Chercheurs du groupe de recherche interdisciplinaire (IRG) Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) de l’Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), la branche de recherche du MIT à Singapour, en collaboration avec l’Agence pour la science, la technologie et la recherche (A*STAR) L’Institut de technologie des bioprocédés (BTI) et le Système national de santé universitaire (NUHS) ont développé une technologie révolutionnaire pour extraire les cellules souches mésenchymateuses (CSM) directement de la moelle osseuse pure – également connue sous le nom d’aspiration de moelle osseuse (BMA) – un source de MSC – sans dilution.
Utilisant une première technique de tri continu au monde sur une plate-forme microfluidique multipuce avec déplacement latéral déterministe (DLD), la nouvelle méthode double la quantité de MSC récupérées à partir d’échantillons de moelle osseuse et réduit le temps requis à environ 20 minutes. Cela réduit également les désagréments pour le donneur car moins de moelle osseuse est prélevée, accélère la production cellulaire et simplifie la fabrication de thérapies cellulaires. Cette avancée représente une étape importante vers des traitements médicaux avancés plus accessibles et plus efficaces qui utilisent les CSM, notamment le traitement de l’arthrose, des maladies auto-immunes et infectieuses et des troubles neurologiques.
La thérapie cellulaire est un domaine de la médecine dans lequel les cellules sont utilisées comme médicaments vivants pour combattre les maladies ou restaurer et remplacer les cellules endommagées. Des avancées dans le R.d’innombrables patients ont bénéficié de la médecine renouvelable et de l’immunothérapie ; Ils offrent de nombreuses nouvelles alternatives de traitement pour des maladies auparavant tenaces, et des centaines d’autres sont en cours de développement, donnant un nouvel espoir aux patients. Cependant, l’approvisionnement en matières premières de haute qualité – en l’occurrence les MSC – a longtemps constitué un obstacle à la production de thérapies cellulaires, car les méthodes d’isolement traditionnelles telles que la centrifugation sont inefficaces et complexes. En plus d’un long temps de traitement d’environ deux à trois heures, les méthodes actuelles conduisent à de faibles rendements en raison de défis tels que le stress osmotique et les flux de travail complexes. Les techniques de tri de pointe telles que le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) reposent sur des anticorps coûteux et une préparation compliquée, qui imposent des limitations majeures dans la production de ces médicaments vivants.
Dans un article récent publié dans la revue intitulé « Enrichissement évolutif de cellules souches mésenchymateuses à partir d’aspiration de moelle osseuse à l’aide du tri microfluidique DLD ». Laboratoire sur puce, les chercheurs SMART ont développé une plateforme révolutionnaire de tri de cellules souches qui répond aux défis du tri et de la fabrication de cellules à grande échelle. Grâce à la technologie microfluidique DLD, une méthode de tri cellulaire sans étiquette qui fait la distinction entre les cellules souches et les cellules sanguines, la plateforme a traité de petits échantillons de moelle osseuse (2,5 ml) en seulement 20 minutes avec un rendement de cellules souches deux fois supérieur à celui des méthodes traditionnelles, évitant ainsi des coûts coûteux. réactifs et des processus complexes.
Dans cette méthode, développée par SMART, les échantillons de moelle osseuse humaine qui arrivent au laboratoire subissent une simple étape de filtration pour éliminer les cellules et tissus indésirables qui pourraient obstruer la puce. Les échantillons sont ensuite chargés sur la plateforme de tri de SMART et les cellules d’intérêt (MSC) sont automatiquement triées et collectées dans des réservoirs de sortie. Ces cellules collectées sont ensuite regroupées dans un flacon pour un traitement et une quantification ultérieurs si nécessaire.
Cette avancée innovante dans le tri cellulaire utilise des technologies microfluidiques, exploitant les propriétés naturelles des cellules et éliminant le besoin de marquage. Dans les méthodes traditionnelles, les cellules sont triées à l’aide de marqueurs fluorescents ou magnétiques pour identifier les caractéristiques spécifiques des cellules. C’est un défi car ces marqueurs pourraient interférer avec les analyses et tests ultérieurs ou, pire encore, endommager les cellules. En comparaison, les techniques passives telles que la méthode DLD développée chez SMART sont conviviales, douces pour les cellules et faciles à intégrer dans les flux de travail de traitement des échantillons cliniques. Les MSC sont très sensibles à leur environnement externe et des perturbations pourraient altérer la biologie de manière inattendue.
« Cette nouvelle plateforme offre une nouvelle perspective pour le tri des cellules souches grâce à une intégration plus efficace, sans étiquette et, surtout, transparente des processus dans le pipeline de fabrication industrielle actuel. Notre équipe de recherche chez SMART est enthousiasmée par les possibilités offertes par cette technologie dans ce domaine de la recherche et de la thérapie sur les cellules souches. La démonstration réussie de cette technologie nous donne plus de confiance pour nous lancer dans d’autres applications de bioprocédés telles que la leucophérèse, qui présentent un grand potentiel d’impact clinique. Cela accélérera considérablement le développement de traitements de pointe et augmentera l’accessibilité à la thérapie cellulaire. » a déclaré M. Nicholas Tan, ingénieur de recherche chez SMART CAMP et auteur principal de l’article.
« Bien que le tri des cellules DLD ait déjà été démontré, la nouveauté de ce travail est que nous avons pu utiliser la technique à un débit de traitement suffisamment élevé pour avoir un impact sur le flux de production de cellules souches dans la pratique. La bioproduction et les bioprocédés sont des domaines dans lesquels je vois un grand potentiel d’utilisation de la technologie microfluidique pour améliorer l’efficacité globale et réduire considérablement les coûts », a déclaré le professeur Jongyoon Han, co-directeur de recherche au SMART CAMP, professeur de bio-ingénierie et de génie électrique au MIT et correspondant. auteur de l’article.
Les efforts futurs se concentreront sur le perfectionnement de la technologie en évaluant la qualité des MSC triées à partir d’échantillons de moelle osseuse humaine à l’aide de méthodes telles que la réaction en chaîne par polymérase par transcription inverse (RT-PCR) et les tests de différenciation. Dans le même temps, CAMP s’efforce d’augmenter la vitesse et la résolution du tri, d’affiner la conception du système pour en améliorer la portabilité et la facilité d’utilisation, et d’augmenter le débit à 10 ml par minute.
Notre approche innovante marque un changement de paradigme dans le tri cellulaire, un processus clé en thérapie cellulaire. En utilisant des technologies microfluidiques pour exploiter les propriétés intrinsèques des cellules, nous avons éliminé le besoin de méthodes de marquage lourdes et coûteuses. Cela rationalise non seulement le processus de tri, mais garantit également des résultats plus précis et plus fiables dans la recherche médicale. Cette percée, basée sur notre engagement à faire progresser les frontières scientifiques, représente une étape importante dans le domaine des études cellulaires.
Dr. Kerwin Kwek, chercheur scientifique, SMART CAMP
Dr. Kerwin Kwek est également co-auteur principal du document.
La recherche est menée par SMART et soutenue par la National Research Foundation (NRF) de Singapour dans le cadre de son programme Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE). L’hôpital universitaire national a fourni l’échantillon de moelle osseuse et A*STAR BTI a appliqué la méthode traditionnelle d’isolement des CSM à laquelle la technologie de CAMP a été comparée.