DE102023002417B3 - method for expanding cells - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Expansion von Zellen, insbesondere von nicht adhärent wachsenden Zellen, wie invarianten T- Lymphozyten oder nicht adhärent wachsende T- Lymphozyten und NK- Zellen aber auch weiteren Immunzellen z. B. tumorinfiltrierte NK-Zellen (TINK) und schleimhautassoziierten invarianten T-Zellen (MAIT) mit einem hohen Anteil an CD 8+ und CD 56+ Antikörper, auch mit einem geringen Anteil an CD3+ Antikörper in einem Perfusions- Plattenmäander- Bioreaktor, bei dem genügende Mengen an Zellen für eine therapeutische Behandlung mit Zellen zur Verfügung gestellt werden und die hohen Kosten, insbesondere durch den Einsatz von humanen Seren bei der Expansion vermieden werden, wobei in Perfusions-Plattenmäander- Bioreaktor mehrere übereinanderliegende, mit Gerinne 10, Überlaufen 14 und Überlaufstege 33 versehene Kultivierungsträger 7 angeordnet sind und wobei die Kultivierungsträger 7 zueinander um 180° verdreht angeordnet sind. Das Kulturmedium strömt im Perfusions- Plattenmäander über einen Luer-Lock- Verbinder 22 für die Zuführung Kulturmedium mäandrierend von oben nach unten und wird durch Luer- Lock- Verbinder 23 aus dem Perfusions- Plattenmäander-Bioreaktor abgeführt, wobei die Overlay- Medien über eine Zufuhrkavität 11 und über Zuführungen 12 über dem Kulturmedium in den Gerinnen 10 owerflow gegensinnig zur Strömung des Kulturmediums geführt wird. Zur Erfassung und Steuerung der Konzentration an Overlay- Medien im Kulturmedium werden diesem mit Fluoreszensmarker beschichtete Indikatorkügelchen zugesetzt, deren Fluoreszenshelligkeit sich mit der Änderung der Konzentration an Overlay- Medien ändert. The invention relates to a method for expanding cells, in particular non-adherently growing cells, such as invariant T lymphocytes or non-adherently growing T lymphocytes and NK cells, but also other immune cells, e.g. tumor-infiltrated NK cells (TINK) and mucous membrane-associated invariant T cells (MAIT) with a high proportion of CD 8+ and CD 56+ antibodies, also with a low proportion of CD3+ antibodies in a perfusion plate meander bioreactor, in which sufficient quantities of cells are made available for therapeutic treatment with cells and the high costs, in particular through the use of human sera in the expansion, are avoided, wherein in the perfusion plate meander bioreactor several superimposed cultivation carriers 7 provided with a channel 10, overflow 14 and overflow webs 33 are arranged and wherein the cultivation carriers 7 are arranged rotated by 180° to one another. The culture medium flows in the perfusion plate meander via a Luer-Lock connector 22 for the supply of culture medium, meandering from top to bottom, and is discharged from the perfusion plate meander bioreactor via a Luer-Lock connector 23, with the overlay media being fed via a feed cavity 11 and via feeds 12 above the culture medium in the channels 10 overflow in the opposite direction to the flow of the culture medium. To record and control the concentration of overlay media in the culture medium, indicator beads coated with fluorescent markers are added to the culture medium, the fluorescence brightness of which changes with the change in the concentration of overlay media.
Description
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Expansion von Zellen, wie nicht adhärent wachsenden Zellen, nicht adhärent wachsende T- Lymphozyten oder NK- Zellen aber auch weiteren Immunzellen z. B. tumorinfiltrierte NK-Zellen (TINK) und schleimhautassoziierten invarianten T-Zellen (MAIT) mit hohen Anteilen an CD8+ und CD56+ Antikörper, aber auch mit einem geringen Anteil an CD3+ Antikörper, in einem Perfusion- Plattenmäander- BioreaktorThe invention describes a method for expanding cells, such as non-adherently growing cells, non-adherently growing T lymphocytes or NK cells, but also other immune cells, e.g. tumor-infiltrated NK cells (TINK) and mucosa-associated invariant T cells (MAIT) with high proportions of CD8+ and CD56+ antibodies, but also with a low proportion of CD3+ antibodies, in a perfusion plate meander bioreactor
T-Zellen, von denen bekannt ist, dass sie eine einzige invariante TCR haben, sind NKT-Zellen und MAIT-Zellen. Die wichtige Rolle, die NKT-Zellen beim Schutz eines Individuums vor Bakterien und Krebs spielen, sowie ihre Beteiligung an der Pathologie einer Autoimmunerkrankung wurde hauptsächlich durch eine Studie mit Mäusen bekannt gemacht. Inzwischen existieren MAIT-Zellen in großer Zahl im menschlichen peripheren Blut, Darm oder in der Leber, und sie spielen eine wichtige Rolle bei der Immunität der Schleimhaut, aber ein Großteil der Details sind immer noch nicht geklärt. Obwohl es beim Menschen reichlich MAIT-Zellen gibt, hat die Herstellung einer großen Menge von MAIT-Zellen, die von ihrer Vorbereitung aus einem menschlichen lebenden Körper abhängt, Einschränkungen, da MAIT-Zellen schwer zu vermehren sind. MAIT-Zellen müssen durch Präparation aus einem lebenden Körper und Reinigung gewonnen werden, und es gibt weder eine Methode zur Induktion der Differenzierung in vitro/Amplifikation noch eine Technologie in Bezug auf charakteranaloge Zellen (Modellzellen).T cells known to have a single invariant TCR are NKT cells and MAIT cells. The important role that NKT cells play in protecting an individual from bacteria and cancer, as well as their involvement in the pathology of an autoimmune disease, has been made known mainly through a study using mice. Meanwhile, MAIT cells exist in large numbers in human peripheral blood, intestine or liver, and they play an important role in mucosal immunity, but much of the details are still not clear. Although MAIT cells are abundant in humans, the production of a large amount of MAIT cells, which depends on their preparation from a human living body, has limitations because MAIT cells are difficult to propagate. MAIT cells must be obtained by preparation from a living body and purification, and there is neither a method of inducing differentiation in vitro/amplification nor a technology related to character analog cells (model cells).
Die
Die Erfindung gemäß
In der
Kryokonservierte PBMCs können aufgetaut werden, um sie in den Methoden der vorliegenden Offenbarung zu verwenden. Insbesondere umfassen das Auftauen von PBMCs das Entfernen aus flüssigem Stickstoff und das Auflegen auf Eis, wonach sie in einem 37° C warmen Wasserbad aufgetaut werden. Das Auftauen kann weiter umfassen: Hinzufügen von warmem Medium, ergänzt mit 10% FBS, 1% Penicillin / Streptomycin und L-Glutamin, Waschen der Zellen, um das DMSO zu entfernen, und Resuspendieren der Zellen in Medium. Das Auftauen kann außerdem das Ausruhen der PBMCs über Nacht umfassen, um apoptotische Zellen zu entfernen. Nach dieser Ruhezeit werden die Zellen gewaschen und sind dann bereit, in Kultur verwendet zu werden. Kryokonservierte PBMCs wurden aufgetaut und unbehandelt in RPMI 1640 (wie oben beschrieben ergänzt) oder mit Zytokinen stimuliert, durch den T-Zell-Rezeptor (TCR) stimuliert oder durch eine Kombination beider Behandlungen stimuliert. Die Zytokinstimulation wurde mit IL-12 (Invitrogen, Carlsbad, Kalifornien), IL-15 (Invitrogen, Carlsbad, Kalifornien) und IL-18 (MBLI, Woburn, Mass.) bei 100 ng/ml durchgeführt. Die TCR-Stimulation wurde mit Dynabead Human T-Zellaktivator (Invitrogen, Carlsbad, Kalifornien) Anti-CD3/CD28-Perlen bei einem Verhältnis von 1:1 Wulst/T-Zellen durchgeführt. Ganze PBMCs wurden unstimuliert oder in einer Konzentration von 1,25 × 106 pro Bohrung stimuliert oder stimuliert, wobei eine 96-Well-Platte für 6 und 24 Stunden bei 37 ° C verwendet wurde, um die Expression von CTLA-4 zu ermöglichen. MAIT-Zellen, die nur für 6 Stunden stimuliert wurden, benötigten mindestens 12 Stunden Ruhe in Kultur für eine ausreichende Induktion von CTLA-4. Zytokine und TCR-Kügelchen wurden durch magnetische Extraktion und Waschen entfernt. Kurz gesagt, Dynabeads wurden mit EasySep™ Magnet (STEMCELL Technologies Inc., Cambridge, Mass.) entfernt. Die Zellen wurden in 5 ml runde Polystyrolröhrchen bewegt und 0,5 ml 1×PBS (phosphatgepufferte Kochsalzlösung) wurden zu jeder Röhre hinzugefügt. Jede Röhre wurde für 1 min in einen EasySep-Magneten™ gelegt. Um das Rohr im Magneten zu halten, wurde der gesamte Inhalt des Rohres in ein anderes Rohr außerhalb des Magneten gegossen. Die magnetischen Dynabeads verblieben in der ersten Röhre innerhalb des EasySep-Magneten™, während Zellen in die neue Röhre bewegt wurden. Die Zellen wurden zweimal durch Zentrifugieren bei 2000 U / min für 3 min und Resuspendieren in 200 µL RPMI 1640 (wie oben beschrieben ergänzt) gewaschen. Nach den Wäschen wurden die Zellen in 200 µL RPMI 1640 (wie oben beschrieben ergänzt) resuspendiert, bevor sie zurück in eine 96-Well-Platte übergingen, um in Kultur zu ruhen. Um die TCR-Signalgebung zu blockieren, wurden Zellen im Zustand „nur Zytokin“ mit einem Anti-MR1-Antikörper (Klon 26.5, Biolegend, San Diego, Kalifornien) bei 50 µg/ml behandelt. Die Zellen wurden dann mit Antikörpern für die durchflusszytometrische Erfassung und Analyse wie oben beschrieben angefärbt.Cryopreserved PBMCs may be thawed for use in the methods of the present disclosure. In particular, thawing PBMCs includes removing them from liquid nitrogen and placing them on ice, after which they are thawed in a 37°C water bath. Thawing may further include adding warm medium supplemented with 10% FBS, 1% penicillin/streptomycin, and L-glutamine, washing the cells to remove the DMSO, and resuspending the cells in medium. Thawing may also include resting the PBMCs overnight to remove apoptotic cells. After this rest period, the cells are washed and are then ready to be used in culture. Cryopreserved PBMCs were thawed and left untreated in RPMI 1640 (supplemented as described above) or stimulated with cytokines, stimulated by the T cell receptor (TCR), or stimulated by a combination of both treatments. Cytokine stimulation was performed with IL-12 (Invitrogen, Carlsbad, Calif.), IL-15 (Invitrogen, Carlsbad, Calif.), and IL-18 (MBLI, Woburn, Mass.) at 100 ng/ml. TCR stimulation was performed with Dynabead Human T Cell Activator (Invitrogen, Carlsbad, Calif.) anti-CD3/CD28 beads at a ratio of 1:1 bead/T cells. Whole PBMCs were cultured unstimulated or stimulated at a concentration of 1.25 × 106 per well using a 96-well plate for 6 and 24 hours at 37°C to allow expression of CTLA-4. MAIT cells stimulated for only 6 hours required at least 12 hours of rest in culture for sufficient induction of CTLA-4. Cytokines and TCR beads were removed by magnetic extraction and washing. Briefly, Dynabeads were removed using EasySep™ Magnet (STEMCELL Technologies Inc., Cambridge, Mass.). Cells were moved to 5 ml round polystyrene tubes and 0.5 ml of 1×PBS (phosphate buffered saline) was added to each tube. Each tube was placed in an EasySep Magnet™ for 1 min. To keep the tube in the magnet, the entire contents of the tube were poured into another tube outside the magnet. The magnetic Dynabeads remained in the first tube inside the EasySep Magnet™ while cells were moved to the new tube. Cells were washed twice by centrifuging at 2000 rpm for 3 min and resuspending in 200 µL of RPMI 1640 (supplemented as described above). After washes, cells were resuspended in 200 µL of RPMI 1640 (supplemented as described above) before transferring back to a 96-well plate to rest in culture. To block TCR signaling, cells in the cytokine-only state were treated with an anti-MR1 antibody (clone 26.5, Biolegend, San Diego, California) at 50 µg/ml. Cells were then stained with antibodies for flow cytometric detection and analysis as described above.
Die
In der Erfindung
Die
Die
In der
Die Vermehrung von Tumor-infiltrierenden Lymphozyten erfolgt in einem Medium, das Interleukin-2 (IL-2) und Aurintricarbonsäure (ATA) enthält, wobei der Knoten eines menschlichen Kolonkarzinoms, der durch Operation aus dem Dickdarm entfernt wurde, von Bindegewebe und
normalen Darmanteilen befreit wird und in ca. 2 × 2 × 3 mm große Teile zerschnitten. Die Tumorfragmente werden in Iscove-modifiziertem DME-Medium (Gibco), das 15 % FKS (BM) enthält, aufgenommen und gleichmäßig auf vier Kulturschälchen verteilt.The proliferation of tumor-infiltrating lymphocytes occurs in a medium containing interleukin-2 (IL-2) and aurintricarboxylic acid (ATA), whereby the nodule of a human colon carcinoma, which was surgically removed from the colon, is surrounded by connective tissue and
normal intestinal parts and cut into pieces of approximately 2 × 2 × 3 mm. The tumor fragments are taken up in Iscove-modified DME medium (Gibco) containing 15% FCS (BM) and distributed evenly between four culture dishes.
In der
- • die Strömungsverhältnisse im Gerinne eines Perfusions-Bioreaktors,
- • die Ausbildung einer weitgehend ruhenden Zellschicht, in der sie sich die Zellen berühren, aber auch leichte Bewegungen auftreten können, wobei TIL-Zellzahlen in
der sedimentierteSchicht bei 0,1bis 2 × 106 TIL/cm2, vorzugsweise 0,5bis 1× 106 TIL/cm für eine stetige Vermehrung liegen, - • das Kulturmedium Cytokine und Antikörper enthält, wobei die Cytokine in der Form des
Interleukin 12 oder aus einem Gemisch aus Interleukin 2und Interleukin 12 und die Antikörper in der Form des Antikörper 4-1bb bestehen und - • die hyperoxische oder auch normoxische Versorgung der Zellen mit supplementiertem Medium und Sauerstoff in Abhängigkeit von der hochgewachsenen Menge an TIL oder anderen T-Zellen
- • the flow conditions in the channel of a perfusion bioreactor,
- • the formation of a largely resting cell layer in which the cells touch each other, but slight movements can also occur, with TIL cell numbers in the sedimented layer being 0.1 to 2 × 106 TIL/cm2, preferably 0.5 to 1 × 106 TIL/cm for continuous proliferation,
- • the culture medium contains cytokines and antibodies, the cytokines being in the form of
interleukin 12 or a mixture ofinterleukin 2 andinterleukin 12 and the antibodies being in the form of antibody 4-1bb and - • the hyperoxic or normoxic supply of the cells with supplemented medium and oxygen depending on the high number of TIL or other T cells
Die
- (a) Gewinnung einer ersten Population von TILs aus einem Tumor, der von einem Patienten reseziert wurde
- (b) Hinzufügen der Tumorfragmente in ein geschlossenes System;
- (c) Durchführen einer ersten Expansion durch Kultivieren der ersten Population von TILs in einem Zellkulturmedium, das IL-2 enthält, um eine zweite Population von TILs zu erzeugen, wobei die erste Expansion in einem geschlossenen Behälter durchgeführt wird, der eine erste gasdurchlässige Oberfläche bietet, wobei die erste
Expansion für etwa 3bis 14 Tage durchgeführt wird, um die zweite Population von TILs zu erhalten, wobei die zweite Population von TILs mindestens 50-mal größer ist als die erste Population von TILs, und wobei der Übergang von Schritt (b) zu Schritt (c) erfolgt, ohne das System zu öffnen; - (d) Durchführen einer zweiten Expansion durch Ergänzen des Zellkulturmediums der zweiten Population von TILs mit zusätzlichen IL-2-, OKT-3- und Antigenpräsentierenden Zellen (APCs), um eine dritte Population von TILs zu erzeugen, wobei die zweite Expansion für
etwa 7bis 14 Tage durchgeführt wird, um die dritte Population von TILs zu erhalten, wobei die dritte Population von TILs eine therapeutische Population von TILs ist, wobei die zweite Expansion in einem geschlossenen Behälter durchgeführt wird, der eine zweite gasdurchlässige Oberfläche bietet, und wobei der Übergang von Schritt (c) zu Schritt (d) erfolgt, ohne das System zu öffnen; - (e) Entnahme der therapeutischen Population von TILs, die aus Schritt (d) gewonnen wurden, wobei der Übergang von Schritt (d) zu Schritt (e) erfolgt, ohne das System zu öffnen; und
- (f) Übertragung der geernteten TIL-Population von Schritt e) in einen Infusionsbeutel, wobei der Übergang von Schritt (e) zu (f) erfolgt, ohne das System zu öffnen.
- (a) Obtaining a first population of TILs from a tumor resected from a patient
- (b) adding the tumor fragments into a closed system;
- (c) performing a first expansion by culturing the first population of TILs in a cell culture medium containing IL-2 to produce a second population of TILs, wherein the first expansion is performed in a closed container providing a first gas permeable surface, wherein the first expansion is performed for about 3 to 14 days to obtain the second population of TILs, wherein the second population of TILs is at least 50 times larger than the first population of TILs, and wherein the transition from step (b) to step (c) occurs without opening the system;
- (d) performing a second expansion by supplementing the cell culture medium of the second population of TILs with additional IL-2, OKT-3 and antigen presenting cells (APCs) to generate a third population of TILs, wherein the second expansion is performed for about 7 to 14 days to obtain the third population of TILs, wherein the third population of TILs is a therapeutic population of TILs, wherein the second expansion is performed in a closed container providing a second gas permeable surface, and wherein the transition from step (c) to step (d) occurs without opening the system;
- (e) withdrawing the therapeutic population of TILs obtained from step (d), the transition from step (d) to step (e) being carried out without opening the system; and
- (f) transferring the harvested TIL population from step e) into an infusion bag, wherein the transition from step (e) to (f) occurs without opening the system.
Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Expansion von Zellen, insbesondere nicht adhärent wachsenden T- Lymphozyten oder NK- Zellen aber auch weiteren Immunzellen z. B. tumorinfiltrierte NK-Zellen (TINK) werden in Kulturschälchen oder 24 oder 96 Well- Platten durchgeführt, wobei dem Kulturmedium ein hoher Anteil humanem gepooltem AB-Serum (5% bis 10%) zugegeben wird, die ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Expansion von T-Lymphozyten darstellt und womit auch nicht ausreichende Mengen an T-Lymphozyten für eine therapeutische Behandlung zur Verfügung gestellt werden können. Des Weiteren ist nach der Kultivierung ein Gemisch aus T-Lymphozyten (CD3+, CD4+, CD8+), NK- Zellen (CD2+, CD56+) und B-Lymphozyten (CD19+), nachweisbar, wobei aber kein hoher Anteil an T- Lymphozyten, die einem Gemisch aus CD8 und CD56 Antikörper enthalten, expandiert wurde.The methods described in the prior art for expanding cells, in particular non-adherently growing T lymphocytes or NK cells, but also other immune cells, e.g. tumor-infiltrated NK cells (TINK), are carried out in culture dishes or 24 or 96 well plates, with a high proportion of human pooled AB serum (5% to 10%) being added to the culture medium, which represents a significant cost factor in the expansion of T lymphocytes and which also means that insufficient quantities of T lymphocytes can be made available for therapeutic treatment. Furthermore, after cultivation, a mixture of T lymphocytes (CD3+, CD4+, CD8+), NK cells (CD2+, CD56+) and B lymphocytes (CD19+) can be detected, although no high proportion of T lymphocytes containing a mixture of CD8 and CD56 antibodies was expanded.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Expansion von Zellen, insbesondere von nicht adhärent wachsenden Zellen, wie invarianten T- Lymphozyten oder nicht adhärent wachsende T- Lymphozyten und NK- Zellen aber auch weiteren Immunzellen z. B. tumorinfiltrierte NK-Zellen (TINK) und schleimhautassoziierten invarianten T-Zellen (MAIT) mit einem hohen Anteil an CD 8+ und CD 56+ Antikörper, auch mit einem geringen Anteil an CD3+ Antikörper, zu entwickeln, bei dem genügende Mengen an Zellen für eine therapeutische Behandlung mit Zellen zur Verfügung gestellt werden und die hohen Kosten, insbesondere durch den Einsatz von humanen Seren bei der Expansion vermieden werden.The object of the invention is to develop a method for expanding cells, in particular non-adherently growing cells, such as invariant T lymphocytes or non-adherently growing T lymphocytes and NK cells, but also other immune cells, e.g. tumor-infiltrated NK cells (TINK) and mucous membrane-associated invariant T cells (MAIT) with a high proportion of
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Expansion von Zellen, insbesondere von nicht adhärent wachsende Zellen, wie invarianten T- Lymphozyten oder nicht adhärent wachsende T- Lymphozyten und NK- Zellen aber auch weiteren Immunzellen z. B. tumorinfiltrierte NK-Zellen (TINK) und schleimhautassoziierten invarianten T-Zellen (MAIT) mit einem hohen Anteil an CD 8 und CD 56 Antikörper, auch mit einem geringen Anteil an CD3+ Antikörper, in einem Perfusion-Plattenmäander- Bioreaktor, wobei das in Gerinnen 10 geführte Kulturmedium von Overlay- Medien überströmt wird, gelöst, wobei der Perfusions- Plattenmäander-Bioreaktor aus mehreren übereinanderliegenden und gegeneinander um 180° verdrehten, mit durch Stege 13 gebildete Gerinnen 10 und mit in den Kultivierungsträger angeordneten Überläufen 14 sowie in Strömungsrichtung vor den Überläufen 14 angeordneten Überlaufstegen 33 besteht und wobei das Kulturmedium in einem Bioreaktorgefäß 1 in den Gerinnen 10 auf den Kultivierungsträgern 7 des Bioreaktorgefäßes 1 horizontal und durch die Überläufe 14 sowie über den Überlaufsteg 33 auf den darunterliegenden Kultivierungsträger 7 vertikal mäandrierend von Kultivierungsplatte 7 zu Kultivierungsplatte 7 bis zum Abfluss 23 für das Kulturmedium geführt wird. Die Overlay- Medien werden zur Gasdiffusion der Overlay- Medien in das Kulturmedium und zur Konstanthaltung der Konzentration der gelösten Overlay- Medien in dem Kulturmedium oberhalb der Oberfläche des Kulturmediums in den Gerinnen 10 von der speisenden Overlay-Kavität 12 in Richtung der Überläufe 14 und mäandierend von unten nach oben bis zum Abfluss 22 für Overlay- Medien geführt.The task is achieved by a method for the expansion of cells, in particular non-adherently growing cells, such as invariant T-lymphocytes or non-adherently growing T-lymphocytes and NK cells but also other immune cells, e.g. B. tumor-infiltrated NK cells (TINK) and mucous membrane-associated invariant T cells (MAIT) with a high proportion of
Zerkleinerten Gewebestücken, insbesondere kleingeschnittenen Gewebestücken, die aus anfallenden OP-Gewebeteilen oder aus Biopsien stammen werden in das Kulturmedium eingebracht und in einem für das Auswachsen der Zellen geeigneten Perfusions-Mäander -Bioreaktor wachsen in einer ersten Stufe Zellen aus. Nach Erreichen einer bestimmten Dichte an ausgewachsenen und expandierten Zellen werden diese von den Gewebeteilen separiert und im Kulturmedium supplementiert, wobei das Kulturmedium aus üblichen Basismedien mit einem Gemisch aus AB-Humanserum, Antikörper, Cytokinen., Lymphozytenwachstumsfaktoren und humanen Feederzellen Glycol besteht und in einen Perfusion- Plattenmäander- Bioreaktor verbracht, expandiert, aktiviert und geerntet werden und wobei dem Kulturmedium AB Humanserum in einer Menge von 2% an der Gesamtmenge und mit Membrananteilen aus lysierten humanen, autologen Feederzellen supplementiert wird.Chopped tissue pieces, particularly small pieces of tissue from surgical tissue or biopsies, are introduced into the culture medium and cells grow in a perfusion meander bioreactor suitable for cell growth in a first stage. After a certain density of fully grown and expanded cells has been reached, these are separated from the tissue pieces and supplemented in the culture medium, whereby the culture medium consists of conventional base media with a mixture of AB human serum, antibodies, cytokines, lymphocyte growth factors and human feeder cell glycol and is placed in a perfusion plate meander bioreactor, expanded, activated and harvested, and whereby the culture medium AB human serum is supplemented in an amount of 2% of the total amount and with membrane portions from lysed human, autologous feeder cells.
Außerdem werden dem Kulturmedium beschichtete Partikeln als Indikatorkügelchen in einer Größe von 10 -100 µm, insbesondere aus Polystyrol oder aus Sprühgranulat hergestellte Keramikhohlkugeln, die mit Fluoreszensmarker, insbesondere Indocyaningrün, beschichtet sind, beigemischt und durch eine geeignete Lichtquelle 18 mit einer Wellenlänge von zwischen 750 nm und 950 nm, insbesondere mit einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge im Fluoreszenzspektrum für Blut von 830 nm, angestrahlt, wobei sich die Fluoreszenshelligkeit des Fluoreszensmarker durch die Änderung der Konzentration von Overlay- Medien, insbesondere von O2, verändert. Je niedriger die Konzentration an Overlay-Medien, insbesondere an O2, in dem Kulturmedium ist, desto größer ist die Fluoreszenshelligkeit.In addition, coated particles as indicator beads with a size of 10 - 100 µm, in particular made of polystyrene or ceramic hollow beads made of spray granules and coated with fluorescent markers, in particular indocyanine green, are mixed into the culture medium and illuminated by a suitable
Die Dichte vom Kulturmedium beträgt 1,077 g/cm3, die Dichte der keramischen Hohlkugeln mit Lufteinschluss beträgt 1,09 bis 1,1 g/cm3 und ist nur geringförmig höher als die des Kulturmediums. Ein Absinken der Kügelchen im fließenden Medium ist also in größeren Zeiteinheiten zu erwarten. Durch den am Rütteltisch 30 befestigten Impulsgeber 31 werden in definierten Zeitintervallen, insbesondere 1 bis 3x pro Tag das Kulturmedium im Gerinne 10 vertikal zur Strömungsrichtung durch Rucke zwischen 2-5 m/s3 impulsartig beschleunigt und eine Durchmischung der Medienbestandteile und der Indikatorkügelchen erreicht.The density of the culture medium is 1.077 g/cm 3 , the density of the ceramic hollow spheres with air inclusion is 1.09 to 1.1 g/cm 3 and is only slightly higher than that of the culture medium. A sinking of the spheres in the flowing medium is therefore to be expected over longer periods of time. The
Mit zunehmender Zellzahl während des Kultivierungsprozesses steigt auch der Glucose- Bedarf und der Bedarf an Sauerstoff im Overlay.As the number of cells increases during the cultivation process, the glucose requirement and the oxygen requirement in the overlay also increase.
Wird der Helligkeitsgradient der lichtemittierenden Indikatorkügelchen beim Einströmen und beim Ausströmen gemessen und ausgewertet kann durch die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Kulturmediums und der Overlay-Medien nach festgelegten Algorithmen die Vermehrungsrate der Zellen gesteigert werden. Dies führt zum Zeitgewinn und Kosteneinsparung beim Kulturmedium bei der Zellkultivierung.If the brightness gradient of the light-emitting indicator beads is measured and evaluated during inflow and outflow, the rate of cell proliferation can be increased by changing the flow rate of the culture medium and the overlay media according to defined algorithms. This leads to time savings and cost savings in the culture medium during cell cultivation.
Wie oben beschrieben, erfolgt die Glukosezufuhr über das Kulturmedium in Abhängigkeit der O2- Konzentration in dem Kulturmedium, wobei die Konzentration an O2 an der Fluoreszenshelligkeit des Fluoreszensmarkers ermittelt und geregelt wird.As described above, the glucose supply via the culture medium depends on the O 2 concentration in the culture medium, whereby the concentration of O 2 is determined and regulated by the fluorescence brightness of the fluorescent marker.
Die Breite der Gerinne 10 ist so gewählt und die zugeführte und abgeführte Menge an Kulturmedium ist so eingestellt, dass sich in den Stromfäden in den Gerinnen 10 eine laminare Strömung mit einer Bodensteinzahl von 0,001 bis 0,1 ausbildet und die Bodenströmung dabei nahe bei einer Bodensteinzahl 0 verbleibt. Der Abstand b der Gerinne von den Stirnwänden ist so gewählt, dass das Kulturmedium ohne Strömungsverluste durch die Überläufe 14 und über die Überlaufstege 33 abfließen kann.The width of the
Die Bodenstein-Zahl ist eine dimensionslose Kennzahl, die das Verhältnis der konvektiv zugeführten zu den durch Diffusion zugeführten Molen beschreibt. Damit charakterisiert die Bodenstein-Zahl die Rückvermischung innerhalb eines Systems (je größer die Bodenstein-Zahl, desto geringer die Rückvermischung) und ermöglicht Aussagen darüber, ob und wie stark sich Volumenelemente oder Stoffe innerhalb der Gerinne 10 durch die herrschenden Strömungen vermischen. Bei der Bodensteinzahl 0 oder nahe 0 ist die Rückvermischung am größten, das heißt, dass bei einer Bodensteinzahl nahe 0 die Overlay- Medien optimal mit dem Kulturmedium vermischt sind und so die Zellen bei ihrer Expansion optimal mit den Overlay- Medien versorgt werden. Die Bodensteinzahl Bo ist definiert mit Bo= u × L/Dax, wobei u die Strömungsgeschwindigkeit, L die Länge des Reaktors, hier die Länge der Gerinne 10 und Dax den Dispersionskoeffizient darstellen. Da die Länge der Gerinne 10 gegeben ist und die Bodensteinzahl Bo=0 für die ideale Rückvermischung steht, hängt der Dispersionskoeffizient und damit die Verteilung der Overlay- Medien, insbesondere die Verteilung von O2, von der Strömungsgeschwindigkeit des Kulturmediums und der Länge des Reaktors ab, die dann entsprechend der Overlay- Medien- Verteilung in dem Kulturmedium in den Gerinnen 10 an der Fluorenszenshelligkeit zu erkennen ist und geregelt wird.The Bodenstein number is a dimensionless number that describes the ratio of moles supplied convectively to those supplied by diffusion. The Bodenstein number thus characterizes the backmixing within a system (the larger the Bodenstein number, the lower the backmixing) and enables statements to be made about whether and to what extent volume elements or substances within the
Die Overlay- Medien strömen über das Kulturmedium in den auf den Kultivierungsträger 7 angeordneten Gerinne 10 mit einer laminaren Strömung, die durch die Froudsche Zahl 0 < Fr <1 gekennzeichnet ist.The overlay media flow over the culture medium into the
Die Froude-Zahl beschreibt das Verhältnis von Fließgeschwindigkeit und der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Flachwasserwelle, wobei bei einem strömenden Strömungszustand die Wellenausbreitung ein parabelförmiges Muster zeigt.The Froude number describes the relationship between flow velocity and the propagation velocity of a shallow water wave, whereby in a flowing flow state the wave propagation shows a parabolic pattern.
Das Kulturmedium im Perfusion- Plattenmäander- Bioreaktor wird über die Kultivierungsträger 7 mit Gerinnen 10 und Überläufen 14 mäanderförmig von oben nach unten und die Overlay- Medien overflow alternierend gleich- und gegensinnig zur Strömung des Kulturmediums geführt, wobei die Zellen über die Overlay- Medien während der Expansion normoxämisch mit O2 und auch hyperoxämisch mit einer O2-Konzentration von 23 - 25 % versorgt werden.The culture medium in the perfusion plate meander bioreactor is fed via the
Der Anteil der expandierten Zellen, die mit den Antikörpern CD 8+ und CD 56+ versehen ist, liegt bei Expansion nach diesem Verfahren bei 70 bis 80 %, wobei der Antikörper CD3+ in geringen Mengen ebenfalls an die Zellen angedockt ist.The proportion of expanded cells that are labelled with the
Als Lymphozytenwachstumsfaktoren werden Interleukin 12 allein oder als Gemisch aus Interleukin 2 und Interleukin 12 oder als ein Gemisch von IL12, IL15 mit zusätzlich den Antikörper 4-1 BB eingesetzt.As lymphocyte growth factors,
In einer Auslegung der Erfindung wird die Plattenebene der Kultivierungsträger 7 des auf einer Rüttelplatte 30 mit einem Impulsgeber 31 angeordneten Perfusion-Plattenmäander- Bioreaktors horizontal liegen angeordnet und mechanisch in Richtung der Schwerkraft in Zeitintervallen, insbesondere 1- bis 3-mal/d gerüttelt, wobei der eingebrachte Ruck zwischen 2-5 m/s3 beträgt.In one embodiment of the invention, the plate plane of the
Die Plattenebene der Kultivierungsträger 7 kann auch elektromechanisch gerüttelt werden.The plate plane of the
Dadurch wird die Segregation der TIL-Zellen infolge Sedimentation während der Strömung in den Gerinnen verringert, die Vermehrungsrate gesteigert und die Durchlaufzeit der geplanten Zellvermehrung gesenkt. Dies führt zu einem früheren Therapiebeginn der Behandlung mit dem positiven Effekt der höheren Heilungschancen, sowie auch zu geringeren Kosten.This reduces the segregation of TIL cells due to sedimentation during flow in the channels, increases the proliferation rate and reduces the throughput time of the planned cell proliferation. This leads to an earlier start of treatment with the positive effect of higher chances of recovery, as well as lower costs.
In einer weiteren Auslegung der Erfindung können die Zellen in den Kulturmedien, während der Expansion einem Scherstress ausgesetzt werden, wobei ein Teil des Kulturmediums durch einen Bypass 26 außerhalb des Perfusions- Plattenmäander-Bioreaktor durch eine mit einer elektromagnetischen Schlauchklemme 27 erzeugte Verengung des Bypasses 26 geführt werden.In a further embodiment of the invention, the cells in the culture media can be subjected to shear stress during expansion, wherein a portion of the culture medium is passed through a
Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert, wobei die
wobei The invention is explained in more detail using an example, in which the
where
- 1
- Bioreaktorgefäß
- 2
- Boden
- 3
- Deckel
- 4
- Stirnwand
- 5
- Stirnwand
- 6
- Seitenwand
- 7
- Kultivierungsträger
- 8
- Spannbügel
- 9
- Spannmutter
- 10
- Gerinne
- 11
- Zufuhrkavität
- 12
- Zuführungen Overlay- Medien
- 13
- Stege
- 14
- Überlauf
- 15
- Auffangkammer
- 16
- Raum für Overlay- Medien
- 17
- Fuß
- 18
- Lichtquelle
- 19
- Lichtfenster
- 20
- Luer- Lock- Verbinder für die Zuführung Overlay- Medien
- 21
- Luer- Lock- Verbinder für die Zuführung Kulturmedium
- 22
- Luer- Lock- Verbinder für die Abführung Overlay- Medien
- 23
- Luer- Lock- Verbinder für die Abführung Kulturmedium
- 24
- Overlay- Kavität
- 25
- Kulturmedien
- 26
- Bypass
- 27
- elektromagnetische Schlauchklemme
- 28
- Dreiwegekükenhahn
- 29
- Luer- Lock- Verbinder
- 30
- Rütteltisch
- 31
- Impulsgeber
- 32
- Kamera
- 33
- Überlaufsteg
- 1
- bioreactor vessel
- 2
- Floor
- 3
- Lid
- 4
- bulkhead
- 5
- bulkhead
- 6
- side wall
- 7
- cultivation carrier
- 8
- tensioning bracket
- 9
- clamping nut
- 10
- channel
- 11
- supply cavity
- 12
- overlay media feeders
- 13
- footbridges
- 14
- overflow
- 15
- collection chamber
- 16
- space for overlay media
- 17
- Foot
- 18
- light source
- 19
- light window
- 20
- Luer-Lock connector for supplying overlay media
- 21
- Luer-Lock connector for supplying culture medium
- 22
- Luer-Lock connector for the removal of overlay media
- 23
- Luer-Lock connector for the removal of culture medium
- 24
- overlay cavity
- 25
- cultural media
- 26
- bypass
- 27
- electromagnetic hose clamp
- 28
- three-way cock
- 29
- Luer-Lock connector
- 30
- vibrating table
- 31
- initiator
- 32
- camera
- 33
- overflow bridge
Ein Kulturmedium besteht aus einem Zellwachstum-Medium, das mit einem spezifischen Gemisch aus AB Humanserum, Cytokinen, Antikörpern und irradiierten humanen Feeder Zellen zeitweilig supplementiert wird. Diesem Kulturmedium werden die während einer Operation vom Patienten entnommenen und zerkleinerten autologen Tumor- Gewebestücke in einer Größe von 1 bis 2 mm3 sowie mit Indocyaningrün beschichtete Polystyrol- Partikeln in einer Größe von 10 -100 µm zugegeben und mit dem Kulturmedium über den Luer- Lock-Verbinder 21 für die Zuführung von Kulturmedium dem Bioreaktorgefäß 1 zugeführt. Das Kulturmedien wird nur mit AB Humanserum in einer Menge von 2% an der Gesamtmenge und mit Membrananteilen aus lysierten humanen, autologen Feederzellen supplementiert, wobei die Membrananteile der lysierten Feederzellen nach 4 - 5 Tagen nach Beginn der Expansion zugesetzt werden. Die zerkleinerten Gewebestücke werden im Bioreaktor gleichmäßig verteilt und im Perfusionsbetrieb kultiviert, wobei das Kulturmedium durch die über den Zufuhrkavität 11 und die Zuführungen 12 für Overlay- Medien in die Overlay- Räume 16 zugeführten Overlay-Medien mit der entsprechenden Overlay-Atmosphäre geregelt versorgt wird. In einem Kultivierungslauf über 7 bis 14 Tage wachsen Zellen (TIL oder andere Zellen) in ausreichender Menge aus. Mit zunehmender Zellzahl wird im Verlauf der Vermehrung der Zellmenge (TIL oder andere Zellen) die Zufuhr von frischem Medium kontinuierlich erhöht, wobei das erhöhte Zuführen von frischem Medium durch einen entsprechenden Algorithmus automatisch gesteuert wird.A culture medium consists of a cell growth medium that is temporarily supplemented with a specific mixture of AB human serum, cytokines, antibodies and irradiated human feeder cells. The autologous tumor tissue pieces taken from the patient during an operation and chopped up in a size of 1 to 2 mm 3 as well as polystyrene particles coated with indocyanine green in a size of 10 -100 µm are added to this culture medium and fed with the culture medium to the
Der Perfusions- Plattenmäander- Bioreaktor besteht dabei aus einem Bioreaktorgefäß 1 aus Polystyrol, das aus einen Boden 2, einem Deckel 3, aus Stirnwänden 4,5 und aus Seitenwänden 6 gebildet wird. In dem Bioreaktorgefäß 1 sind über die Spannmuttern 9 und einem Spannbügel 8 mehrere, insbesondere acht Kultivierungsträger 7 mit einem Abstand von 11,5 mm befestigt. Auf den Kultivierungsträgern 7 werden durch Stege 13 Gerinne 10 gebildet, durch die das Kulturmedium die gasförmigen Overlay- Medien geführt werden und wobei das Kulturmedium und über einen Überlaufsteg 33 von 6 mm Höhe und durch einen oder mehrere Überläufe 14 auf den darunterliegenden Kultivierungsträger 7 abgeführt wird. Dieser darunterliegende Kultivierungsträger 7 ist mit seinem Überläufen 14 und seinem Überlaufsteg 33 gegenüber dem darüber liegenden Kultivierungsträger 7 um 180° gedreht angebracht, so dass das Kulturmedium mäanderartig von oben nach unten in die Auffangkammer 15 für das Kulturmedium fließt und über den Luer- Lock-Verbinder 23 aus dem Bioreaktorgefäß 1 abgeführt wird. Der Abstand a der Stege 13 voneinander ist so gewählt und die zugeführte und abgeführte Menge an Kulturmedium ist so eingestellt, dass sich in dem Stromfaden, in dem durch die Stege 13 gebildeten Gerinne 10 zur optimalen Versorgung der expandieren Zellen eine laminare Strömung mit einer Bodensteinzahl von 0,001 bis 0,1 ausbildet und die Bodenströmung dabei nahe bei einer Bodensteinzahl 0 verbleibt. Dies wird maßgeblich durch den Überlaufsteg 33 mit einer Höhe von bis zu 6 mm erreicht, weil die Strömungsgeschwindigkeit (u) in der laminaren Grenzschicht an der Sohle des Gerinnes 10 nahe 0 ist und somit die Bodensteinzahl Bo ca. 0) beträgt (u ist proportional Bo).The perfusion plate meander bioreactor consists of a
In die Stirnwand 4 ist eine Zufuhrkavität 11 für Overlay- Medien eingearbeitet, die über Zuführungen 12 für Overlay- Medien mit Overlay- Räumen 16 verbunden ist, die sich über den Kultivierungsträgern 7 mit den fließenden Kulturmedium befinden. Über den Luer- Lock-Verbinder 20, der mit der Zufuhrkavität 11 für Overlay- Medien verbunden ist, werden die Overlay- Medien im Gegenstrom über das Kultivierungsmedium bis in die Auffang-Kammer 24 für Overlay- Medien geführt und über den Luer- Lock- Verbinder 22 für die Abführung der Overlay- Medien aus dem Bioreaktorgefäß 1 abgeführt.A
Der Boden 2 des Bioreaktorgefäßes 1 weist ein Lichtfenster 19 auf, unter dem eine Lichtquelle 20 mit einer Wellenlänge im Fluoreszenzspektrum für Blut von 830 nm mit einer Videokamera 32 angebracht ist, mit dessen Hilfe die Rückvermischung der Overlay- Medien in dem Kulturmedien kontrolliert und gesteuert wird, wobei das Kulturmedium zur Erkennung der Rückvermischung mit Indocyaningrün beschichteten Polystyrol- Partikel versehen ist, deren Farbveränderung die Änderung der Konzentration von Overlay- Medien, insbesondere die Konzentration von O2 anzeigt. Je niedriger die Konzentration an Overlay-Medien, insbesondere an O2 in dem Kulturmedium ist, desto größer ist die Fluoreszenshelligkeit.The
Anstelle des Luer- Lock- Verbinder 20 kann in der Stirnwand 4 ein Dreiwegekükenhahn 28 und in der Stirnwand 5 kann über dem mittig angeordneten Kultivierungsträger 7 ein mit dem Raum für das Kulturmedium 25 dieses Kultivierungsträgers 7 verbundener Luer- Lock- Verbinder 29 angeordnet sein, wobei der Dreiwegekükenhahn 28 und der Luer- Lock- Verbinder 29 über einen Bypass 26 miteinander verbunden sind und wobei im Bypass 26 eine elektromagnetische Schlauchklemme 27 angeordnet ist.Instead of the Luer-
Damit kann durch Umschalten des Dreiwegekükenhahns 28 und des Luer- Lock-Verbinder 29 ein Teil des Kulturmediums über den Bypass 26 geführt und durch die Verengung des Querschnitts des Bypasses 26 kann auf die expandierenden Zellen in den Kulturmedien ein definierbarer Scherstress ausgeübt werden. Die Aktivierung von Zellen, insbesondere von T- Zellen, ist sowohl eine mechanischer als auch ein biochemischer Prozess. Mit der elektromagnetischen Schlauchklemme 27 wird ein reproduzierbarer definierter Scherstress auf die Zellen, insbesondere T- Zellen, ausgeübt und so wird die Aktivierung mechanisch stimuliertThis means that by switching the three-
Das Bioreaktorgefäß 1 ist auf einen Rütteltisch 30 mit einem Impulsgeber 31 angeordnet, wobei am Boden 2 des Bioreaktorgefäßes 1 unter einem poliertem Lichtfenster 19 eine Lichtquelle 18 mit einer Wellenlänge im Fluoreszenzspektrum für Blut von 830 nm, mit einer Kamera 32 befestigt ist.The
Die Steuerung der Glukosezufuhr über das Kulturmedium erfolgt in Abhängigkeit der O2- Konzentration in den Kulturmedien, wobei die Konzentration von O2 an der Fluoreszenshelligkeit des Fluoreszensmarkers ermittelt und die Glucosezufuhr damit geregelt wird.The control of glucose supply via the culture medium is dependent on the O 2 concentration concentration in the culture media, whereby the concentration of O 2 is determined from the fluorescence brightness of the fluorescent marker and the glucose supply is thus regulated.
Das Kulturmedium, das in 10 parallellaufenden, hydraulisch getrennten, Gerinnen 10 auf dem Kultivierungsträger 7 durch die Gerinne 10 strömt und am Ende der Kultivierungsplatte 7 durch die Überläufe 14 auf die darunterliegende Kultivierungsplatte 7 strömt und dann gegensinnig wieder durch die Gerinne 10 strömt hat eine sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit von ca. 1 cm/min und mäandriert somit vertikal. Bezogen auf die gesamte Gerinnefläche ergibt sich eine Reynoldszahl zwischen10<Re<50 <<2320 =Rekrit., was bei der geringen Strömungsgeschwindigkeit zu einer gesichert laminaren Strömung bei einer Bodensteinzahl Bo nahe null führt.The culture medium, which flows in 10 parallel, hydraulically separated
Die Bodensteinzahl Bo ist definiert mit Bo= u × L/Dax, wobei u die Strömungsgeschwindigkeit, L die Länge des Reaktors, hier die Länge der Gerinne 10 und Dax der Dispersionskoeffizient darstellen. Da die Länge der Gerinne 10 gegeben ist und die Bodensteinzahl Bo=0 für die ideale Rückvermischung steht, hängt der Dispersionskoeffizient und damit die Verteilung der Overlay- Medien, insbesondere die Verteilung von O2, von der Strömungsgeschwindigkeit des Kulturmediums ab, die dann entsprechend der Overlay- Medien- Verteilung in dem Kulturmedium in den Gerinnen 10 an der Fluorenszenshelligkeit zu erkennen ist und geregelt werden kann.The Bodenstein number Bo is defined with Bo= u × L/Dax, where u is the flow velocity, L is the length of the reactor, here the length of the
Die Overlay- Medien strömen über dem Kulturmedium in den auf den Kultivierungsträger angeordneten Gerinne 10 mit einer laminaren Strömung, die durch die Froudsche Zahl nahe 0 gekennzeichnet ist.The overlay media flow over the culture medium into the
Das Kulturmedium im Perfusion- Plattenmäander- Bioreaktor werden über die Kultivierungsträger 7 mit den Gerinnen 10 und Überläufen 14 mäanderförmig von oben nach unten und die Overlay- Medien overflow von unten nach oben gegensinnig zur Strömung des Kulturmediums geführt, wobei die Zellen über die Overlay- Medien mit O2 während der Expansion normoxämisch oder hyperoxämisch mit einer O2- Konzentration von 23 - 25 % versorgt werden.The culture medium in the perfusion plate meander bioreactor is guided via the
Der Anteil der expandierten Zellen, die mit den Antikörpern CD 8+ und CD 56+ versehen ist, liegt bei Expansion nach diesem Verfahren 70 bis 80 %, wobei der Antikörper CD3+ in geringen Mengen ebenfalls an die Zellen angedockt ist.When expanded using this method, the proportion of expanded cells that are provided with the
Als Lymphozytenwachstumsfaktoren werden Interleukin 12 allein oder als Gemisch aus Interleukin 2 und Interleukin 12 oder als ein Gemisch von IL12, IL15 mit zusätzlich den Antikörper 4-1 BB eingesetzt.As lymphocyte growth factors,
Die Plattenebene der Kultivierungsträger 7 des auf einer Rüttelplatte 30 mit einem Impulsgeber 31 angeordneten Perfusion- Plattenmäander- Bioreaktors liegt horizontal angeordnet und wird mechanisch in Richtung der Schwerkraft in Zeitintervallen, insbesondere 1- bis 3-mal /d geruckt, wobei der eingebrachte Ruck zwischen 2-5 m/s3 beträgt.The plate plane of the
Die Plattenebene der Kultivierungsträger 7 kann auch elektromechanisch gerüttelt werden.The plate plane of the
Die Zellen in dem Kulturmedium werden während der Expansion einem Scherstress ausgesetzt werden, wobei ein Teil des Kulturmediums durch einen Bypass 26 außerhalb des Perfusions- Plattenmäander- Bioreaktor durch eine mit einer elektromagnetische Schlauchklemme 27 erzeugte Verengung des Bypasses 26 geführt wird.The cells in the culture medium will be subjected to shear stress during expansion, with a portion of the culture medium being passed through a
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-
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