Automatizované procesy pre vysokoškálovú produkciu mezenchymálnych kmeňových buniek v regeneratívnej medicíne

Vedecký kolektív Národného ústavu reumatických chorôb v spolupráci s Lekárskou fakultou Univerzity Komenského v Bratislave publikoval v novembri 2024 odborný článok s názvom „Automated Manufacturing Processes and Platforms for Large-scale Production of Clinical-grade Mesenchymal Stem/Stromal Cells“ v karentovanom vedeckom časopise Stem Cell Reviews and Reports.

Mezenchymálne kmeňové/stromálne bunky (MSCs) sa nachádzajú v popredí regeneratívnej medicíny vďaka svojim výnimočným regeneračným a imunomodulačným vlastnostiam. Ich terapeutická aplikácia však čelí viacerým výzvam, a to najmä pri vysokoškálovej výrobe klinicky použiteľného produktu, ktorá musí prebiehať v súlade s prísnymi regulačnými požiadavkami správnej výrobnej praxe (GMP, z angl. Good Manufacturing Practice). Táto nová štúdia prináša komplexný prehľad automatizovaných výrobných procesov a platforiem, ktoré umožňujú efektívnu a bezpečnú výrobu vysokého množstva klinicky použiteľných MSCs.

Publikácia sa zameriava nielen na automatizované kultivačné systémy, ale aj na veľkokapacitné kultivačné nádoby, GMP kultivačné reagencie a v neposlednom rade diskutuje o pokrokoch v regulovanej kryokonzervácii bunkových preparátov. Táto práca predstavuje dôležitý krok vpred smerom k využitiu plného potenciálu MSCs v regeneratívnej medicíne a k zvýšeniu dostupnosti bunkových terapií pre pacientov.

Authors/ Autori: Magdaléna Strečanská, Tatiana Sekeľová, Veronika Smolinská, Marcela Kuniaková, Andreas Nicodemou

Abstract: Mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) hold immense potential for regenerative medicine due to their remarkable regenerative and immunomodulatory properties. However, their therapeutic application requires large-scale production under stringent regulatory standards and Good Manufacturing Practice (GMP) guidelines, presenting significant challenges. This review comprehensively evaluates automated manufacturing processes and platforms for the scalable production of clinical-grade MSCs. Various large-scale culture vessels, including multilayer flasks and bioreactors, are analyzed for their efficacy in MSCs expansion. Furthermore, automated MSCs production platforms, such as Quantum® Cell Expansion System, CliniMACS Prodigy®, NANT001/ XL, CellQualia™, Cocoon® Platform, and Xuri™ Cell Expansion System W25 are reviewed and compared as well. We also underscore the importance of optimizing culture media specifically emphasizing the shift from fetal bovine serum to humanized or serum-free alternatives to meet GMP standards. Moreover, advances in alternative cryopreservation methods and controlled-rate freezing systems, that offer promising improvements in MSCs preservation, are discussed as well. In conclusion, advancing automated manufacturing processes and platforms is essential for realizing the full potential of MSCs-based regenerative medicine and accomplishing the increasing demand for cell-based therapies. Collaborative initiatives involving industry, academia, and regulatory bodies are emphasized to accelerate the translation of MSCs-based therapies into clinical practice.

Abstrakt: Mezenchymálne kmeňové/stromálne bunky (MSCs) majú obrovský potenciál pre regeneračnú medicínu vďaka svojim pozoruhodným regeneračným a imunomodulačným vlastnostiam. Ich terapeutická aplikácia si však vyžaduje výrobu vo veľkom meradle podľa prísnych regulačných noriem a smerníc správnej výrobnej praxe (GMP), čo predstavuje značné výzvy. Tento prehľad komplexne hodnotí automatizované výrobné procesy a platformy pre vysokoškálovú výrobu MSCs klinickej kvality. Popisujeme a diskutujeme účinnosť rôznych veľkokapacitných kultivačných nádob, vrátane viacposchodových kultivačných fliaš a bioreaktorov pre expanziu MSCs. Okrem toho ponúkame prehľad a porovnanie automatizovaných produkčných platforiem pre produkciu MSCs, ako je napr. Quantum® Cell Expansion System, CliniMACS Prodigy®, NANT001/ XL, CellQualia™, Cocoon® Platform a Xuri™ Cell Expansion System W25. Zdôrazňujeme tiež dôležitosť optimalizácie kultivačných médií s osobitným dôrazom na GMP normy a to konkrétne posun od fetálneho bovínneho séra k jeho humanizovaným alebo bezsérovým alternatívam. Okrem toho prinášane aj zhrnutie o pokrokoch v alternatívnych metódach kryokonzervácie a systémoch zmrazovania s kontrolovanou rýchlosťou, ktoré ponúkajú sľubné zlepšenia v konzervácii MSCs. Záverom možno povedať, že pokrok v automatizovaných výrobných procesoch a platformách je nevyhnutný na realizáciu plného potenciálu regeneratívnej medicíny založenej na MSCs a na dosiahnutie rastúceho dopytu po bunkových terapiách. Kľúčovým aspektom je aj samotná iniciatíva spolupráce medzi priemyselným odvetným, akademickou obcou a regulačnými orgánmi s cieľom urýchliť prenos terapií založených na MSCs do klinickej praxe.

Obrázok: Komplexný prehľad bioprocesných stratégii pre vysokoškálovú produkciu mezenchymálnych kmeňových/ stromálnych buniek (MSCs) klinickej kvality s využitím produkčných platforiem ako: Quantum ® Cell Expansion System, CliniMACS Prodigy ® , NANT001/ XL, CellQualia ™ , Cocoon ® Platform, and Xuri ™ Cell Expansion System W25. Tieto platformy vyžadujú vstupný materiál medzi ktorý patrí primárna vzorka, alebo už izolované MSCs, kultivačné médium, premývací roztok (PBS – fosfátový tlmivý roztok), disociačné činidlo (trypsín, TrypLE) a prípadne ďalšie aditíva. Finálny bunkový produkt je po takejto výrobe podrobený komplexnému radu tzv. downstream výrobných procesov akými sú zber buniek, kontrola kvality (hodnotí sa čistota, identita, terapeutický potenciál a bezpečnosť finálneho produktu), kryokonzervácia a formulácia terapeutického produktu. Obrázok vytvorený pomocou BioRender.com (Created with BioRender.com).

Celý článok sa nachádza na:

https://link.springer.com/article/10.1007/s12015-024-10812-5