Charles J. Hunt, dr

privind

Sawston CB22 3HT (Marea Britanie)

Articole similare pentru „”

  • Facebook
  • Stare de nervozitate
  • LinkedIn
  • E-mail

Abstract

Introducere

Medicina regenerativă a fost definită ca înlocuirea sau regenerarea celulelor, țesuturilor sau organelor umane pentru restabilirea sau stabilirea funcției normale [1]. Cuprinde o gamă largă de modalități terapeutice, de la transplantul de organe și țesuturi la schele sofisticate de inginerie tisulară și terapii celulare, precum și tratamente mai tradiționale care implică produse farmaceutice, biologice și dispozitive [2]. Include produse biologice produse în spitale, cum ar fi măduva osoasă autologă și celule stem din sângele periferic (PBSC), precum și produse de țesut alogen precum sângele din cordonul ombilical (valvele cardiace), valvele cardiace și pielea cu grosime divizată produsă de băncile de țesuturi publice/private. Mai recent, câmpul s-a extins pentru a include o gamă de noi terapii celulare bazate pe celule stem pluripotente adulte, embrionare (hESC) și induse (iPSC), precum și celule somatice, accentul începând să se îndrepte spre implicarea biofarmei comerciale, adesea în colaborare cu parteneri academici și clinici.

Spre deosebire de terapiile tradiționale cu celule stem hematopoietice, terapiile celulare nou apărute sunt o clasă divergentă de produse care, pe lângă faptul că sunt clasificate după tipul de celule, pot fi clasificate și după indicația terapeutică, statutul de administrare (autolog sau alogen), nivelul de manipulare implicat atât în ​​producția lor, cât și prin tehnologia lor de bază [3]. Dintr-o perspectivă de reglementare, în cadrul Uniunii Europene (UE), aceste terapii celulare nou apărute sunt denumite produse medicamentoase de terapie avansată [4] care sunt subdivizate în continuare pe baze tehnologice în celule somatice, terapie genică și produse de inginerie tisulară. În SUA, produsele de terapie celulară includ imunoterapii, vaccinuri împotriva cancerului și alte tipuri de terapii cu celule autologe și alogene, inclusiv cele care utilizează celule stem hematopoietice, adulte și embrionare [5].

Până în prezent, puține produse de terapie celulară au apărut pe piață. La sfârșitul anului 2015, existau 38 de produse de terapie celulară autorizate în Canada, UE, Japonia, Coreea și SUA [6]. Cifre mai recente pentru UE indică faptul că au fost acordate autorizații de piață pentru un total de 10 medicamente pentru terapie avansată [7], SUA aprobând 16 produse pentru terapie celulară și genetică începând din decembrie 2018 [8]. Cu toate acestea, există în prezent numeroase studii clinice în diferite etape ale progresului: baza de date a studiilor clinice listând 93 de studii pentru celulele stem mezenchimale (MSC) și 40 care implică hESC și iPSC pentru o mare varietate de aplicații terapeutice [9, 10], în timp ce potențialul din domeniul terapiei celulare a condus la recunoașterea acestuia ca al patrulea pilon terapeutic al asistenței medicale globale [11].

Aplicarea oricărei terapii la oameni necesită ca aceasta să fie fabricată și distribuită într-un cadru de reglementare pentru a asigura siguranța și eficacitatea. Acest cadru include nu numai procesul de fabricație, ci și evenimente din amonte, cum ar fi achiziționarea de materiale de pornire și stocarea și distribuția în aval a produsului. În cazul terapiilor celulare, necesitatea de a stoca materialul celular sau de a conserva anumite atribute celulare, uneori în mai multe puncte ale procesului de fabricație necesită introducerea unei etape de crioconservare. Într-un studiu recent realizat de Food and Drug Administration (FDA), s-a constatat că peste 80% din documentele transmise de MSC folosesc crioconservarea ca parte a procesului de fabricație pentru stocarea și livrarea produsului [12].

Crioconservarea oferă un număr substanțial de beneficii: elimină necesitatea menținerii celulelor în cultură pe termen lung, cu problemele sale asociate de schimbare epigenetică și deriva genetică; permite menținerea fenotipurilor de celule dorite prin stocarea băncilor de celule master și de lucru; permite carantinarea celulelor donatoare și a produsului final pentru a permite testarea microbiologică extinsă, în timp ce, dintr-o perspectivă comercială, oferă produsului o perioadă de valabilitate și simplifică problemele logistice asociate cu transportul celulelor în interiorul sau între facilități. Terapeutic, permite tratamente multiple din același lot de celule și flexibilitate în momentul tratamentului pentru pacient.

În timpul fabricației, procesul de crioconservare uneori precede și urmează de obicei cultura și expansiunea celulelor și este o parte integrantă a procesului bancar. Produsul final în sine, dacă este congelat, va trebui depozitat, transportat la o temperatură sub zero adecvată și în cele din urmă decongelat înainte de administrare la pacient. Ca atare, eficacitatea și stabilitatea produsului final sunt la fel de dependente de aceste procese, precum și de restul procesului de fabricație. Cu toate acestea, deși o componentă cheie, crioconservarea ocupă adesea un loc în spate în alte domenii ale bioprocesării atunci când vine vorba de optimizare și control. Această lipsă de atenție la un proces cheie de fabricație a fost identificată ca un potențial blocaj în dezvoltarea viitoare a produselor complexe de terapie celulară [13, 14]. O înțelegere aprofundată a procesului de crioconservare, inclusiv stocarea la temperaturi scăzute, este, prin urmare, vitală pentru producerea comercială de succes a terapiilor celulare.

Cu toate acestea, diversitatea terapiilor celulare și marea varietate de materiale de pornire celulare face puțin probabil ca un proces universal de crioconservare să fie realizabil. Acest lucru face cu atât mai important ca principiile criobiologice fundamentale să fie înțelese și aplicate corect. Analizele cuprinzătoare ale principiilor criobiologiei și ale răspunsului biologic al celulelor la aplicarea temperaturilor sub zero sunt dincolo de scopul acestei lucrări și pot fi găsite în altă parte [15-17]. Scopul acestei lucrări este de a identifica provocările tehnice comune tuturor proceselor de crioconservare, indiferent de tipul de celulă sau țesut utilizat și de formatul în care este livrată terapia celulară.

Crioconservare

Crioconservarea este aplicarea temperaturilor scăzute pentru a păstra integritatea structurală și funcțională a celulelor și țesuturilor în timpul cărora faza apoasă suferă de obicei o schimbare de fază pentru a forma gheață. Odată înghețate, celulele și țesutul pot fi depozitate într-o stare stabilă, cu condiția ca temperatura sub zero atinsă să fie suficient de scăzută: de obicei, la sau aproape de temperatura azotului lichid (–196 ° C). Alternativ, conservarea poate fi realizată prin vitrificare, care este solidificarea unui sistem apos fără cristalizare și creșterea gheții [18]. În timpul crioconservării, supraviețuirea celulară semnificativă și menținerea integrității structurale pot fi realizate numai prin utilizarea compușilor cunoscuți colectiv ca agenți crioprotectori (CPA). În concentrație scăzută, CPA diminuează daunele cauzate de răcirea lentă, unde formarea de gheață extracelulară în timpul înghețării determină o creștere substanțială a concentrației substanțelor dizolvate dăunătoare. Utilizate în concentrație mare sau în combinație, acestea contribuie la promovarea vitrificării la rate de răcire reduse, realizabile în mod real.

Din păcate, nu toate celulele și țesuturile răspund în mod egal la un anumit protocol de crioconservare. Diferențele în compoziția lor fizică și biologică, cum ar fi permeabilitatea membranei și raportul suprafață la volum, produc răspunsuri variate la procesul de crioconservare, ducând la diferențe de viabilitate la decongelarea ulterioară. Mai mult, „sănătatea” metabolică și funcțională a celulelor care intră în procesul de crioconservare va afecta rezultatul, iar conceptul de „gunoi în, gunoi afară” este la fel de aplicabil crioconservării ca și informaticii.

Prin urmare, este necesar nu numai să se optimizeze procesul de cultură celulară, ci să se optimizeze protocolul de crioconservare pentru tipul (celele) de celule de interes, mai degrabă decât să se adopte un protocol care, în timp ce oferă o anumită recuperare post-dezgheț, poate duce totuși la o pierdere semnificativă a viabilității și funcționalității. Această pierdere poate fi de până la 60-70%, cu unele protocoale de crioconservare a celulelor stem raportate, în funcție de testul utilizat și de momentul aplicării post-dezgheț [19]. Deși conservarea suboptimală poate părea acceptabilă, dată fiind capacitatea celulelor de a se extinde după dezgheț, aceasta poate impune o presiune de selecție nedorită care este exprimată în timpul culturii ulterioare. Mai mult, s-a demonstrat că crioconservarea suboptimală duce la leziuni cromozomiale și modificări epigenetice [20], în timp ce prezența celulelor apoptotice și necrotice în produsul final înainte de aplicare la pacient poate invoca un răspuns inflamator sau induce o reacție imunologică anormală [21]. ]. În timp ce în general a fost aplicată o abordare empirică pentru optimizarea protocolului de crioconservare, în contextul unei terapii celulare reglementate, această abordare poate să nu fie de dorit și o abordare metodologică sau de calitate prin proiectare poate fi mai adecvată [22, 23].

Crioconservarea poate fi împărțită într-o serie de elemente interdependente, toate acestea trebuind controlate și fiecare dintre ele își pune propriile provocări tehnice:

Alegerea sistemului de containere

Alegerea soluției CPA și a vehiculului

Protocol pentru adăugarea CPA

Alegerea unui proces de congelare sau vitrificare