Pesquisadores da Aliança para Pesquisa e Tecnologia de Cingapura-MIT (SMART), empresa de pesquisa do MIT em Cingapura, desenvolveram uma nova maneira de produzir doses clínicas de células T autólogas viáveis do receptor de antígeno quimérico (CAR) em um chip microfluídico de sistema fechado automatizado ultrapequeno, aproximadamente do tamanho de um baralho de cartas. 

Esta é a primeira vez que um microbiorreator é usado para produzir produtos de terapia celular autóloga. Especificamente, o novo método foi usado com sucesso para fabricar e expandir células CAR-T que são tão eficazes quanto as células produzidas usando sistemas existentes em uma pegada menor e menos espaço, e usando menos números de células de semeadura e reagentes de fabricação de células. Isso pode levar a métodos mais eficientes e acessíveis de escalonamento da fabricação de terapia celular autóloga, e pode até mesmo potencialmente permitir a fabricação de células CAR T no ponto de atendimento fora de um ambiente de laboratório — como em hospitais e enfermarias.

A fabricação da terapia com células T CAR requer o isolamento, ativação, modificação genética e expansão das próprias células T de um paciente para matar células tumorais após a reinfusão no paciente. Apesar de como as terapias celulares revolucionaram a imunoterapia do câncer, com alguns dos primeiros pacientes que receberam terapias celulares autólogas em remissão por mais de 10 anos, o processo de fabricação de células T CAR permaneceu inconsistente, caro e demorado. Ele pode ser propenso à contaminação, sujeito a erro humano e requer a semeadura de números de células que são impraticáveis para a produção de células T CAR em menor escala. Esses desafios criam gargalos que restringem tanto a disponibilidade quanto a acessibilidade dessas terapias, apesar de sua eficácia.

Em um artigo intitulado “ Um processo de microbiorreator de alta densidade projetado para fabricação automatizada de células T CAR no ponto de atendimento ” publicado no periódico Nature Biomedical Engineering , pesquisadores da SMART detalharam sua descoberta: células T primárias humanas podem ser ativadas, transduzidas e expandidas para altas densidades em um chip microfluídico de sistema fechado automatizado de 2 mililitros para produzir mais de 60 milhões de células T CAR de doadores com linfoma e mais de 200 milhões de células T CAR de doadores saudáveis. As células T CAR produzidas usando o microbiorreator são tão eficazes quanto aquelas produzidas usando métodos convencionais, mas em uma pegada menor e menos espaço, e com menos recursos. Isso se traduz em menor custo de produtos fabricados (COGM) e, potencialmente, em custos mais baixos para os pacientes.

A pesquisa inovadora foi liderada por membros do grupo de pesquisa interdisciplinar Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) da SMART. Os colaboradores incluem pesquisadores da Duke-NUS Medical School; do Institute of Molecular and Cell Biology da Agency for Science, Technology and Research; do KK Women's and Children's Hospital; e do Singapore General Hospital.

“Este avanço na fabricação de terapia celular pode, em última análise, oferecer uma plataforma de ponto de atendimento que pode aumentar substancialmente o número de slots de produção de células T CAR, reduzindo os tempos de espera e o custo dos produtos desses medicamentos vivos — tornando a terapia celular mais acessível às massas. O uso de biorreatores em escala reduzida também pode auxiliar em estudos de otimização de processos, inclusive para diferentes produtos de terapia celular”, diz Michael Birnbaum, copesquisador principal do SMART CAMP, professor associado de engenharia biológica no MIT e co-autor sênior do artigo.

Com altas taxas de expansão de células T, números totais semelhantes de células T poderiam ser obtidos com um período de cultura mais curto no microbiorreator (sete a oito dias) em comparação com placas de cultura permeáveis a gás (12 dias), potencialmente encurtando os tempos de produção em 30-40 por cento. As células T CAR do biorreator microfluídico e das placas de cultura permeáveis a gás mostraram apenas diferenças sutis na qualidade celular. As células foram igualmente funcionais na eliminação de células de leucemia quando testadas em camundongos.

“Este novo método sugere que uma miniaturização dramática da produção de terapia celular autóloga de geração atual é viável, com o potencial de aliviar significativamente as limitações de fabricação da terapia com células T CAR. Tal miniaturização estabeleceria a base para a fabricação de células T CAR no ponto de atendimento e diminuiria a pegada de “boas práticas de fabricação” (GMP) necessária para a produção de terapias celulares — que é um dos principais motivadores do COGM”, diz Wei-Xiang Sin, cientista pesquisador do SMART CAMP e primeiro autor do artigo.

Notavelmente, o microbiorreator usado na pesquisa é um sistema fechado, automatizado e baseado em perfusão com a menor pegada por dose, menor volume de cultura e número de células de semeadura, bem como a maior densidade celular e nível de controle de processo atingível. Esses microbiorreatores — anteriormente usados apenas para culturas de células microbianas e de mamíferos — foram originalmente desenvolvidos no MIT e foram avançados para produção comercial pela Millipore Sigma.

Os pequenos números de células iniciais necessários, em comparação com as maiores plataformas de fabricação automatizadas existentes, significam que quantidades menores de esferas de isolamento, reagentes de ativação e vetores lentivirais são necessárias por execução de produção. Além disso, volumes menores de meio são necessários (pelo menos dez vezes menor do que os sistemas de cultura automatizados maiores) devido ao volume de cultura extremamente pequeno (2 mililitros; aproximadamente 100 vezes menor do que os sistemas de cultura automatizados maiores) — o que contribui para reduções significativas no custo do reagente. Isso pode beneficiar os pacientes, especialmente os pacientes pediátricos que têm números baixos ou insuficientes de células T para produzir doses terapêuticas de células T CAR.

Seguindo em frente, o SMART CAMP está trabalhando em mais engenharia de amostragem e/ou sistemas analíticos ao redor do microbiorreator para que a produção de CAR-T possa ser realizada com trabalho reduzido e fora de um ambiente de laboratório, potencialmente facilitando a fabricação descentralizada de células CAR T à beira do leito. O SMART CAMP também está buscando otimizar ainda mais os parâmetros do processo e as condições de cultura para melhorar o rendimento e a qualidade das células para uso clínico futuro.

A pesquisa foi conduzida pela SMART e apoiada pela Fundação Nacional de Pesquisa de Cingapura por meio do programa Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE).