根據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IACR）發(fā)布的2020年全球最新癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)，僅2020年中國新發(fā)癌癥病例就高達(dá)457萬例，死亡病例300萬例，兩項數(shù)據(jù)皆高居全球第一。繼手術(shù)、放療、化療以后，細(xì)胞治療被稱為第四種腫瘤療法，2013年甚至被Science評為年度最有價值的科學(xué)突破之一，可以說21世紀(jì)是細(xì)胞治療的時代。

 

 

《Nature Reviews Drug Discovery》上發(fā)表的全球癌癥免疫療法分析表示，截止2021年4月16日，全球在研的活細(xì)胞治療藥物共計有2073種，其中CAR-T細(xì)胞療法新增的臨床管線高達(dá)到299條，新增幅度達(dá)到35%，在免疫細(xì)胞療法中名列前茅。中國和美國CAR-T細(xì)胞療法研發(fā)臨床試驗項目遠(yuǎn)高于其他國家。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年，中國正在進(jìn)行的臨床階段的CAR-T療法為36款，共計三百多個相關(guān)臨床項目在研。

 

什么是細(xì)胞培養(yǎng)？

 

細(xì)胞培養(yǎng)是指從動物或植物中提取細(xì)胞，然后在人工環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)以進(jìn)行科學(xué)研究。最早的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是在100多年前開發(fā)的，為科學(xué)的巨大突破做出了貢獻(xiàn)。如今，它已成為全世界實驗室用于研究細(xì)胞的生理學(xué)、生物化學(xué)、疾病潛在機(jī)制以及藥物和有毒化合物的作用的基本工具。它也可用于在藥物篩選和大規(guī)模制造生物化合物，諸如疫苗和治療性蛋白質(zhì)。

 

細(xì)胞所需的基本設(shè)備和試劑

要進(jìn)行需要細(xì)胞培養(yǎng)工作的研究并進(jìn)行基本的細(xì)胞培養(yǎng)方案，下表1和表2匯總了一些關(guān)鍵設(shè)備和一些基本試劑。

 

細(xì)胞培養(yǎng)所需的基本試劑
 

其他設(shè)備包括在層流罩中的抽吸泵，可輕松地從細(xì)胞培養(yǎng)容器中去除培養(yǎng)基和試劑；用于對設(shè)備和可重復(fù)使用玻璃器皿進(jìn)行消毒的高壓滅菌器；注射器，針頭和鑷子；計時器 、75％乙醇噴霧瓶和紙巾卷，用于對表面和設(shè)備進(jìn)行消毒；膠帶和用于標(biāo)記的永久性標(biāo)記記號筆；管架和廢物箱等。

 

細(xì)胞培養(yǎng)所需的基本試劑

 

細(xì)胞培養(yǎng)基礎(chǔ)

對于細(xì)胞存活和生長，至關(guān)重要的是培養(yǎng)環(huán)境盡可能復(fù)制細(xì)胞的生理環(huán)境�？梢钥刂频呐囵B(yǎng)條件包括溫度、相對濕度和二氧化碳含量，以及與培養(yǎng)基相關(guān)的因素，例如營養(yǎng)成分、pH、分子滲透摩爾濃度以及補(bǔ)料的體積和使用頻率。這些變量會隨時間波動，因此應(yīng)對其 進(jìn)行監(jiān)視。下表3突出顯示了大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)的最佳培養(yǎng)條件，但有些細(xì)胞確實存在例外。

 

 

大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞的最佳細(xì)胞培養(yǎng)條件

 

原代細(xì)胞與永生細(xì)胞

原代細(xì)胞培養(yǎng)是直接從完整或分離的組織或器官片段中分離并在培養(yǎng)皿中生長的細(xì)胞。首次將原代培養(yǎng)物進(jìn)行傳代培養(yǎng)后，它就被稱為細(xì)胞系。原代細(xì)胞系的壽命有限，在達(dá)到衰老狀態(tài)（細(xì)胞分裂停止）之前只能傳代培養(yǎng)10至20次。

 

一些細(xì)胞系的壽命沒有限制，并且具有無限的增殖能力。這些細(xì)胞系被稱為連續(xù)的或永生的細(xì)胞系。細(xì)胞的永生化可以多種方式發(fā)生。癌細(xì)胞具有固有的突變，使細(xì)胞能夠不受限制地繁殖。最初具有有限壽命的正常細(xì)胞可以通過促進(jìn)生長的基因突變而轉(zhuǎn)化為永生化細(xì)胞。通過化學(xué)處理或引入可激活生長促進(jìn)基因的致瘤病毒，也可使在培養(yǎng)物中生長的正常細(xì)胞永生。下圖1顯示了從原代到轉(zhuǎn)化后連續(xù)細(xì)胞系的進(jìn)化以及每個階段的理論細(xì)胞產(chǎn)量。

 

原代細(xì)胞到連續(xù)細(xì)胞系的進(jìn)化和理論細(xì)胞產(chǎn)量

 

細(xì)胞培養(yǎng)冷凍保存和復(fù)蘇

細(xì)胞系是寶貴的資源，因此保存庫存以進(jìn)行長期存儲至關(guān)重要。冷凍保存是指在非常低的溫度下冷卻和保存細(xì)胞以保持其生存能力的過程。細(xì)胞庫適合在低于-130°C的溫度下長期保存。

 

冷凍保存培養(yǎng)細(xì)胞的最佳方法是在冷凍保護(hù)劑（例如DMSO）存在的情況下，將它們保存在完全培養(yǎng)基中的液氮中。防凍劑降低培養(yǎng)基的凝固點，還可以降低冷卻速度，從而大大降低形成冰晶的風(fēng)險，而冰晶可能損壞細(xì)胞并導(dǎo)致細(xì)胞死亡。細(xì)胞應(yīng)以高濃度（例如90％融合時）和最早的傳代次數(shù)進(jìn)行冷凍保存。簡而言之，冷凍保存包括洗滌和沉淀細(xì)胞，將其重懸于含有DMSO（例如5％DMSO）的完全培養(yǎng)基中，并將細(xì)胞懸浮液轉(zhuǎn)移至1mL無菌冷凍管中。由于細(xì)胞必須緩慢冷凍，因此將冷凍管放置在可控速率的冷凍室或冷凍室中。將冷凍冷凍的容器在-50至-80°C的溫度下儲存24小時，然后將冷凍管轉(zhuǎn)移到液氮儲存器中。

 

確切的冷凍條件取決于使用的細(xì)胞系。檢查特定于細(xì)胞系的條件非常重要，否則冷凍的種子細(xì)胞在復(fù)蘇和再培養(yǎng)時可能不會產(chǎn)生活細(xì)胞。

 

為了從液氮儲存中恢復(fù)細(xì)胞系，將冷凍的小瓶在便攜式液氮容器或干冰中運輸?shù)郊?xì)胞培養(yǎng)區(qū)域。冷凍小管中的DMSO一旦融化，會對細(xì)胞產(chǎn)生毒性，因此，為確保高細(xì)胞活力，必須在37°C水浴中迅速融化細(xì)胞，并立即將其轉(zhuǎn)移到裝有預(yù)熱培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中。培養(yǎng)基稀釋了DMSO，因此細(xì)胞不再處于有毒濃度。一旦復(fù)蘇的細(xì)胞繁殖并傳代兩次，它們就可以用于實驗。比較好的法是盡快冷凍儲存更多細(xì)胞，并更換長期存儲的細(xì)胞。

 

細(xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染控制建議

在細(xì)胞治療產(chǎn)品（如CAR-T細(xì)胞）生產(chǎn)過程中，鑒于供體的可變性及可能含有傳染性疾病的病原體，且培養(yǎng)過程易導(dǎo)致污染，故尤其關(guān)注防止顆粒及微生物污染。特別是在細(xì)胞治療產(chǎn)品上游的關(guān)鍵工藝，在設(shè)計工藝流程時，建議設(shè)計一個封閉的、或功能封閉的制造過程，以降低產(chǎn)品污染的風(fēng)險。在細(xì)胞治療產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程中，對潔凈環(huán)境的控制、一次性系統(tǒng)的使用、對生產(chǎn)及培養(yǎng)設(shè)備的選擇等更是有著嚴(yán)格的合規(guī)要求。

 

摒棄型工藝解決方案

首先，可選擇使用拋棄型工藝解決方案，可以降低微生物污染和交叉污染的風(fēng)險，滿足無菌化的要求。直接接觸細(xì)胞治療產(chǎn)品的無菌耗材應(yīng)當(dāng)盡可能使用一次性材料，并且所使用的耗材必須要經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，在開展耗材適用性和生物安全性評估，以及基于風(fēng)險評估開展充分的耗材相容性和密封性的研究后，才能投入生產(chǎn)中使用。

 

生產(chǎn)及培養(yǎng)設(shè)備污染防控

再者，對于生產(chǎn)及培養(yǎng)設(shè)備來說，更加需要嚴(yán)格把關(guān)。比如設(shè)備的外表面應(yīng)易清潔，盡量沒有清潔死角，同時耐受消毒劑及滅菌劑；其次，設(shè)備使用時應(yīng)兼具產(chǎn)品及使用者的生物安全需求；最后設(shè)備運行過程和操作過程中，應(yīng)降低甚至避免對潔凈室的潔凈環(huán)境的影響，確保生產(chǎn)環(huán)境符合要求。

 

置于產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境中的CO2培養(yǎng)箱，可以為細(xì)胞提供穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境條件，保障產(chǎn)品的質(zhì)量。培養(yǎng)箱的開關(guān)門及排風(fēng)均會對其放置的周邊潔凈環(huán)境有一定影響，建議在前端設(shè)備選型時注意，并在設(shè)備進(jìn)入到使用環(huán)境后注意維護(hù)及控制，從而保證設(shè)備不會對外部潔凈環(huán)境造成破壞。特別注意的是培養(yǎng)箱內(nèi)部的環(huán)境建議等同于B級潔凈環(huán)境，使得開閉門時內(nèi)外潔凈級別一致，同時設(shè)備運行過程散發(fā)的排風(fēng)顆粒應(yīng)在硬件設(shè)計上有所控制，使其滿足使用環(huán)境的需求。