SMART-forskere udvikler hurtig og effektiv metode til at producere røde blodlegemer

Forskere fra Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), MITs forskningsvirksomhed i Singapore, har opdaget en ny måde at fremstille menneskelige røde blodlegemer (RBC'er), der halverer dyrkningstiden sammenlignet med eksisterende metoder og bruger nye sorterings- og oprensningsmetoder, der er hurtigere, mere præcis og billigere.

Blodtransfusioner redder millioner af liv hvert år, men over halvdelen af ​​verdens lande har ikke tilstrækkelig blodforsyning til at opfylde deres behov. Evnen til at fremstille RBC'er efter behov, især det universelle donorblod (O+), ville i væsentlig grad gavne dem, der har behov for transfusion for tilstande som leukæmi, ved at omgå behovet for store mængder blodudtagninger og vanskelige celleisoleringsprocesser.

En nemmere og hurtigere fremstilling af røde blodlegemer ville også have en betydelig indvirkning på blodbanker verden over og reducere afhængigheden af ​​donorblod, som har en højere risiko for infektion. Det er også afgørende for sygdomsforskning såsom malaria, der rammer over 220 millioner mennesker årligt, og kan endda muliggøre nye og forbedrede celleterapier.

Imidlertid, fremstilling af røde blodlegemer er tidskrævende, og skaber uønskede biprodukter, hvor de nuværende oprensningsmetoder er dyre og ikke optimale til terapeutiske anvendelser i stor skala. SMARTs forskere har således designet en optimeret mellemliggende kryogen opbevaringsprotokol, der reducerer cellekulturtiden til 11 dage efter optøning, eliminerer behovet for kontinuerlig 23-dages blodfremstilling. Dette er hjulpet af komplementære teknologier, som teamet udviklede til højeffektive, lavpris RBC-rensning og mere målrettet sortering.

I et papir med titlen "Microfluidic label-free bioprocessing of human reticulocytes from erythroid culture, " for nylig offentliggjort i Lab on a Chip , forskerne forklarer de enorme tekniske fremskridt, de har gjort for at forbedre RBC-produktionen. Undersøgelsen blev udført af forskere fra to af SMARTs tværfaglige forskningsgrupper (IRG'er):Antimicrobial Resistance (AMR) og Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP), og ledes af hovedefterforskerne Jongyoon Han, professor ved MIT, og Peter Preiser, professor ved NTU. Holdet inkluderede også AMR- og CAMP IRG-fakultetet udnævnt ved National University of Singapore (NUS) og Nanyang Technological University (NTU).

"Traditionelle metoder til at producere humane røde blodlegemer kræver normalt 23 dage for cellerne at vokse, ekspanderer eksponentielt og modnes til sidst til røde blodlegemer, " siger Dr. Kerwin Kwek, hovedforfatter af papiret og senior postdoc ved SMART CAMP. "Vores optimerede protokol opbevarer de dyrkede celler i flydende nitrogen på hvad der normalt ville være dag 12 i den typiske proces, og efter behov optøs cellerne og producerer røde blodlegemer inden for 11 dage."

Forskerne udviklede også nye oprensnings- og sorteringsmetoder ved at modificere eksisterende Dean Flow Fractionation (DFF) og Deterministic Lateral Displacement (DLD); udvikling af et trapezformet tværsnitsdesign og mikrofluidisk chip til DFF-sortering, og et unikt sorteringssystem opnået med en omvendt L-formet søjlestruktur til DLD-sortering.

SMARTs nye sorterings- og oprensningsteknikker ved hjælp af de modificerede DFF- og DLD-metoder udnytter RBC's størrelse og deformerbarhed til oprensning i stedet for sfærisk størrelse. Da de fleste menneskelige celler er deformerbare, denne teknik kan have brede biologiske og kliniske anvendelser såsom kræftceller og immuncellesortering og diagnostik.

Ved afprøvning af de rensede RBC'er, de viste sig at bevare deres cellulære funktionalitet, som demonstreret af høj malariaparasit-infektivitet, som kræver meget rene og sunde celler til infektion. Dette bekræfter, at SMARTs nye RBC-sorterings- og rensningsteknologier er ideelle til at undersøge malariapatologi.

Sammenlignet med konventionel celleoprensning ved fluorescensaktiveret cellesortering (FACS), SMARTs forbedrede DFF- og DLD-metoder tilbyder sammenlignelig renhed, mens de behandler mindst dobbelt så mange celler pr. sekund til mindre end en tredjedel af prisen. I opskalering af fremstillingsprocesser, DFF er mere optimal for dets høje volumetriske gennemløb, der henviser til, at i tilfælde, hvor cellens renhed er afgørende, DLDs højpræcisionsfunktion er mest fordelagtig.

"Vores nye sorterings- og oprensningsmetoder resulterer i væsentligt hurtigere cellebehandlingstid og kan nemt integreres i nuværende cellefremstillingsprocesser. Processen kræver heller ikke en uddannet tekniker til at udføre prøvehåndteringsprocedurer og er skalerbar til industriel produktion, " Dr. Kwek fortsætter.

Resultaterne af deres forskning ville give videnskabsmænd hurtigere adgang til endelige celleprodukter, der er fuldt funktionelle med høj renhed til en reduceret produktionsomkostning.