_ Procesele bioreactorului și criotehnologiile îmbunătățesc activitatea testele de ingrediente folosind culturi de celule umane

Mulți candidați la medicamente noi ajung să eșueze, deoarece provoacă efecte secundare grave în studiile clinice, chiar dacă testele de laborator care implică culturi celulare au avut succes. Aceasta este o întâmplare obișnuită dacă celulele utilizate provin din țesut animal, de exemplu.

Culturi de celule special preparate din țesut uman cunoscute sub numele de celule stem pluripotente induse de om (hiPS) permit o mai mare fiabilitate în testare, prin urmare, de asemenea, crescând șansele ca un medicament să fie aprobat.

Cercetătorii Fraunhofer au dezvoltat soluții inovatoare pentru producția optimizată de celule în bioreactoare și criotehnologii unice. Acest lucru deschide calea pentru utilizarea eficientă în lumea reală a acestor culturi celulare în testarea toxicității și descoperirea medicamentelor.

Cercetătorii se confruntă cu o dilemă dacă participanții experimentează efecte secundare grave în timpul studiilor clinice pentru a testa noi ingrediente active. Adesea, aceasta înseamnă că dezvoltarea unui medicament candidat promițător va fi oprită, astfel încât medicamentul nu ajunge niciodată pe piață.

Una dintre cauzele fundamentale este că candidații la medicamente sunt de obicei testați folosind modele de cultură celulară in vitro bazate pe animale. celule sau pe animale mai întâi. În ambele cazuri, există limite pentru cât de bine se traduc rezultatele testului la subiecții umani. Aceasta înseamnă că există riscul ca participanții la studiu să experimenteze brusc efecte secundare intolerabile.

Cercetătorii medicali au mari speranțe în ceea ce sunt cunoscute sub numele de celule stem pluripotente induse de om (hiPS). Aceste celule provin din țesut uman, deci sunt o bază mult mai precisă pentru a determina modul în care substanțele vor funcționa la subiecții umani decât testele convenționale.

Celulele sunt prelevate din țesut uman sau dintr-o probă de sânge și apoi sunt supuse o procedură specială de reprogramare în laborator. După aceea, ele nu mai sunt programate pentru un singur tip de țesut, motiv pentru care sunt numite „pluripotente”.

În scopul testării medicamentelor, celulele hiPS pot fi apoi rediferențiate în aproape orice fel. de celule găsite în corpul uman. Acest lucru scade semnificativ riscul apariției efectelor secundare nedorite în studiile clinice umane ulterioare.

Celulele necesare pentru teste sunt produse în bioreactoare. O echipă de cercetători condusă de dr. Julia Neubauer, șeful departamentului Cryo & Stem Cell Technologies de la Institutul Fraunhofer pentru Inginerie Biomedicală IBMT, a făcut acum un progres semnificativ în multiplicarea și diferențierea celulelor hiPS într-un bioreactor.

„Acum este posibil pentru prima dată să se extindă procesul, astfel încât cantități mari de celule funcționale să fie create într-un timp scurt”, spune Neubauer.

Provocarea pentru oamenii de știință Fraunhofer care participă la R2U Proiectul comun -Tox-Assay a fost de a afla cum să reproducem cel mai bine condițiile de mediu care apar în mod natural în corpul uman într-un bioreactor, astfel încât celulele să se înmulțească rapid, fără nicio pierdere a funcționalității.

„Am dezvoltat și produs nostru propriul hidrogel elastic pentru a acționa ca un substrat specific pentru bioreactor. Celulele sunt chiar la domiciliu acolo, astfel încât parametrii aleși ne permit să producem cantități relevante pentru teste medicale de până la câteva miliarde de celule. explică.

Modelele de celule produse în acest fel – care pot fi diferențiate în țesuturi precum mușchiul inimii, pielea sau neuronii – pot fi apoi utilizate în teste pentru testarea candidaților medicamente și determinarea toxicității acestora. Un alt avantaj este că celulele hiPS sunt celule umane care conțin încă informații despre genomul donatorului, ceea ce face posibilă dezvoltarea unor teste adecvate de noi ingrediente active pentru tratarea bolilor și a tulburărilor cu o componentă genetică.

Cu toate acestea, există o altă problemă atât pentru cercetătorii de medicamente, cât și pentru centrele medicale universitare: stocarea și disponibilitatea culturilor celulare. Cercetătorii Fraunhofer și-au pus deceniile de experiență în crioconservarea celulelor pentru a lucra la această problemă.

Fraunhofer IBMT a dezvoltat metode de crioconservare care nu se găsesc nicăieri în lume. Azotul lichid este folosit pentru a răci modelele de celule crescute în bioreactor de la aproximativ plus 23°C până la -196° în două secunde.

Cercetătorii Fraunhofer au dezvoltat, de asemenea, o placă specială de cultură celulară care poate fi utilizată. pentru a cultiva mai întâi celulele și apoi a le congela. Combinate cu procesul de congelare rapidă, mediile speciale de congelare afectează formarea de cristale de gheață în țesutul celular, care ar deteriora materialul și l-ar lăsa moale. „Dacă ați congelat vreodată căpșuni acasă, veți fi familiarizat cu acest efect nedorit”, spune Neubauer.

Ea și echipa ei au dezvoltat un protocol de crioconservare detaliat care descrie procedura corectă. Protocolul stabilește parametri, cum ar fi viteza de răcire și timpul necesar pentru a intra în vigoare mediile de congelare, pentru tipurile specifice de celule care trebuie păstrate. Aceste metode asigură că culturile de celule umane sensibile își vor păstra funcționalitatea deplină după ce sunt scoase din criostocare și apoi dezghețate.

Plăcile standardizate de cultură celulară fac posibilă depozitarea și transportul culturilor celulare aproape fără limitare pentru screening-urile de mare randament utilizate în cercetarea farmaceutică. Spitalele și laboratoarele farmaceutice pot păstra culturile celulare în stoc, astfel încât să aibă întotdeauna celulele potrivite disponibile pentru testarea toxicității și a medicamentelor.

Conceptele rafinate de bioreactor și criostocare clarifică calea de urmat pentru utilizarea eficientă în lumea reală a celulelor hiPS. în cercetarea medicală. Testele tradiționale in vitro care implică celule animale și testarea animalelor problematice din punct de vedere etic sunt ambele înlocuite cu sisteme de testare semnificativ mai precise.

„În general, realizările testului R2U-Tox-Assay permit dezvoltarea mai eficientă și sigură a medicamentelor. candidați pentru a trata o serie de boli, inclusiv boli de inimă și ochi și chiar tulburări neurologice, cum ar fi demența", spune Neubauer.

(Fluierul)