Дифференцировка человеческих плюрипотентных стволовых клеток в кардиомиоциты в масштабируемой суспензионной культуре

Разработчики

Хенниг Кемпф, Кристина Кропп, Рут Ольмер, Ульрих Мартин, Роберт Цвейгердт.

Описание технологии

Кардиомиоциты, полученные из человеческих плюрипотентных стволовых клеток (hPSCs) представляют собой потенциальный источник клеток для регенеративной терапии, поиска новых лекарств и моделирования заболеваний. Все эти виды применения требуют плановой поставки относительно большого количества генерируемых in vitro кардиомиоцитов.

Предлагаемая технология включает протокол, описывающий стратегию, основанную на применении суспензионных культур, для генерации hPSC-кардиомиоцитов в форме агрегатов, образованных из единичных клеток, что облегчает процесс их развития и расширение масштабов производства. Агрегаты образуются в течение 4 дней в культуральной среде с hPSC, а затем в течение 10 дней происходит направленная дифференцировка под действием химических модуляторов сигнального пути Wnt. Протокол может применяться в статических многолуночных форматах, поддерживающих быструю адаптацию к специфическим требованиям линии hPSC. Также протокол может использоваться в условиях биореакторов с механическим перемешиванием и резервуаром с объемом 100 мл, обеспечивая тем самым хорошо управляемую платформу для повышения объема производства кардиомиоцитов. Производство 40−50 миллионов кардиомиоцитов при дифференцировке всей партии с выходом > 80% без дополнительного обогащения клонов может быть достигнуто в таких биореакторах за 24 дня.

Основным преимуществом суспензионной культуры над 2D культурой является то, что при использовании подхода, основанного на применении культуральных агрегатов, можно избежать необходимости применения матриц, которые обычно требуются для 2D культуры или для суспензионной культуры на основе микроносителя и для дифференцировки. Тем самым уменьшается количество компонентов культуры и поддерживаются условия, требующиеся по правилам надлежащей практики производства. Еще одним преимуществом суспензионного подхода является его совместимость с широким спектром культурных платформ и соответствующими размерами процесса.

Практическое применение

Протокол в соответствии с этой технологией обеспечивает универсальный процесс-прототип, который, с учетом его текущей эффективности потенциально может масштабироваться до объема 2000 мл с производством ~1×109 кардиомиоцитов человека в одной партии. Технология поддерживает как систематическое улучшение размножения клеток, так и повышение эффективности клеточной дифференцировки.

Хотя первое применение этой технологии касается получения кардиомиоцитов из hPSC, протокол технологии потенциально может быть адаптирован к массовому производству других клеточных линий дифференцировки, например, кроветворных клеток, гепатоцитов, клеток, подобных панкреатическим бета-клеткам и прогениторных клеток ткани легких.
Технология представляет ценность для применения в регенеративной медицине, поиске новых лекарств, клеточной терапии и т. п.

• Leibniz Research Laboratories for Biotechnology and Artificial Organs (LEBAO), Department of Cardiac, Thoracic, Transplantation and Vascular Surgery, Hannover Medical School, Hannover (Germany)
• REBIRTH-Cluster of Excellence, Hannover Medical School, Hannover (Germany)
• Member of Biomedical Research in Endstage and Obstructive Lung Disease Hannover (BREATH), Member of the German Center for Lung Research (DZL), Hannover (Germany)

Ссылки

Публикации

• Kempf, H. et al. «Cardiac differentiation of human pluripotent stem cells in scalable suspension culture." 10 Nature Protocols (2015): 1345–1361.
• Kempf, H. et al. «Controlling expansion and cardiomyogenic differentiation of human pluripotent stem cells in scalable suspension culture." 3 Stem Cell Rep. (2014): 1132–1146.
• Zweigerdt, R., et al. «Scalable expansion of human pluripotent stem cells in suspension culture." 6 Nat. Protoc. (2011): 689–700.