微流体分子交换器可以帮助控制治疗细胞制造

研究人员展示了一个集成的技术监测特定的生物分子,如生长因子,可以表明生活细胞培养生产的健康细胞疗法的新兴领域。使用微流体技术来提前准备样品的化学环境复杂的生物反应器,研究人员利用电喷雾电离质谱分析(质)提供在线监测,他们认为将提供治疗细胞生产的精度质量控制其他制造过程发生了革命性变化。

”的方式生产的细胞疗法是非常今天是一门艺术,”安德烈Fedorov说,伍德乐夫教授乔治·w·伍德拉夫乔治亚理工学院机械工程学院。“过程控制必须发展很快支持治疗的应用程序从板凳上今天的科学。我们认为这项技术将帮助我们达到的目标做出这些令人兴奋的细胞疗法广泛使用。”

通过测量非常低浓度的特定化合物分泌或排泄细胞,该技术还可以帮助确定哪些生物分子-不同大小的应该监控指导控制细胞的健康。最终,研究人员希望他们label-free监测直接集成到大批量生产细胞生物反应器数量足够大以合理的成本提供新的治疗和一致的质量。

发展的动态质谱探测器(DMSP)是由美国国家科学基金会(NSF)细胞制造技术工程研究中心(CMaT),佐治亚理工学院的总部。工作是9月10日报道在《生物技术和生物工程》杂志上。

质技术革新了传统分析化学通过允许精确识别复杂的生物化合物。因为复杂样品制备的要求,现有的电喷雾质谱方法需要太多时间用于连续监测细胞生长在生物反应器中,在维护狭窄为特定的细胞健康的指标参数是至关重要的。生物样品中也含有盐,电喷雾质谱引入到系统之前必须清除。

加快分析过程中,Fedorov和一个团队,包括研究生研究助理梅森Chilmonczyk和研究工程师彼得Kottke使用微流体技术来帮助感兴趣的化合物和盐分开。除盐的使用单一的设备size-selective膜和纳米级孔隙之间放置两个流体流动,一个化学复杂抽样从生物反应器和其他不含盐的水调节化合物。

小盐分子容易扩散的采样通过纳米孔生物反应器流,虽然大生物分子大多仍为随后的谱分析。同时,化学添加剂同时引入样本混合物通过相同的膜纳米孔加强目标生物分子的电离混合取样的改进的谱分析。

“我们使用了先进的精密加工技术来创建一个微流体装置,能够把样品在不到一分钟,“Chilmonczyk说。“传统样品制备需要几个小时到几天。”

目前流程可以消除多达99%的盐,同时保留80%的生物分子。引入调节化学品允许分子接受更大的电荷,提高能力的质谱仪检测低浓度生物分子,并测量大分子。

“我们可以检测真正高分子量分子质谱计通常无法探测、“Fedorov说。“感兴趣的分子大小差异可以引人注目,因此,改善检测极限跨广泛的分析物分子量将允许这种技术在细胞制造更有用。”

因为他们使用最先进的精密加工技术,DMSP设备可以大规模生产,允许扩大抽样以低成本包括多个生物反应器。设备的体积小通道——只是5微米高——允许系统产生的结果与样本小20只,与潜在的减少,一个只。

“我们需要监控小浓度的大生物分子在这种混乱的环境生产线以这样一种方式,我们可以在任何时候细胞是如何做的,“Fedorov说。“这个系统可以持续监测某些分子是否分泌或分泌减少或增加率。通过关联这些测量细胞健康和力量,我们可以改进生产过程。”

前分析技术可以应用到质量控制,研究者必须首先识别生物分子表明日益增长的健康细胞。通过采样生物反应器内容局部邻近的细胞和允许的识别非常少量的生化药剂,DMSP技术可以帮助研究人员识别分子浓度的变化——从pico-molar micro-molar——这可能表明细胞生物反应器的状态。这将促使调整生物反应器的条件及时回到健康的细胞生长的状态。

“在这种情况下,我们经常看不见森林的树木,“Fedorov说。“可用的材料有很多,但我们正在寻找只是少数个人树表明健康的细胞。因为森林是杂草丛生,我们需要检查的一些选定的树木是很难找到。这是一个大挑战技术。”