חוקרים מה-Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) Interdisciplinary Research Group (IRG) ב-Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), מפעל המחקר של MIT בסינגפור, לצד משתפי פעולה מהתוכנית הלאומית להנדסת רקמות של האוניברסיטה של סינגפור ( NUSTEP), פיתחו שיטה חדשה לשיפור היכולת של תאי סטרומה מזנכימליים (MSCs) ליצור רקמת סחוס על ידי הוספת חומצה אסקורבית (AA) במהלך התרחבות MSC. המחקר גילה גם כי מיקרו-תהודה מגנטית רלקומטריה (µMRR), כלי חדשני לניתוח תהליכים (PAT) שפותח על ידי SMART CAMP, יכול לשמש ככלי ניטור תהליכים מהיר ונטול תוויות להרחבת איכות של MSCs.
סחוס מפרקי, רקמת חיבור המגנה על קצוות העצם במפרקים, עלול להתנוון עקב פציעה, גיל או דלקת פרקים, מה שמוביל לכאבי מפרקים משמעותיים ולנכות. במיוחד במדינות – כמו סינגפור – שבהן יש אוכלוסייה פעילה ומזדקנת, ניוון סחוס מפרקי הוא מחלה הולכת וגוברת הפוגעת במספר הולך וגדל של אנשים. השתלת כונדרוציטים אוטולוגיים היא כיום הטיפול היחיד המאושר על ידי ה-FDA עבור פציעות סחוס מפרקי, אך היא יקרה, דורשת זמן רב ודורשת טיפולים מרובים. MSCs הם אלטרנטיבה אטרקטיבית ומבטיחה שכן הם הראו פרופילי בטיחות טובים להשתלה. עם זאת, השימוש הקליני ב-MSCs מוגבל עקב תוצאות טיפול לא עקביות הנובעות מגורמים כגון שונות תורם לתורם, שונות בין תאים במהלך הרחבת תאים ופרוטוקולי ייצור לא מתוקננים של MSC.
ההטרוגניות של MSCs יכולה להוביל לשונות בהתנהגות הביולוגית ובתוצאות הטיפול שלהם. בעוד שנדרשות הרחבות MSC בקנה מידה גדול כדי להשיג מספר רלוונטי מבחינה טיפולית של תאים להשתלה, תהליך זה יכול להציג הטרוגניות של תאים. לכן, תהליכים משופרים חיוניים להפחתת ההטרוגניות של התאים תוך הגדלת מספר תאי התורמים עם פוטנציאל כונדרוגני משופר – היכולת של MSCs להתמיין לתאי סחוס כדי לתקן רקמת סחוס – כדי לסלול את הדרך לטיפולים יעילים ועקביים יותר מבוססי MSC.
במאמר שכותרתו "אפנון מטבולי לשיפור התרחבות MSC ופוטנציאל טיפולי לתיקון סחוס מפרקי", שפורסם בכתב העת המדעי מחקר וטיפול בתאי גזעחוקרי CAMP פירטו את הפיתוח שלהם של אסטרטגיית הכנה לשיפור הרחבת MSCs איכותיים על ידי שינוי האופן שבו תאים מנצלים אנרגיה. ממצאי המחקר הראו מתאם חיובי בין פוטנציאל כונדרוגני לזרחון חמצוני (OXPHOS), תהליך שרותם את הפחתת החמצן ליצירת אדנוזין טריפוספט – מקור אנרגיה המניע ותומך בתהליכים רבים בתאים חיים. זה מצביע על כך שמניפולציה של חילוף החומרים של MSC היא אסטרטגיה מבטיחה לשיפור הפוטנציאל הכונדרוגני.
באמצעות PATs חדשניים שפותחו על ידי CAMP, החוקרים בחנו את הפוטנציאל של אפנון מטבולי בקציר וזריעה חוזרת של תאים לטווח קצר וארוך כאחד. כדי לשפר את הפוטנציאל הכונדרוגני שלהם, הם גונו את הרכב החומרים התזונתיים, כולל גלוקוז, פירובט, גלוטמין וחומצה אסקורבית (AA). מכיוון שדווח כי AA תומך ב-OXPHOS ובהשפעתו החיובית על הפוטנציאל הכונדרוגני במהלך התמיינות – תהליך שבו תאים לא בשלים הופכים לתאים בוגרים עם פונקציות ספציפיות, החוקרים חקרו עוד את השפעותיו במהלך התרחבות MSC.
הוספה של AA לתרביות תאים עבור מעבר אחד במהלך הרחבת MSC ולפני תחילת ההתמיינות נמצאה כמשפרת התמיינות כונדרוגנית, שהיא תכונת איכות קריטית (CQA) לתיקון טוב יותר של סחוס מפרקי. טיפול AA לטווח ארוך יותר הוביל לעלייה של יותר מפי 300 בתפוקה של MSCs עם פוטנציאל כונדרוגני מוגבר, הטרוגניות תאים מופחתת והזדקנות תאים – תהליך שבו תא מזדקן ומפסיק לצמיתות להתחלק אך אינו מת – בהשוואה ל תאים לא מטופלים. MSCs שטופלו ב-AA עם פוטנציאל כונדרוגני משופר הראו שינוי חזק בפרופיל המטבולי ל-OXPHOS. שינוי מטבולי זה נמצא בקורלציה עם מדידות μMRR, מה שעוזר לזהות CQA חדשניים שניתן ליישם בייצור MSC לתיקון סחוס מפרקי.
המחקר גם מדגים את הפוטנציאל של הכלי האנליטי בתהליך (PAT) שפותח על ידי CAMP, תהודה מיקרוסקופית (μMRR) – מכשיר מיניאטורי שמשתמש בהדמיית תהודה מגנטית (MRI) בקנה מידה מיקרוסקופי – ככלי לניטור תהליך עבור הרחבת MSCs עם תוספת AA. במקור שימש כשיטת אבחון מלריה ללא תווית בשל נוכחותם של חלקיקי המוזואין פרמגנטיים, μMRR שימש במחקר כדי לזהות הזדקנות ב-MSCs. שיטה מהירה זו נטולת התוויות דורשת רק מספר קטן של תאים להערכה, מה שמאפשר ייצור טיפולי MSC במערכות סגורות – מערכת להגנה על מוצרים פרמצבטיים על ידי הפחתת סיכוני הזיהום מהסביבה החיצונית – תוך מתן אפשרות ניטור לסירוגין של כמות מוגבלת. גודל לכל ייצור.
"וריאציה בין תורם לתורם, הטרוגניות תוך-אוכלוסיה והזדקנות תאית עצרו את הצלחת MSCs כסטנדרט של טיפול בתיקון סחוס מפרקי. המחקר שלנו הראה שתוסף AA במהלך הרחבת MSC יכול להתגבר על צווארי בקבוק אלה ולשפר את הפוטנציאל הכונדרוגני של MSC", אמרה צ'ינג אן טי, פוסט-דוקטורט בכיר ב-SMART CAMP, והמחבר הראשון של המאמר.
על ידי שליטה במצבים מטבוליים כגון תוספת AA, בשילוב עם הכלים האנליטיים של תהליך תהליכים כגון µMRR, ניתן להגדיל משמעותית את התפוקה והאיכות של מוצרי טיפול בתאים. פריצת דרך זו יכולה לעזור להפוך את הטיפול ב-MSC לאפשרות טיפול יעילה ובעלת קיימא יותר ולספק סטנדרטים לשיפור צינור הייצור".
צ'ינג אן טי, עמית בכיר לפוסט-דוקטורט, SMART CAMP
"גישה זו של שימוש באפנון מטבולי לשיפור הפוטנציאל הכונדרוגני של MSC יכולה להיות מותאמת למושגים דומים עבור התוויות טיפוליות אחרות כגון פוטנציאל אוסטאוגני לתיקון עצם או סוגים אחרים של תאי גזע. יישום הממצאים שלנו במסגרות ייצור של MSC עשוי להיות צעד משמעותי קדימה עבור חולים עם דלקת מפרקים ניוונית ומחלות מפרקים אחרות, מכיוון שאנו יכולים לייצר ביעילות כמויות גדולות של MSCs באיכות גבוהה עם פונקציונליות עקבית ולאפשר טיפול בעוד חולים", הוסיפה פרופ' לורי א. בויאר, חוקר ראשי ב-SMART CAMP, פרופסור לביולוגיה והנדסה ביולוגית ב-MIT ומחבר המקביל של המאמר.
המחקר מבוצע על ידי SMART ונתמך על ידי קרן המחקר הלאומית (NRF) סינגפור במסגרת תוכנית הקמפוס למצוינות מחקר וארגונים טכנולוגיים (CREATE).
