《Nature Biomedical Engineering》微型高效CAR-T细胞自动生产平台

一副扑克牌大小的芯片比现有的自动化制造平台使用更少的资源和更小的占地面积，并可能导致更实惠的细胞治疗制造。

　　

来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)的研究人员，麻省理工学院在新加坡的研究企业，已经开发出一种新的方法来生产临床剂量的可存活的自体嵌合抗原受体(CAR) T细胞的超小型自动化封闭系统微流控芯片，大约是一副纸牌的大小。

这是首次利用微生物反应器生产自体细胞治疗产品。具体来说，新方法成功地用于制造和扩增CAR-T细胞，这些细胞与使用现有系统在更小的占地面积和更少的空间中生产的细胞一样有效，并且使用更少的播种细胞数量和细胞制造试剂。这可能会导致更有效和负担得起的自体细胞治疗制造方法的扩大，甚至可能使CAR - T细胞在实验室环境之外的护理点制造成为可能——比如在医院和病房。

CAR -T细胞疗法的制造需要对患者自身的T细胞进行分离、激活、基因改造和扩增，以便在输注到患者体内时杀死肿瘤细胞。尽管细胞疗法已经彻底改变了癌症免疫疗法，一些第一批接受自体细胞疗法的患者病情缓解超过10年，但CAR-T细胞的制造过程仍然不一致，昂贵且耗时。它容易受到污染，容易受到人为错误的影响，并且需要播种细胞数量，这对于小规模的CAR -T细胞生产是不切实际的。尽管这些疗法有效，但这些挑战造成了瓶颈，限制了这些疗法的可获得性和可负担性。

在《Nature Biomedical Engineering》杂志上发表的一篇题为“设计用于CAR - T细胞自动化护理点制造的高密度微生物反应器过程”的论文中，SMART研究人员详细介绍了他们的突破:人类原代T细胞可以在2毫升自动化封闭系统微流控芯片中被激活、转导并扩展到高密度，从而从淋巴瘤供体中产生超过6000万个CAR - T细胞，从健康供体中产生超过2亿个CAR - T细胞。使用微生物反应器生产的CAR -T细胞与使用传统方法生产的细胞一样有效，但占地面积更小，空间更少，资源也更少。这转化为更低的产品制造成本(COGM)，并可能降低患者的成本。

这项开创性的研究是由SMART制造个性化医疗关键分析(CAMP)跨学科研究小组的成员领导的。合作者包括杜克-新加坡国立大学医学院的研究人员、美国科学、技术和研究局分子与细胞生物学研究所、KK妇女儿童医院和新加坡总医院。

“细胞治疗制造的这一进步最终可以提供一个即时护理平台，可以大大增加CAR - T细胞生产槽的数量，减少这些活药物的等待时间和成本，使细胞治疗更容易为大众所接受。”使用按比例缩小的生物反应器也可以帮助过程优化研究，包括不同的细胞治疗产品，”Michael Birnbaum说，他是SMART CAMP的联合首席研究员，麻省理工学院生物工程副教授，也是该论文的共同资深作者。

由于T细胞扩增率高，在微生物反应器中的培养时间较短(7 - 8天)，与气渗透培养板(12天)相比，可以获得相似的总T细胞数量，潜在地缩短生产时间30- 40%。来自微流控生物反应器和可透气培养板的CAR - T细胞在细胞质量上仅表现出细微的差异。在小鼠实验中，这些细胞在杀死白血病细胞方面具有同样的功能。

“这种新方法表明，当前一代自体细胞治疗生产的急剧小型化是可行的，具有显著缓解CAR -T细胞治疗制造限制的潜力。这种小型化将为CAR -T细胞的即时制造奠定基础，并减少生产细胞疗法所需的良好生产规范(GMP)足迹——这是COGM的主要驱动因素之一，”SMART CAMP的研究科学家、该论文的第一作者Wei-Xiang Sin说。

值得注意的是，研究中使用的微生物反应器是一个基于灌注的自动化封闭系统，每剂量占地面积最小，培养体积和播种细胞数量最小，以及最高的细胞密度和过程控制水平。这些微生物反应器——以前只用于微生物和哺乳动物细胞培养——最初是在麻省理工学院开发的，并由Millipore Sigma推进到商业化生产。

与现有的大型自动化制造平台相比，所需的起始细胞数较少，这意味着每次生产所需的分离珠、活化试剂和慢病毒载体的数量较少。此外，由于培养体积极小(2毫升;大约比大型自动化培养系统低100倍)-这有助于显着降低试剂成本。这可能会使患者受益，特别是那些T细胞数量低或不足以产生治疗剂量的CAR -T细胞的儿科患者。

下一步，SMART CAMP正在进一步研究微生物反应器周围的工程采样和/或分析系统，这样CAR-T生产就可以在实验室环境下减少劳动力，从而有可能促进CAR-T细胞的分散床边制造。SMART CAMP也在寻求进一步优化工艺参数和培养条件，以提高细胞产量和质量，用于未来的临床应用。

A high-density microbioreactor process designed for automated point-of-care manufacturing of CAR T cells