文章來源：Cytiva思拓凡

作者：Zhang Lixiang，Cytiva

           Ying Bi，原能細胞科技集團

 

導(dǎo)語

干細胞 作為一種能夠自我更新和分化的細胞類型，已經(jīng)為世人熟知。自被發(fā)現(xiàn)起，干細胞就一直是研究熱點。根據(jù)《 2016-2022 年中國干細胞醫(yī)療行業(yè)市場現(xiàn)狀與行業(yè)前景調(diào)研分析報告》，2010 年全球干細胞產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為 215 億美元，到 2015 年時已增至 635 億美元。預(yù)測到 2020 年，全球干細胞市場規(guī)模達到 4000 億美元。

作為在再生醫(yī)學(xué)中使用的最常見的干細胞類型，間充質(zhì)干細胞（MSC）有著巨大的市場價值空間且不斷被看好。

如今，MSC 是臨床試驗中最常用的干細胞類型，也是科學(xué)文獻中研究最多的干細胞類型。

全球范圍內(nèi)其相關(guān)的臨床試驗超過 900 項，中國臨床試驗注冊中心注冊的 MSC 臨床試驗超過 104 項。這充分說明 MSC 治療是世界范圍內(nèi)臨床應(yīng)用研究的熱點，而我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展也勢頭強勁。

MSC 幾乎存在于我們體內(nèi)的所有組織中，但最常見于骨髓、脂肪組織、臍帶組織、臍帶血和胎盤。除了具有多功能性和分化成多種細胞譜系外，它們還能分泌多種細胞因子和生長因子，從而實現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)，促進損傷愈合和組織再生。

 

MSC 非常適合細胞治療的臨床應(yīng)用，因為它們具有多種譜系分化潛力。

它們可以在體外或體內(nèi)分化成不同類型的功能細胞以代替老化或受損細胞。因為 MSC 的這些特性，其在 2020 年新冠肺炎的治療中也表現(xiàn)出了積極效果，新冠病毒感染誘發(fā)機體內(nèi)嚴重的炎癥反應(yīng)，炎性細胞因子增加、外周淋巴細胞減少、肺部損傷等，MSC 具有免疫調(diào)節(jié)能力和損傷修復(fù)功能，所以具有治療新冠肺炎的潛能。目前的初步臨床結(jié)果顯示間充質(zhì)干細胞移植具有安全性和初步的有效性，是治療新冠肺炎的又一選擇，能夠為重癥患者提供新的治療工具。

當前，全球干細胞療法處在技術(shù)到產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的過度階段。那么如何在體外進行細胞規(guī)模化的高效擴增，是 MSC 應(yīng)用中的關(guān)鍵。
 

傳統(tǒng)擴增 MSC 的主要方式是采用方瓶、細胞工廠等進行 2D 貼壁培養(yǎng)，一個病人單次需要回輸幾個億單位的細胞，那么就需要大量的 2D 培養(yǎng)容器以及操作人員；對于貼壁類型的細胞培養(yǎng)，如果想要規(guī)模化生產(chǎn)，微載體是不錯的選擇方式，新型的擴增 MSC 的方式是使用微載體以及波浪式反應(yīng)器 WAVE，可以高效的進行干細胞的擴增，培養(yǎng)過程如下：

 

一、實驗材料

 

 

細胞：間充質(zhì)干細胞

培養(yǎng)方式：微載體 Cytodex 1 貼壁培養(yǎng)

培養(yǎng)基：無血清無外源蛋白成份明確間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)基（由原能細胞科技集團自主開發(fā)）

反應(yīng)器：WAVE 25

 

二、實驗步驟

 

1.

微載體的預(yù)處理

1.1 微載體處理：Cytodex 1 使用 DPBS 泡發(fā) 3 h。

1.2 使用 DPBS 洗滌 2 次 Cytodex 1，DPBS 浸泡后滅菌（121℃，30 min）。

1.3 Cytodex 1 冷卻沉淀后，棄上清，安全柜內(nèi)無血清培養(yǎng)基洗滌 2 次，定容。

2.

WAVE 的操作

2.1 無菌環(huán)境下拆開細胞袋，安裝無菌空氣濾器等配件。

2.2 將微載體培養(yǎng)液及細胞懸浮液依次從細胞袋輸液管道輸入。

2.3 將細胞袋固定在 WAVE 反應(yīng)器托盤上，連接空氣泵，設(shè)定溫度 37 ± 0.5 度、泵壓、反應(yīng)器轉(zhuǎn)速度和角度。

3.

MSC 細胞接種及培養(yǎng)過程

3.1 按 6000 cells/cm²接種新鮮 MSC 細胞至微載體培養(yǎng)液中（3 g/L）），孵育 30 min-1 h（間歇式搖勻）或者孵育過夜，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至細胞不沉降聚集即可。

3.2 每隔一天從細胞袋無菌取樣口用無菌注射器抽取 5 ml-10 ml 培養(yǎng)液進行鏡檢及支原體、內(nèi)毒素等安全性質(zhì)量檢測。

3.3 培養(yǎng) 4-5 天，細胞長滿。

4.

MSC細胞的收獲

4.1 培養(yǎng) 4-5 天后將細胞微載體懸浮液從細胞袋出液管道輸出至細胞收集瓶。

4.2 棄上清，DPBS 洗滌一遍，加入 Tryple 消化酶，溫和搖勻消化 10 min-15 min。靜置，待微載體沉降后，吸取細胞懸浮液。DPBS 再洗滌 2 遍，吸取細胞懸浮液。

4.3 離心 400×g，5 min。收集細胞，計數(shù)。

 

三、實驗結(jié)果

 

1.

細胞生長情況

按0.6 × 10⁴ cells/cm2接種新鮮MSC細胞至微載體培養(yǎng)液中（3g/L），4-5天后細胞可以長滿Cytodex 1，每cm2可以生長2.5 × 104 MSC，細胞在Cytodex 1上的生長照片如下圖1。

圖 1. 微載體培養(yǎng) MSC 生長圖片

2.

流式細胞儀檢測MSC細胞表面標記物

藥典對 MSC 細胞表面標記物的檢測要求是：CD73、CD90、CD105 ≥ 95%；CD11b、CD19、CD34、CD45、HLA-DR ≤ 2%。對上述培養(yǎng)的細胞進行檢測，結(jié)果顯示細胞表面標記物均滿足要求并且陽性指標 CD73、CD90、CD105 、CD44 ≥ 98%，陰性指標 CD11b、CD19、CD34、CD45、HLA-DR 總和≤ 2%（數(shù)據(jù)未顯示）。

圖2. 微載體培養(yǎng)MSC流式表型

3.

MSC 成脂和成骨分化

對 MSC 進行成脂和成骨誘導(dǎo)分化，油紅 O 染色后顯示成脂效果很好；茜素紅 S 染色顯示成骨效果很好。

圖3. 微載體培養(yǎng)MSC成脂分化

圖4. 微載體培養(yǎng)MSC成骨分化

 

四、成本分析

 

 

以培養(yǎng)單人次回輸細胞量 3.2×109 cells 為例，對比新型和傳統(tǒng)擴增 MSC 方式的成本分析，主要從培養(yǎng)階段的耗材成本和人員成本角度考慮，其中耗材成本如下圖 5，使用 Cytodex 1 和 WAVE 的培養(yǎng)方式相較于 150 mm Dish 能夠節(jié)約 14%，相較于 Hyper  Flask 能夠節(jié)約 190% 的耗材成本。人員成本角度列于表 1，使用 Cytodex 1 和 WAVE 的培養(yǎng)方式可以減少培養(yǎng)批次，從而降低批次間變異性，同時擁有合理的人員成本。

 

總結(jié)

綜上，采用微載體 Cytodex 1 和波浪式反應(yīng)器 WAVE 可以高效培養(yǎng)間充質(zhì)干細胞，能夠得到滿足藥典需求的細胞表面標記物，以及很好的進行成脂和成骨分化，同時具有較低的耗材消耗成本以及最少的批次數(shù)，降低批次間的變異性，便于對過程進行監(jiān)控。

以上實驗數(shù)據(jù)來自于原能細胞科技集團，原能細胞科技集團是創(chuàng)業(yè)板上市公司開能健康（300272）投資創(chuàng)建的企業(yè)，開能健康持有原能集團近 16% 的股份，是單一最大股東。

 

目前原能集團總部定位在張江科學(xué)城核心區(qū)，擁有占地面積 60 畝，建筑面積 7 萬多平方米的原能細胞產(chǎn)業(yè)園。集團旗下有三個主要子公司：以細胞治療為主業(yè)的原能醫(yī)學(xué)技術(shù)公司、致力于 1+N 細胞庫建設(shè)的原能細胞庫有限公司、致力于深低溫全自動化裝備研發(fā)與制造的原能細胞低溫設(shè)備有限公司，三大子公司各自獨立發(fā)展，相互協(xié)同支持。其中原能醫(yī)學(xué)技術(shù)公司、原能低溫設(shè)備公司都是國家高新企業(yè)，其雙特異性抗體、全自動、深低溫無人值守細胞裝備產(chǎn)品備受行業(yè)矚目，已技術(shù)授權(quán)轉(zhuǎn)讓給世界知名生物醫(yī)藥企業(yè)或獲得訂單，展示了良好的發(fā)展前景。