來自新加坡-麻省理工學院研究與技術聯盟(SMART)的研究人員，麻省理工學院在新加坡的研究企業，已經開發出一種新的方法來生產臨床劑量的可存活的自體嵌合抗原受體(CAR) T細胞的超小型自動化封閉系統微流控芯片，大約是一副紙牌的大小。

這是首次利用微生物反應器生產自體細胞治療產品。具體來說，新方法成功地用于制造和擴增CAR-T細胞，這些細胞與使用現有系統在更小的占地面積和更少的空間中生產的細胞一樣有效，并且使用更少的播種細胞數量和細胞制造試劑。這可能會導致更有效和負擔得起的自體細胞治療制造方法的擴大，甚至可能使CAR - T細胞在實驗室環境之外的護理點制造成為可能——比如在醫院和病房。

CAR -T細胞療法的制造需要對患者自身的T細胞進行分離、激活、基因改造和擴增，以便在輸注到患者體內時殺死腫瘤細胞。盡管細胞療法已經徹底改變了癌癥免疫療法，一些第一批接受自體細胞療法的患者病情緩解超過10年，但CAR-T細胞的制造過程仍然不一致，昂貴且耗時。它容易受到污染，容易受到人為錯誤的影響，并且需要播種細胞數量，這對于小規模的CAR -T細胞生產是不切實際的。盡管這些療法有效，但這些挑戰造成了瓶頸，限制了這些療法的可獲得性和可負擔性。

在《Nature Biomedical Engineering》雜志上發表的一篇題為“設計用于CAR - T細胞自動化護理點制造的高密度微生物反應器過程”的論文中，SMART研究人員詳細介紹了他們的突破:人類原代T細胞可以在2毫升自動化封閉系統微流控芯片中被激活、轉導并擴展到高密度，從而從淋巴瘤供體中產生超過6000萬個CAR - T細胞，從健康供體中產生超過2億個CAR - T細胞。使用微生物反應器生產的CAR -T細胞與使用傳統方法生產的細胞一樣有效，但占地面積更小，空間更少，資源也更少。這轉化為更低的產品制造成本(COGM)，并可能降低患者的成本。

這項開創性的研究是由SMART制造個性化醫療關鍵分析(CAMP)跨學科研究小組的成員領導的。合作者包括杜克-新加坡國立大學醫學院的研究人員、美國科學、技術和研究局分子與細胞生物學研究所、KK婦女兒童醫院和新加坡總醫院。

“細胞治療制造的這一進步最終可以提供一個即時護理平臺，可以大大增加CAR - T細胞生產槽的數量，減少這些活藥物的等待時間和成本，使細胞治療更容易為大眾所接受。”使用按比例縮小的生物反應器也可以幫助過程優化研究，包括不同的細胞治療產品，”Michael Birnbaum說，他是SMART CAMP的聯合首席研究員，麻省理工學院生物工程副教授，也是該論文的共同資深作者。

由于T細胞擴增率高，在微生物反應器中的培養時間較短(7 - 8天)，與氣滲透培養板(12天)相比，可以獲得相似的總T細胞數量，潛在地縮短生產時間30- 40%。來自微流控生物反應器和可透氣培養板的CAR - T細胞在細胞質量上僅表現出細微的差異。在小鼠實驗中，這些細胞在殺死白血病細胞方面具有同樣的功能。

“這種新方法表明，當前一代自體細胞治療生產的急劇小型化是可行的，具有顯著緩解CAR -T細胞治療制造限制的潛力。這種小型化將為CAR -T細胞的即時制造奠定基礎，并減少生產細胞療法所需的良好生產規范(GMP)足跡——這是COGM的主要驅動因素之一，”SMART CAMP的研究科學家、該論文的第一作者Wei-Xiang Sin說。

值得注意的是，研究中使用的微生物反應器是一個基于灌注的自動化封閉系統，每劑量占地面積最小，培養體積和播種細胞數量最小，以及最高的細胞密度和過程控制水平。這些微生物反應器——以前只用于微生物和哺乳動物細胞培養——最初是在麻省理工學院開發的，并由Millipore Sigma推進到商業化生產。

與現有的大型自動化制造平臺相比，所需的起始細胞數較少，這意味著每次生產所需的分離珠、活化試劑和慢病毒載體的數量較少。此外，由于培養體積極小(2毫升;大約比大型自動化培養系統低100倍)-這有助于顯著降低試劑成本。這可能會使患者受益，特別是那些T細胞數量低或不足以產生治療劑量的CAR -T細胞的兒科患者。

下一步，SMART CAMP正在進一步研究微生物反應器周圍的工程采樣和/或分析系統，這樣CAR-T生產就可以在實驗室環境下減少勞動力，從而有可能促進CAR-T細胞的分散床邊制造。SMART CAMP也在尋求進一步優化工藝參數和培養條件，以提高細胞產量和質量，用于未來的臨床應用。

A high-density microbioreactor process designed for automated point-of-care manufacturing of CAR T cells