本文摘要

本案例研究由Carr Biosystems与PBS Biotech联合开展，旨在解决诱导多能干细胞（iPSCs）规模化生产中的挑战。研究评估了管状碗离心技术（Tubular Bowl Centrifugation）与垂直轮（Vertical-Wheel）生物反应器的整合效果，通过对比开放离心与封闭管状碗离心（研究1）及连续传代实验（研究2），发现整合后能实现>90%的细胞回收率、>95%的收获后存活率，且废物中细胞损失<1%，同时维持稳定的细胞增殖、均一的聚集体形态及多能性标志物（OCT4、SOX2）表达。过程建模验证了其从60mL到80L批量体积的可扩展性，证明封闭、低剪切、自动化处理系统是iPSC工业化生产的可靠解决方案，支持iPSC衍生疗法的临床转化。

一、研究背景

诱导多能干细胞（iPSCs）因可分化为多种细胞类型，在再生医学中具有较大潜力，但从实验室到工业化生产的转化面临挑战：iPSCs 对剪切力敏感，规模化过程中的物理力（如剪切应力、机械搅拌）易影响细胞健康和多能性；传统开放离心方法在较大规模应用中存在污染风险、不可扩展性及处理时间长等问题。本研究旨在通过整合advanced处理技术，解决这些规模化难题。

二、材料与方法

2.1 细胞系与培养条件

本研究使用了经过充分表征的iPSC细胞系TC1133。在解离前，细胞在PBS-3 Vertical-Wheel生物反应器中使用公司内部优化的PSC扩增培养方案维持培养7天。细胞传代采用大规模反应器内酶解解离和细胞收获协议，且培养过程中定期通过流式细胞术监测细胞的形态和多能性标志物表达。

2.2 实验设计

研究1：开放式与封闭式离心方法的比较

初步研究旨在比较传统的开放式圆锥管离心法与封闭式一次性管式碗离心法。

• 条件1：解离后，iPSC培养物在500 x g的条件下，采用标准的台式离心协议进行离心，离心时间为5分钟，加速与减速度分别为9和7。

• 条件2：解离后，iPSC培养物在500 x g的条件下，流速为200 mL/min，通过管式碗离心系统进行处理。

对于这两种条件，单个细胞的回收率在离心后立即进行测量。回收的细胞被接种到涂有Matrigel的T-25培养瓶和PBS-0.1 Vertical-Wheel生物反应器中，进行2D和3D生长研究。随后，通过细胞计数和成像分析，在2D环境下监测4天，在3D环境下监测7天的生长速率。

此实验设置使我们能够直接比较两种离心方法在细胞回收效率和短期增殖潜力方面的表现。

研究2：管式碗离心在连续扩增中的评估

接下来的研究中，iPSC培养物在PBS-3 Vertical-Wheel生物反应器系统中进行连续传代，共进行4次传代。在每次传代时，细胞采用前述的反应器内解离和收获协议，并通过管式碗离心系统浓缩细胞。本研究评估了大规模连续传代对聚集体形态、细胞增殖速率和多能性标志物表达维持的影响。关键性能指标包括：

• 回收效率：定义为回收到的活细胞相对于初始细胞数的百分比。

• 增殖速率：通过每次传代的扩增倍数来确定。

• 聚集体形态：通过相差显微镜进行评估。

• 多能性标志物表达：通过流式细胞术量化OCT4和SOX2等标志物的表达。