人们有几个选择,包括收集全血,或者收集半处理的白膜层(已去除血浆)。当然,最常用的方法是白细胞分离术(leukopaks),从外周血中提取出白细胞。

Hewitt解释说:“全血是效率最低的方法,因为它往往只能产生较少的白细胞。白膜层的处理方法比较简单,但最终得到的白细胞数量与全血差不多。白细胞分离术需要一些处理,但通常是用最少的预处理换来最多的细胞。”

目前还有一些试剂盒可完成细胞分离,它们采用磁珠,从异质性的细胞群体中分离出特定细胞(比如T细胞)。不过,细胞疗法涉及到多种稀有细胞的操作,因此在收集细胞时并没有一种万能的方法可达到理想的产量和纯度。

大多数癌症细胞疗法需要收集和修饰T细胞,它们在外周血中大量存在。其他细胞疗法则需要使用造血干细胞(HSC)、间充质干细胞(MSC)或诱导多能干细胞(iPSC)。

“HSC在外周循环中通常很罕见,仅占收集到细胞的1%,而MSC和iPSC则来自祖细胞,”Hewitt谈道。Charles River拥有处理各种类型的免疫细胞的经验,包括树突状细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞。目前免疫细胞疗法主要使用T细胞,但它们并不是唯一被用于癌症治疗的细胞类型。

转染和扩增

大多数细胞治疗项目使用病毒载体,通过转导对细胞进行遗传改造。有些则不使用病毒载体,采用转染和电穿孔。Hewitt解释说,电穿孔利用电流在细胞膜上产生孔洞,并将遗传物质引入细胞中。“由于打开这些孔洞需要电流,我们会看到细胞活力的下降,具体取决于电穿孔转染方案优化得如何。”

之后,转导或转染的细胞将进入扩增阶段,这可以说是细胞疗法生产过程中的核心操作。自体细胞治疗的一个疗程可能需要数亿个细胞(如自体CAR-T疗法),也可能需要数百亿个细胞(如自体肿瘤浸润淋巴细胞TIL疗法)。异体细胞疗法的生产过程可产生数百亿个细胞,而iPSC衍生疗法的数量可能更高。

细胞数量如此之大,因此Hewitt强调了简单易行的重要性,特别是在早期研究中。“细胞扩增的具体问题是没有一个平台可以满足所有疗法开发人员的需求。”

“一些开发人员可能更喜欢从开放的手动制造过程进入临床试验。I期试验的关键是剂量递增,而且剂量可能非常大,这对自动化制造过程来说是很大的挑战。一旦在I期试验后确定了剂量方案,开发人员就能更好地了解未来的临床剂量。然后,他们就会考虑是否切换到一个封闭的自动化制造平台,”Hewitt说。

产业化

从商业的角度来看,细胞疗法目前所处的位置与30年前的治疗性蛋白质相同:几十个靶点、平台和分子,几百项临床前和临床研究,以及数十亿患者,但还没有清晰的产业化道路。

Cytiva(思拓凡,前身是GE医疗生命科学部,现属于丹纳赫旗下)细胞和基因疗法的产品经理George White认为:“如果要在多种适应症中广泛使用细胞疗法,就需要改进自动化、简化工艺并管理供应链,以满足需求。”

“若要扩大规模,制造过程必须从开放和手动转变为封闭和自动,以减少污染和风险,提高产品一致性和效率,并在整个过程中增加可追溯性,以确保监管合规。”

通过自动化,操作人员能够在关键的工艺步骤中量化产品特性,以便应对起始材料的可变性,比如脆弱的活细胞。工业界和学术界的研究团队已着手将先进的技术推向更加自动化、封闭且可扩展的系统,从而最大限度降低风险,并考量未来的需求增长。

“在生产单剂量的自体细胞疗法时,自动化尤为重要,因为存在很大的变异风险,”White补充道。“制造商在工艺开发的过程中花些时间来自动化关键步骤,并减少手动操作,可以获得巨大的收益。”

在早期采用阶段,自动化的主要好处不是通量,而是一致性。之后,随着开发人员在自体细胞疗法方面获得更多的经验,它能够扩展规模有限的疗法来治疗更多患者。未来,异体细胞疗法也将变得更加可行。

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