Новый подход к производству клеток, которые секретируют и доставляют терапевтические препараты в определенные части тела, стал большим шагом на пути к восстановлению суставов и повреждений после сердечных приступов, противодействию отторжению трансплантата и излечению неизлечимых в настоящее время заболеваний легких.

Клетки, называемые мезенхимальными стромальными клетками, могут дифференцироваться, как стволовые клетки , чтобы стать клетками соединительной ткани хряща, кости, жира и многих органов. Их также можно заставить секретировать препараты мРНК, которые естественным образом вырабатываются клетками, чтобы вызвать восстановление, а затем доставить эту полезную нагрузку в необходимые области, используя механизм оттачивания, похожий на механизм иммунных клеток .

Хотя такие клеточные терапии обещают произвести революцию в лечении многих расстройств, исследования сталкиваются с технологическими узкими местами. Ученые не полностью поняли свойства клеток, необходимые для безопасного и эффективного лечения состояния, и разработка метода надежного увеличения числа клеток во время производства оказалась сложной задачей.

В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Translational Medicine, описывается система, разработанная и испытанная в Корнелле и Массачусетском технологическом институте, которая решает эти проблемы.

«Мы не знали, как увеличить количество клеток, не изменяя непреднамеренно их свойства, и затем нам нужно понять, какими эти свойства должны быть изначально», — сказала Кристин Ван Влит, вице-президент по исследованиям и инновациям, профессор материаловедения в Школе биомедицинской инженерии имени Мейнига в Корнеллском инженерном институте и старший автор статьи.

«Обе эти проблемы связаны: вам нужно измерить то, что важно, а затем вам нужно поддерживать это измерение, пока вы пытаетесь увеличить количество клеток до хорошей дозировки», — сказала она.

Исследователи, включая первого автора статьи Брэндона Крупчака, аспиранта в лаборатории Ван Влита, разработали платформу «микроноситель-микробиореактор», которая позволила им контролировать множество переменных — характеристики клеточной сигнализации, pH, температуру, газы — и создавать постоянную высококачественную среду для клеток. Первые результаты показывают, что этот подход может подготовить эти клетки к производству большего количества терапевтических белков для лечения состояний.

«Мы считаем, что этот подход с использованием микроносителей и микробиореактора работает гораздо лучше, чем традиционный золотой стандарт, поскольку обеспечивает очень строгий контроль и соблюдение нормативных условий в ходе производственного процесса», — сказал Крупчак.

В ходе исследования ученые разработали микроноситель — поддерживающую структуру из растворимого желатина, которая позволяет мезенхимальным стромальным клеткам закрепляться и расти. Они были помещены в микробиореактор, изготовленный компанией, содержащий контейнеры для культивирования объемом в миллилитр, которые исследователям пришлось модифицировать для своих целей. Весь аппарат для выращивания клеток имеет размер смартфона.

Исследование само по себе является подтверждением принципа создания мезенхимальных стромальных клеток, которые потенциально могут лечить острый респираторный дистресс-синдром — заболевание, которое приводит к неконтролируемому воспалению в легких и является основной причиной смерти от COVID.

Используя платформу микроносителя-микробиореактора, команда вырастила стромальные клетки от трех разных доноров, соответственно, а затем повторила эксперимент три раза для клеток от одного донора. Они предприняли несколько шагов, чтобы убедиться, что их данные были законными и воспроизводимыми от одного донора к другому и для одного донора. Они сравнили свои результаты с используемой в настоящее время техникой колб, используя полистироловые колбы для культуры тканей с питательной средой для выращивания клеток, которая служила экспериментальным контролем.

Для контекста Купчак отметил, что когда экспрессия генов в клетках в экспериментальных условиях в три-пять раз выше, чем в контрольных, результаты обычно считаются успешными.

«В некоторых случаях для этой статьи мы получили результаты, которые были в 400 раз выше в наших экспериментальных условиях по сравнению с контрольной колбой, что указывает на то, что в наших экспериментальных условиях плавает в 400 раз больше наших терапевтических частиц, чем в контрольной колбе», — сказал он.

Сделав среду более однородной с помощью процесса микроносителя-микробиореактора и измерив эти переменные, они обнаружили, что метод обеспечивает высококачественный контроль и подготавливает клетки к выработке большего количества белков, которые коррелируют с лечением острого респираторного дистресс-синдрома, хотя они не тестировали их эффекты на мышах или людях.

По словам авторов , исследование открывает путь к использованию нового производственного процесса и контроля качества для дальнейшего продвижения производства клеточной терапии к ее применению в клинике.

Соавтором является Камилла Фарруджио, материаловед из Массачусетского технологического института.