Onderzoekers van de Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), MIT's onderzoeksbedrijf in Singapore, hebben een nieuwe manier ontdekt om menselijke rode bloedcellen (RBC's) te produceren die de kweektijd met de helft verkorten in vergelijking met bestaande methoden en die nieuwe sorteer- en zuiveringsmethoden gebruikt die sneller zijn, nauwkeuriger en goedkoper.

Bloedtransfusies redden elk jaar miljoenen levens, maar meer dan de helft van de landen in de wereld heeft onvoldoende bloedtoevoer om in hun behoeften te voorzien. De mogelijkheid om RBC's op aanvraag te produceren, vooral het universele donorbloed (O+), zou aanzienlijk ten goede komen aan diegenen die een transfusie nodig hebben voor aandoeningen zoals leukemie door de noodzaak van grote bloedafnames en moeilijke celisolatieprocessen te omzeilen.

Een eenvoudigere en snellere productie van RBC's zou ook een aanzienlijke impact hebben op bloedbanken wereldwijd en de afhankelijkheid van donorbloed, dat een hoger infectierisico met zich meebrengt, verminderen. Het is ook van cruciaal belang voor onderzoek naar ziekten, zoals malaria, die jaarlijks meer dan 220 miljoen mensen treft, en kan zelfs nieuwe en verbeterde celtherapieën mogelijk maken.

Echter, productie van RBC's is tijdrovend, en creëert ongewenste bijproducten, waarbij de huidige zuiveringsmethoden kostbaar zijn en niet optimaal voor grootschalige therapeutische toepassingen. De onderzoekers van SMART hebben daarom een ​​geoptimaliseerd intermediair cryogeen opslagprotocol ontworpen dat de celkweektijd verkort tot 11 dagen na ontdooien, waardoor de noodzaak voor continue bloedproductie van 23 dagen wordt geëlimineerd. Dit wordt ondersteund door complementaire technologieën die het team heeft ontwikkeld voor zeer efficiënte, goedkope RBC-zuivering en meer gerichte sortering.

In een paper getiteld "Microfluidic label-free bioprocessing of human reticulocytes from erythroid culture, " onlangs gepubliceerd in Lab op een chip , de onderzoekers verklaren de enorme technische vooruitgang die ze hebben geboekt bij het verbeteren van de RBC-productie. De studie werd uitgevoerd door onderzoekers van twee van SMART's Interdisciplinaire Onderzoeksgroepen (IRG's):Antimicrobial Resistance (AMR) en Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP), en mede geleid door hoofdonderzoekers Jongyoon Han, een professor aan het MIT, en Peter Preiser, een professor aan de NTU. Het team omvatte ook AMR- en CAMP IRG-faculteiten aangesteld aan de National University of Singapore (NUS) en Nanyang Technological University (NTU).

"Traditionele methoden voor het produceren van menselijke RBC's hebben meestal 23 dagen nodig om de cellen te laten groeien, exponentieel uitbreiden en uiteindelijk uitgroeien tot rode bloedcellen, " zegt dr. Kerwin Kwek, hoofdauteur van de paper en senior postdoctoraal medewerker bij SMART CAMP. "Ons geoptimaliseerd protocol slaat de gekweekte cellen op in vloeibare stikstof op wat normaal dag 12 zou zijn in het typische proces, en op verzoek ontdooit de cellen en produceert de rode bloedcellen binnen 11 dagen."

De onderzoekers ontwikkelden ook nieuwe zuiverings- en sorteermethoden door bestaande Dean Flow Fractionation (DFF) en Deterministic Lateral Displacement (DLD) aan te passen; het ontwikkelen van een trapeziumvormig dwarsdoorsnedeontwerp en microfluïdische chip voor DFF-sortering, en een uniek sorteersysteem bereikt met een omgekeerde L-vormige pijlerstructuur voor DLD-sortering.

De nieuwe sorteer- en zuiveringstechnieken van SMART die gebruikmaken van de gewijzigde DFF- en DLD-methoden maken gebruik van de grootte en vervormbaarheid van de RBC voor zuivering in plaats van bolvormige afmetingen. Omdat de meeste menselijke cellen vervormbaar zijn, deze techniek kan brede biologische en klinische toepassingen hebben, zoals sortering en diagnostiek van kankercellen en immuuncellen.

Bij het testen van de gezuiverde RBC's, ze bleken hun cellulaire functionaliteit te behouden, zoals aangetoond door een hoge infectiviteit van malariaparasieten waarvoor zeer zuivere en gezonde cellen nodig zijn voor infectie. Dit bevestigt dat SMART's nieuwe RBC-sorteer- en zuiveringstechnologieën ideaal zijn voor het onderzoeken van malariapathologie.

Vergeleken met conventionele celzuivering door fluorescentie-geactiveerde celsortering (FACS), De verbeterde DFF- en DLD-methoden van SMART bieden een vergelijkbare zuiverheid terwijl ze minstens twee keer zoveel cellen per seconde verwerken tegen minder dan een derde van de kosten. In grootschalige productieprocessen, DFF is meer optimaal voor zijn hoge volumetrische doorvoer, overwegende dat in gevallen waarin celzuiverheid cruciaal is, De hoge precisie-functie van DLD is het meest voordelig.

"Onze nieuwe sorteer- en zuiveringsmethoden resulteren in een aanzienlijk snellere celverwerkingstijd en kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in de huidige celproductieprocessen. Het proces vereist ook geen getrainde technicus om procedures voor monsterbehandeling uit te voeren en is schaalbaar voor industriële productie, Dr. Kwek gaat verder.

De resultaten van hun onderzoek zouden wetenschappers sneller toegang geven tot eindproducten van cellen die volledig functioneel zijn met een hoge zuiverheid tegen lagere productiekosten.