Les teràpies avançades (ATMP) estan revolucionant el camp de la medicina regenerativa, gràcies a la seva eficàcia per tractar la causa subjacent de les malalties i les necessitats mèdiques no cobertes, mitjançant la reparació, substitució o la regeneració d’òrgans, teixits, cèl·lules, gens i processos metabòlics de l’organisme.
Enginyeria de bioprocessos per a la producció de cèl·lules estromals mesenquimals
El Dr. Victor Garcia Gragera va defensar la seva tesi a IQS, en la qual ha desenvolupat i millorat la tecnologia per a la producció de cèl·lules mesenquimals en bioreactors tancats de tanc agitat i afavorir la seva transferència cap a una aplicació clínica al·logènica, en un context de normes de correcta fabricació.
Les cèl·lules estromals mesenquimals humanes derivades de la gelatina de Wharton del cordó umbilical (WJ-MSCs) s’estan perfilant com un material amb gran potencial per al tractament de trastorns musculoesquelètics, trastorns immunitaris i altres malalties degeneratives. Aquestes cèl·lules es produeixen tradicionalment mitjançant sistemes de cultiu eficaços per tractaments de dosi única, però aquest enfocament no és adequat per a la fabricació a major escala. La seva translació clínica requereix bioprocessos robustos, escalables, automatitzats i alineats amb bones pràctiques de fabricació (GMP), capaços de produir els elevats nombres cel·lulars necessaris per a l’ús terapèutic.
Per respondre a aquestes necessitats, el Dr. Victor Garcia Gragera ha realitzat la seva tesi doctoral a IQS sota el títol Bioprocess Engineering and Microcarrier Technology for Mesenchymal Stromal Cell Production, dirigida per el Dr. Martí Lecina Veciana, del Grup d’Enginyeria de Materials – GEMAT d’IQS, i per el Dr. Joaquim Vives, cap del grup de recerca BACT (Bioprocessing for Advanced Cell Therapies) del BST – Banc de Sang i Teixits.
L’objectiu de la tesi ha estat desenvolupar i millorar la tecnologia per a la producció de cèl·lules mesenquimals (MSCs) en bioreactors tancats de tanc agitat (STRs) i afavorir la seva transferència cap a una aplicació clínica al·logènica, sempre tenint en ment la translació de la tecnologia en un context de normes de correcta fabricació.
Fabricació de MSCs en bioreactors tancats
En primer lloc, el Dr. Garcia Gragera ha desenvolupat un procés d’expansió de cèl·lules WJ-MSCs lliure de sèrum i components no humans (XSF del nom en anglès xeno- and sèrum-free) utilitzant bioreactors de tanc agitat (STRs) i ‘microcarriers’ (MCs), amb l’objectiu de facilitar el trànsit de SCM a XSFM. Gràcies a aquesta primera aproximació, es van aconseguir identificar diverses limitacions del procés XSF comparat amb el bioprocés que utilitza sèrum, i es va caracteritzar el metabolisme i creixement cel·lular, establint la colonització a dia 1 com paràmetre crític del procés.
A continuació, es van dur a terme una sèrie d’experiments que va permetre establir un mètode de fabricació de MCs de dextrà solubles en funció del pH. La validació de la seva degradabilitat i esterilització mitjançant radiacions g va donar molts bons resultats, sent possible la identificació d’un espai de disseny.
Optimització del procés per a la seva transferència
La homogeneïtat en els bioreactors va resultar un factor susceptible per introduir infra- o sobreestimacions en el monitoratge i, per tant, limitar l’automatització del bioprocés. Per tal d’estudiar les variables que afecten la mescla al bioreactor, es van dur a terme simulacions de dinàmica de fluids computacional (CFD) amb l’objectiu de, per una banda, confirmar els beneficis de les modificacions introduïdes en la geometria del vas i en la mescla, i també quantificar l’impacte de possibles canvis en la resuspensió de partícules i en la homogeneïtat del sistema. Aquesta part de la recerca es va dur a terme amb la col·laboració del Dr. Joaquim Menacho i de la Dra. Ibuki Kusano del Departament d’Enginyeria Industrial d’IQS.
Finalment, es van integrar totes les dades obtingudes per tal de millorar i optimitzar el bioprocés d’obtenció dels MCs. Les comparacions entre cultius 2D i en STR van permetre descriure les diferències entre els medis utilitzats i les seves possibles limitacions. Una comprensió més profunda de la colonització de les WJ-MSCs sobre MCs va facilitar la definició d’un protocol optimitzat per a la seva producció en aquests bioreactors. Així mateix, es van obtenir nous coneixements sobre l’impacte de l’oxigen dissolt, l’albúmina i la càrrega de MCs en el procés.
En conclusió, la plataforma d’expansió dissenyada en aquesta tesi, tancada, escalable i lliure de xeno i components no humans (XSF), ha millorat la productivitat de la fabricació de WJ-MSCs, assolint un increment del 60% en la colonització al dia 1, alhora que s’ha minimitzat l’estrès hidrodinàmic i s’ha assegurat una mescla homogènia. En un complert treball d’enginyeria de bioprocessos i ciència de materials al servei de les teràpies avançades, la tesi del Dr. Garcia Gragera obra així la porta a fer les teràpies avançades basades en WJ-MSCs més accessibles i és punt de partida per altres bioprocessos amb cèl·lules adherents.
«Entendre i controlar el bioprocés per a l’expansió de cèl·lules mesenquimals ens permetrà passar del laboratori a la clínica amb èxit, assegurant la dosi i la qualitat suficient per a malalts de patologies complexes», destaca el Dr. Joaquim Vives.
Publicacions relacionades
Victor Garcia-Gragera et al, Identification of critical process parameters for expansion of clinical grade human Wharton’s jelly-derived mesenchymal stromal cells in stirred-tank bioreactors, Biotechnology Journal, 2024, 19, Issue 2, 2300381
Aquesta tesi ha rebut un ajut del programa predoctoral AGAUR-FI ajuts Joan Oró de la Secretaria d’Universitats i Recerca del Departament de Recerca i Universitats de la Generalitat de Catalunya i del Fons Europeu Social Plus
Aquesta recerca està emmarcada dins del Consorci CERTERA (CERT22/00050) per el desenvolupament i amplificació de les capacitats estatals en matèria de teràpies avançades.
COL·LABORADORS
