Nowa metoda zwiększa skuteczność MSC w naprawie chrząstki stawowej

Naukowcy z interdyscyplinarnej grupy badawczej Critical Analytics for Manufacturing of Personalized Medicine (CAMP) w Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), instytucji badawczej MIT w Singapurze, wraz ze współpracownikami z programu inżynierii tkankowej National University of Singapore ( NUSTEP) opracowali nowy sposób na postęp. Zdolność mezenchymalnych komórek zrębowych (MSC) do wytwarzania tkanki chrzęstnej wynika z dodatku kwasu askorbinowego (AA) podczas ekspansji MSC. W badaniu odkryto również, iż relaksometria rezonansu mikromagnetycznego (μMRR), nowe narzędzie do analizy procesu (PAT) opracowane przez SMART CAMP, może zostać wykorzystane jako szybkie, niewymagające etykiet narzędzie do monitorowania procesu w celu poprawy jakości nowotworowych komórek macierzystych.

Chrząstka stawowa, tkanka łączna chroniąca zakończenia kostne w stawach, może ulec zniszczeniu z powodu urazu, wieku lub zapalenia stawów, co prowadzi do znacznego bólu stawów i niepełnosprawności. Szczególnie w krajach takich jak Singapur, które mają dużą, aktywną i starzejącą się populację, zwyrodnienie łąkotki jest chorobą rosnącą, dotykającą coraz większą liczbę osób. Autologiczny przeszczep chondrocytów jest w tej chwili jedyną zatwierdzoną przez FDA terapią komórkową w przypadku uszkodzeń chrząstki stawowej, jest jednak kosztowna, czasochłonna i wymaga wielu terapii. Komórki MSC są atrakcyjną i obiecującą alternatywą, ponieważ wykazały dobry profil bezpieczeństwa w przypadku przeszczepów. Jednakże kliniczne zastosowanie MSC jest ograniczone przez niespójne wyniki leczenia wynikające z takich czynników, jak zmienność między dawcami, zmienność międzykomórkowa podczas ekspansji komórek i niestandardowe protokoły wytwarzania MSC.

Niejednorodność nowotworowych komórek macierzystych może prowadzić do różnic w ich zachowaniu biologicznym i wynikach leczenia. Chociaż do uzyskania populacji terapeutycznie istotnych komórek do przeszczepu wymagane są rozległe ekspansje MSC, proces ten może wprowadzić heterogeniczność komórek. Dlatego konieczne są ulepszone procesy, aby zmniejszyć heterogeniczność komórek przy jednoczesnym zwiększeniu liczby komórek dawców przy jednoczesnej poprawie potencjału chondrogennego – zdolności MSC do różnicowania się w chondrocyty w celu naprawy tkanki chrzęstnej – aby utorować drogę dla skuteczniejszych i spójnych terapii opartych na MSC.

W artykule badawczym zatytułowanym „Modulacja metaboliczna w celu poprawy ekspansji MSC i potencjału terapeutycznego w naprawie chrząstki stawowej” opublikowanym w czasopiśmie naukowym Badania i terapia komórkami macierzystymibadacze z projektu CAMP szczegółowo opracowali strategię inicjowania mającą na celu zwiększenie ekspansji wysokiej jakości MSC poprzez modyfikację sposobu, w jaki komórki wykorzystują energię. Wyniki badań wykazały pozytywny związek między potencjałem chondrogennym a fosforylacją oksydacyjną (OXPHOS), procesem wykorzystującym redukcję tlenu do wytworzenia adenozynotrójfosforanu, źródła energii napędzającego i wspierającego wiele procesów zachodzących w żywych komórkach. Sugeruje to, iż manipulowanie metabolizmem MSC jest obiecującą strategią zwiększania potencjału chondrogennego.

Korzystając z nowatorskich technologii PAT opracowanych w ramach projektu CAMP, badacze zbadali potencjał modyfikacji metabolicznych w krótko- i długoterminowym zbieraniu i ponownym wysiewaniu komórek. Aby zwiększyć jego potencjał chondrogenny, zmieniono skład składników odżywczych, w tym glukozy, pirogronianu, glutaminy i kwasu askorbinowego (AA). Ponieważ AA wspiera OXPHOS i jego pozytywny wpływ na potencjał chondrogenny podczas różnicowania – procesu, w którym niedojrzałe komórki stają się dojrzałymi komórkami o określonych funkcjach – naukowcy badali jego wpływ podczas ekspansji MSC.

Stwierdzono, iż dodanie AA do hodowli komórkowych w pojedynczym pasażu podczas ekspansji MSC i przed rozpoczęciem różnicowania poprawia różnicowanie chondrogenne, co jest krytycznym atrybutem jakości (CQA) dla lepszej naprawy chrząstki stawowej. Długotrwałe leczenie AA spowodowało ponad 300-krotny wzrost produkcji MSC o potencjale chondrogennym oraz zmniejszenie heterogeniczności komórek i starzenia się komórek – procesu, w którym komórka starzeje się i trwale przestaje się dzielić, ale nie umiera – w porównaniu do AA. Nieleczone komórki. MSC traktowane AA o potencjale chondrogennym wykazały silną zmianę profilu metabolicznego na OXPHOS. Ta zmiana metaboliczna koreluje z pomiarami μMRR, pomagając w identyfikacji nowych CQA, które można wdrożyć w produkcji MSC w celu naprawy chrząstki stawowej.

Badania pokazują także potencjał opracowanego przez CAMP narzędzia do analizy procesu (PAT), relaksometrii rezonansu magnetycznego (μMRR) – zminiaturyzowanego urządzenia wykorzystującego obrazowanie rezonansu magnetycznego (MRI) w skali mikroskopowej – jako narzędzia do monitorowania procesów rozszerzających MSC z suplementacją AA. Pierwotnie stosowana jako metoda diagnostyki malarii bez etykiet ze względu na obecność paramagnetycznych cząsteczek hemozoiny, μMRR została wykorzystana w badaniach do wykrywania starzenia się nowotworowych komórek macierzystych. Ta szybka, niewymagająca etykietowania metoda wymaga do oceny jedynie niewielkiej liczby komórek, umożliwiając wytwarzanie terapii MSC w systemach zamkniętych – systemie chroniącym produkty farmaceutyczne poprzez zmniejszenie ryzyka skażenia ze środowiska zewnętrznego – przy jednoczesnym umożliwieniu okresowego monitorowania o ograniczonej ilości. Rozmiar na produkcję.

„Zmienność dawców, niejednorodność populacji i starzenie się komórek utrudniają powodzenie MSC jako standardowego leczenia w naprawie chrząstki stawowej. „Nasze badania wykazały, iż suplementacja AA podczas ekspansji MSC może pokonać te wąskie gardła i zwiększyć potencjał chondrogenny MSC”. powiedział Cheng An Te, starszy badacz ze stopniem doktora w SMART CAMP i pierwszy autor artykułu.

Kontrolując warunki metaboliczne, takie jak suplementacja AA, w połączeniu z narzędziami analitycznymi specyficznymi dla CAMP, takimi jak μMRR, można radykalnie zwiększyć wydajność i jakość produktów terapii komórkowej. Ten przełom może pomóc uczynić terapię MSC bardziej skuteczną i opłacalną opcją leczenia oraz zapewnić punkty odniesienia dla ulepszenia rurociągu produkcyjnego.

Cheng An Te, starszy stażysta podoktorski, SMART CAMP

„To podejście polegające na wykorzystaniu modyfikacji metabolicznych w celu poprawy potencjału chrząstki MSC można zaadaptować w podobnych koncepcjach do innych wskazań terapeutycznych, takich jak potencjał osteogenny do naprawy kości lub innych typów komórek macierzystych. Wdrożenie naszych odkryć w warunkach produkcyjnych MSC mogłoby potencjalnie poprawić tę skuteczność być ważnym krokiem naprzód dla pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów i innymi chorobami stawów, ponieważ możemy skutecznie wytwarzać duże ilości wysokiej jakości MSC o stałych funkcjach i umożliwiać leczenie większej liczby pacjentów. Boyer, główny badacz w SMART CAMP, jest profesorem biologii i inżynierii biologicznej w MIT Tech oraz autor korespondencyjny tego artykułu.

Badania przeprowadził SMART przy wsparciu Narodowej Fundacji Badań (NRF) z Singapuru w ramach programu Campus Research Excellence and Technology Enterprise (CREATE).