Платформы на основе микроносителей стали незаменимыми для масштабируемого культивирования клеток в различных областях — от производства вакцин до клеточной терапии и культивирования мяса. Эти системы обычно проходят через этапы прикрепления, роста и отделения.
Несмотря на то, что мониторинг плотности жизнеспособных клеток (ПЖЗК) с помощью емкостных датчиков уже хорошо налажен и соответствует рекомендациям по аналитическим технологиям процессов (PAT) для оптимизации и контроля процессов, мониторинг фазы отделения клеток в режиме реального времени по-прежнему остается сложной задачей.
В настоящее время оценка отделения клеток часто проводится с помощью отбора проб вне производственного процесса и микроскопии — методов, которые прерывают рабочий процесс, снижают точность и повышают риск загрязнения, особенно при увеличении масштабов производства. Чтобы решить эту проблему, компания ACIB Co. изучила возможность использования встроенного мониторинга на основе измерения емкости для отслеживания отделения клеток MA 104 от микроносителей Cytodex 1 с помощью датчика Incyte от Hamilton.
Такой подход, реализуемый в режиме реального времени, обеспечивает мгновенную визуализацию динамики отделения, что позволяет быстрее принимать решения на основе данных и повышать общую согласованность процесса. Благодаря автоматизированному непрерывному мониторингу емкостное зондирование повышает эффективность PAT при масштабировании культур на основе микроносителей — не только для вакцин, но и для производства мезенхимальных стволовых клеток человека (hMSC) и культивируемого мяса.
Мониторинг отделения клеток от микроносителя с помощью датчика Incyte
Сигнал диэлектрической проницаемости в режиме реального времени, генерируемый датчиками Incyte, оценивался во время отделения клеток MA 104 от микроносителей Cytodex 1 в 1-литровом биореакторе DASGIP (Eppendorf, параллельная система DASGIP® Bioblock, рабочий объём 700 мл) (рис. 1).
Сбор данных осуществлялся в процессе отделения клеток (максимум в течение одного часа) с использованием датчиков Incyte Arc двух разных поколений (Incyte Unit DN12) и Incyte Arc Expert (рис. 2) с различными конечными концентрациями раствора трипсина-ЭДТА в качестве реагента для диссоциации.
Incyte Arc Expert оснащен встроенным предусилителем, что является значительным улучшением конструкции. Все измерения емкости проводились на частоте 1 МГц, что позволяет использовать этот параметр для клеток млекопитающих.
В процессе отделения клеток от микроносителей систематически отбирались образцы для анализа плотности и жизнеспособности клеток с помощью теста с трипановым синим и прогнозирования эффективности отделения. Полное отделение клеток от микроносителей проверялось с помощью микроскопического исследования.
Результат
Результаты, представленные на рисунке 3, иллюстрируют как эффективность отделения (рис. 3a), так и соответствующие изменения сигнала диэлектрической проницаемости, регистрируемого датчиком Incyte (рис. 3b), в процессе отделения клеток при различных конечных концентрациях трипсина.
После добавления фермента сигнал диэлектрической проницаемости резко упал в течение первых пяти минут. Как видно из автономных данных на рисунке 3a, на рисунке 3b показано, что полное отделение клеток от микроносителей (МН) неизменно приводило к снижению диэлектрической проницаемости ниже 10 пФ/см. Более высокие концентрации фермента (>0,82 мг/мл) приводили к более быстрому и значительному снижению сигнала диэлектрической проницаемости по сравнению с более низкими концентрациями (0,64 мг/мл).
Напротив, при очень низких концентрациях (0,43 мг/мл) сигнал сначала уменьшался — в основном из-за разбавления, — но не достигал таких же низких значений, а оставался на более высоком уровне.
Эти измерения диэлектрической проницаемости в режиме реального времени во время in situ отделения демонстрируют потенциал датчика Incyte в мониторинге активности ферментов и прогнозировании результатов отделения.
Была разработана прогностическая модель на основе данных о диэлектрической проницаемости, полученных в период с 4-й по 7-ю минуту фазы отделения. Эта модель прогнозирует сигнал на 20-й минуте, что позволяет получить надежный ранний индикатор успешного отделения. На рисунке 4 представлена точность прогнозирования модели: среднеквадратическая ошибка (RMSE) составляет 4,6.
Для оценки воспроизводимости и стабильности сигнала были проведены дополнительные эксперименты с использованием датчика Incyte Arc при концентрации фермента 0,86 г/л и 0,43 г/л.
Как показано на рисунке 5, результаты хорошо согласуются с предыдущими измерениями. Основное отличие заключается в более резком снижении сигнала, наблюдаемом при использовании датчика Arc, что свидетельствует об улучшении отклика, вероятно, за счёт повышения чувствительности обновлённой технологии.
Эксперименты показали
Мониторинг отделения клеток в режиме реального времени с помощью емкостного датчика оказался эффективным для оценки эффективности отделения и прогнозирования его состояния. Эта возможность позволяет быстрее и точнее принимать решения на последующих этапах процесса и улучшает общий контроль процесса, а также сводит к минимуму необходимость отбора проб в автономном режиме.
Предлагаемый подход, работающий в режиме реального времени, особенно перспективен для применения в случаях, когда стволовые клетки отделяются от микроносителей, а размножение с использованием микроносителей стало хорошо зарекомендовавшим себя и широко распространённым методом.
Учитывая чувствительность стволовых клеток, крайне важно точно определить оптимальное время для инактивации ферментов. Своевременное вмешательство может помочь сохранить ключевые поверхностные маркеры, необходимые для поддержания их дифференцировочного потенциала.
О компании Hamilton Bonaduz AG
Глобальная группа компаний Hamilton, базирующаяся в Бонадуце и Домат-Эмсе, Hamilton Bonaduz AG, Hamilton Medical AG, Hamilton Storage GmbH и Hamilton Ems AG, является одним из технологических лидеров в области медико-биологических наук, хранения данных, измерений и медицинских технологий. История успеха началась с изобретения микролитрового шприца в конце 1940-х годов американским инженером-химиком Кларком Гамильтоном. Сегодня Hamilton производит высокоточные приборы для исследований и промышленности, а также интеллектуальные аппараты искусственной вентиляции лёгких. Кроме того, компания широко представлена на развивающихся рынках генетики и робототехники. В настоящее время в группе компаний работает около 3000 человек по всему миру, из них более 1200 — в Bonaduz и Domat / Ems. Компания полностью принадлежит семье Гамильтон и с 2001 года управляется генеральным директором Андреасом Виландом.
Политика в отношении спонсируемого контента: News-Medical.net публикует статьи и сопутствующий контент, который может быть получен из источников, с которыми у нас есть коммерческие отношения, при условии, что такой контент соответствует основной редакционной политике News-Medical.Net, которая заключается в обучении и информировании посетителей сайта, интересующихся медицинскими исследованиями, наукой, медицинскими устройствами и методами лечения.
Последнее обновление: 3 сентября 2025 г., 11:33
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся