Adherent Cell Culture Research: From Start-Up to Scale-Up | Corning

A pesquisa em cultura de células aderentes tem contribuído para avanços significativos na medicina moderna, melhorando a compreensão dos estados de progressão de doenças e apoiando o desenvolvimento de intervenções seguras e eficazes. Em 2022, mais de 2.000 ensaios clínicos em medicina regenerativa utilizaram terapia celular, imuno-oncologia baseada em células, terapia genética ou engenharia de tecidos.

Para um ser humano adulto, uma dose terapêutica pode exigir centenas ou milhões de células. Multiplicando isso por diversas doses e centenas de pacientes por ensaio clínico, bilhões de células podem ser necessárias em um curto período de tempo. Para complicar ainda mais, a vasta diversidade de tipos de células e suas muitas possíveis utilizações significa que não existe uma abordagem única para o trabalho com células aderentes. No entanto, uma lista crescente de protocolos estabelecidos na literatura pode servir como um bom ponto de partida para projetos em fase de pesquisa e desenvolvimento. Além disso, avanços recentes em plataformas de cultura de células têm simplificado o processo de escalonamento para milhões ou bilhões de células aderentes.

Mapeando o Treinamento celular

Para qualquer projeto de pesquisa, faz sentido considerar os objetivos finais desde cedo no processo, incluindo o número estimado de células necessárias para um determinado número de pacientes. A partir daí, trabalhe retroativamente para criar um plano para chegar de forma eficiente desde a etapa de pesquisa até a etapa de produção piloto e, finalmente, à produção comercial. O caminho para chegar de um criotubo congelado a bilhões de células para tratamento de pacientes é chamado de Treinamento celular. Ela deve evoluir à medida que você aprende a semear, expandir e colher efetivamente suas células sem comprometer a qualidade das células ou dos produtos celulares que você precisa.

O que você pode realisticamente alcançar também será determinado pelo tempo disponível para o desenvolvimento do processo, assim como pelo orçamento, espaço e número de pessoal que você pode dedicar à produção. Em geral, soluções mais rápidas exigirão mais espaço, uma força de trabalho maior e mais consumíveis (incluindo meios e frascos) por número de células. No entanto, inovações tecnológicas têm levado a soluções prontas para uso que são atraentes para muitas aplicações em uma variedade de escalas. Essas soluções utilizam recipientes com várias camadas e empilhados que proporcionam uma área de superfície maior em um espaço menor. Para grupos de pesquisa que podem dedicar mais tempo ao desenvolvimento do processo, reatores de leito fixo (RLF) oferecem controle adicional, e microcarregadores dissolvíveis podem ser usados com frascos agitadores descartáveis ou biorreatores tradicionais para cultura de células aderentes em um ambiente de suspensão.

Cultura de Células Aderentes em Escala: Transição para Recipientes Maiores

Para muitos grupos de pesquisa, o primeiro passo na escalonamento envolverá a transição de um frasco T-150 típico para um recipiente maior, como os  frascos CellSTACK®, HYPERFlask® ou HYPERStack® da Corning®. As câmaras de cultura CellSTACK estão disponíveis em tamanhos de 1, 2, 5, 10 e 40 camadas, com até 25.440 cm² de área de crescimento. Todos os CellSTACKs podem ser convertidos em sistemas fechados usando uma variedade de tampas e tubos de sistema fechado oferecidos pela Corning. A transição para um sistema fechado facilitará a transição para a Boas Práticas de Fabricação (BPF), que é essencial para a fase de produção.

Os frascos HYPERFlask e HYPERStack da Corning utilizam um filme inovador permeável a gás para oferecer soluções mais compactas. Esses recipientes possuem uma camada externa de poliestireno rígido, mas a superfície de crescimento é de poliestireno ultrafino que permite a troca de gases. O HYPERFlask é semelhante a um frasco T-175 tradicional em tamanho e formato geral, mas possui 10 camadas de poliestireno ultrafino, oferecendo 1.720 cm² de área de crescimento. O HYPERFlask está disponível para manuseio manual ou automatizado.

Os recipientes HYPERStack já saem da embalagem como um sistema fechado e estão disponíveis com 12 ou 36 camadas, oferecendo 6.000 ou 18.000 cm² de superfície de crescimento, respectivamente. A área ocupada por um recipiente HYPERStack é semelhante à de uma câmara CellSTACK, mas o HYPERStack-36 tem apenas 28 cm de altura, em comparação com o CellSTACK-40, que tem 72 cm de altura. Para reduzir o tempo de manuseio, os recipientes HYPERStack podem ser unidos com manifolds descartáveis. Um manifold de cinco braços pode ser usado para unir pilhas de quatro recipientes HYPERStack-36.

Para facilitar a manipulação de líquidos e melhorar a consistência, a plataforma de manipulação automatizada da Corning pode suportar seis recipientes HYPERStack-36, totalizando 108.000 cm² (ou 10,8 m²) de área de crescimento. Alternativamente, ela pode suportar três câmaras CellSTACK-40, totalizando 76.320 cm² (ou 7,632 m²) de área de crescimento.

Garantindo a Compatibilidade no Início do Escalonamento da Cultura de Células Aderentes

O uso de recipiente CellSTACK, HYPERFlask e HYPERStack requer mudanças relativamente modestas nas técnicas tradicionais de cultura de células 2D. Embora alguma verificação e modificação sejam necessárias à medida que a escala de produção aumenta, o processo tende a ser bastante direto, sendo uma boa escolha quando o tempo de desenvolvimento do processo é limitado. Na fase de pesquisa e desenvolvimento, as células são geralmente cultivadas em uma superfície de poliestireno 2D tratada para cultura de tecidos e possivelmente revestida adicionalmente para promover a adesão celular. No início do processo de pesquisa, verifique se os revestimentos de superfície, as células, o meio de cultura e os componentes adicionais (incluindo meio, soro e suplementos) que estão sendo usados são compatíveis com as etapas posteriores do processo, incluindo ensaios clínicos. Além disso, considere como as células ou produtos celulares estão sendo colhidos. Se forem necessárias quaisquer alterações, considere fazê-las o mais cedo possível.

Obtendo Controle Adicional

Para os recipientes CellSTACK, HYPERFlask e HYPERStack, o meio de cultura celular e outros componentes são adicionados e removidos de forma intermitente. Para um controle contínuo, é necessário um biorreator e linhas de gás apropriadas. Se você deseja manter a conveniência da cultura de células 2D, as câmaras CellCube® da Corning são módulos descartáveis de diferentes tamanhos que fornecem até 85.000 cm² (ou 8,5 m²) de superfície de crescimento de poliestireno tratado. Os módulos CellCube podem ser combinados com um biorreator para cultura de células aderentes baseada em perfusão. O fluxo constante de fluido imita as condições in vitro e permite o monitoramento e controle contínuos de temperatura, pH, oxigênio dissolvido, nutrientes e metabólitos.

Outra opção é o Sistema Ascent® FBR da Corning, com um controlador dedicado e biorreatores descartáveis disponíveis atualmente com 1m², 2,5m² ou 5m² de superfície de crescimento. Sistemas maiores de "Piloto" e "Produção" estão em desenvolvimento para suportar biorreatores com até 100m² e 1.000m² de superfície de crescimento, respectivamente. A superfície de crescimento consiste em camadas de malha de polímero de tereftalato de polietileno (PET) especialmente tratado que permite um fluxo de fluido uniforme e de baixo cisalhamento através do leito do biorreator para um crescimento celular de alto rendimento, eficiência de transfecção e colheita de células viáveis. 

Escalonamento da Cultura de Células Aderentes: Maximizando a Produção

Finalmente, microcarregadores permitem que células aderentes cresçam em biorreatores tradicionais. Os microcarregadores são esferas que permanecem suspensas em meio de cultura devido à agitação constante, fornecendo assim uma superfície de crescimento para células aderentes em um ambiente tridimensional. Microcarregadores padrão estão disponíveis em poliestireno com diferentes tratamentos de superfície. Microcarregadores solúveis são uma inovação recente, feitos de cadeias poliméricas de ácido poliglicólico (PGA) ligadas com íons de cálcio. Quando as células estão prontas para a colheita, o cálcio pode ser quelado com EDTA e o PGA degradado com pectinato. Esse procedimento de colheita suave protege a saúde das células e abre infinitas possibilidades.

O uso de microcarregadores e biorreatores requer um tempo substancial de desenvolvimento no processo, podendo ser recompensado com economia de espaço e melhoria da eficiência e produção. Experimentos preliminares podem começar a ser escalados a partir de um frasco de agitação descartável de 125 mL.

Planeje seu caminho

Para o aumento de escala do cultivo de células aderentes, muitas boas opções estão disponíveis. Mapear sua cultura precocemente fará o uso mais eficiente do tempo e dos recursos, e colocará seu projeto no caminho para o sucesso.

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