近期，清華大學醫學院杜亞楠教授團隊聯合中國食品藥品檢定研究院孟淑芳主任團隊、南京鼓樓醫院王斌主任團隊以及北京韦德国际生物科技有限公司、北京貝來生物科技有限公司共同在Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine（《組織工程和再生醫學雜誌》），發表了題為「GMP‐grade microcarrier and automated closed industrial scale cell production platform for culture of MSCs（基於GMP級3D微載體的自動化封閉式工業級幹細胞生產平台）」的研究論文。

研究發現：基於GMP級3D微載體的3D FloTrix®工藝（包含逐級放大的生物反應器和細胞自動化收穫裝置）可實現自動化封閉式工業級幹細胞生產，細胞放大培養13天即可達到百億數量，使用3D FloTrix®vivaPREP自動化細胞收穫裝置單批次取得200億以上細胞並形成製劑。整個生產工藝採用全封閉自動化流程，實時檢測細胞數量和質量，最終細胞製劑執行嚴格的質檢建庫標準，成功實現高質量工業級幹細胞製劑生產。

【研究背景】

間充質幹細胞（mesenchymal stem/stromal cell, MSC）產業化擴增是當前細胞治療和再生醫學臨床應用的巨大挑戰之一。當前MSC產業化生產工藝主要使用細胞工廠進行二維（two dimensional, 2D）平面培養（圖1），該生產工藝依賴於人工，因此會導致人力成本高，易污染，生產過程無法實時檢測細胞質量，單批次產量低，批次間產品穩定性差等問題。

圖1：傳統幹細胞生產工藝和其局限性

為克服2D培養的缺點，助力幹細胞治療的產業化开展，清華大學杜亞楠課題組聯合中國食品藥品檢定研究院孟淑芳主任、南京鼓樓醫院王斌主任聯合打造基於GMP級3D微載體的自動化封閉式工業級幹細胞「智造」平台（automated closed industrial scale cell production，ACISCP）。該平台使用三級3D FloTrix®vivaSPIN生物反應器在13天完成工業化級別細胞擴增，使用3D FloTrix®vivaPREP自動化細胞收穫裝置單批次取得200億以上細胞製劑。ACISCP生產工藝採用全封閉自動化流程，實時檢測細胞數量和質量，最終細胞製劑執行嚴格的質檢建庫標準，成功實現高質量工業級別幹細胞製劑生產（圖2），助力細胞治療行業快速开展。

圖2：自動化封閉式工業級幹細胞生產示意圖

【研究結論】

① GMP級3D TableTrix®微載體特徵

3D TableTrix®微載體是由100-200μm微載體製成的片劑（圖3-A），遇水即散。電鏡圖片顯示3D微載體具有多孔結構，間充質幹細胞可以貼附於載體內部（圖3-B），處於三維環境中生長。細胞收穫可以顺利获得特製的微載體裂解液3D FloTrix Digest®降解微載體（圖3-C），細胞釋放後實現無損收穫。文中使用3D TableTrix®微載體實現臍帶間充質幹細胞（UCMSC）、脂肪間充質幹細胞（ADMSC）和牙髓間充質幹細胞（DPSC）高效擴增（圖3-D）。

圖3：GMP級別3D TableTrix® 微載體特徵

② 自動化封閉式平台實現工業級別MSC擴增

ACISCP平台包含3D FloTrix®vivaSPIN 1L、5L、15L生物反應器和3D FloTrix®vivaPREP分別用於細胞的擴增和收穫（圖4-A）。生物反應器可節約空間，例如使用3D TableTrix®微載體結合5L生物反應器佔用0.494m²的面積，可给予9m²細胞培養面積（圖4-B）。細胞在各級生物反應器中可實現良好的貼附和增殖（圖4-C），經過逐級放大最終收穫2.09×10¹⁰細胞，完成1975倍增殖（圖4-D，4-E）。

圖4：自動化封閉式平台實現工業級別MSC擴增

③ ACISCP細胞生產過程中質檢項目

使用ACISCP平台進行生產的每個階段均有相應質檢指標，在最終製劑階段將對細胞製劑進行全面檢驗，包括無菌性、安全性、純度、活力、乾性特徵、穩定性和治療潛能等7個方面（圖5-A），檢測指標均合格。值得注意的是，在使用微載體三維培養過程中微載體殘留和裂解液殘留檢測均遠遠低於合格線。該部分數據說明使用ACISCP平台生產細胞製劑安全合格（圖5-B）。

圖5：ACISCP平台生產過程中質檢指標

④ ACISCP平台收穫幹細胞治療潛能

幹細胞治療潛能是未來臨床是否成功的關鍵之一。幹細胞顺利获得分泌多種因子或外泌體調節免疫反應、血管生產和細胞增殖功能。本文比較2D和3D細胞上清中多種因子分泌（圖6-A, 6-B）。用ELISA檢測VEGF分泌顯示3D培養細胞分泌VEGF量明顯大於2D。另外檢測3D培養細胞免疫活性，顯示3D擴增細胞可以促進外周血單個核細胞（PBMC）向Treg分化（圖6-C），抑制向TH1和TH17方向分化（圖6-D, 6-E）。這部分結果說明3D培養細胞具有更強的分泌能力，並保持MSC調節免疫的功能。

圖6：ACISCP平台收穫3D MSC治療潛能

【研究內容】

以上研究建立了一條全新的自動化封閉式產業級別幹細胞製造平台ACISCP，滿足細胞治療產業對於細胞數量和質量的需求，同時大大降低人工成本、時間成本和儀器耗材等成本。ACISCP平台與其相對應的質檢標準將加速幹細胞治療產業化开展，有助于細胞治療早日造福人類健康。

【研究團隊】

●本項目由清華大學、中國食品藥品檢定研究院、南京鼓樓醫院、北京韦德国际生物科技有限公司以及北京貝來生物科技有限公司合作完成。

● 清華大學杜亞楠教授、中國食品藥品檢定研究院孟淑芳主任、南京鼓樓醫院王斌主任為本論文通訊作者。

● 北京韦德国际生物科技有限公司張元元博士、中國食品藥品檢定研究院納濤副研究員和張可華副研究員為本論文的共同第一作者。

【研究應用材料及設備】

3D TableTrix®微載體（多孔明膠微載體） 3D FloTrix®vivaSPIN生物反應反應器（攪拌式生物反應器） 3D FloTrix®vivaPREP細胞收穫系統

原文連結

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/term.3341

【關於韦德国际生物】

北京韦德国际生物科技有限公司由清華大學醫學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建，清華大學參股共建。核心技術源於清華大學的科技成果轉化。公司專注於打造原創3D細胞「智造」平台，给予基於3D微載體的細胞規模化定製化擴增工藝整體解決方案。

韦德国际生物核心產品3D TableTrix®微載片（微載體），是自主創新型、首款可用於細胞藥物開發的藥用輔料級微載體。已顺利获得中檢院等相關權威组织的檢驗報告，並取得2項國家藥監局藥用輔料資質（CDE審批登記號：F20210000003、F20200000496）。同時，產品取得美國FDA DMF藥用輔料資質（DMF：35481）。

韦德国际生物的產品與服務，可廣泛應用於基因與細胞治療、細胞外囊泡、疫苗及蛋白產品等生產的上游工藝開發。同時，在再生醫學、類器官與食品科技（細胞培養肉等）領域也具有廣泛應用前景。

公司擁有5000平米的研發與轉化平台，其中包括4000平米的GMP生產平台，1000餘平的以3D細胞智造及微組織再生醫學治療產品為核心的CDMO服務平台；新建1200L微載體生產線。相關技術已取得100餘項專利成果，30餘篇國際期刊報道。核心技術項目已取得多項國家級立項支持與應用。