麻省理工學(xué)院在新加坡的研究企業(yè)新加坡-麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟(SMART)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種生產(chǎn)人紅細(xì)胞(RBC)的新方法，與現(xiàn)有方法相比，該方法可將培養(yǎng)時(shí)間縮短一半，并采用新穎的分選和更快，更精確且成本更低的純化方法。

輸血每年可挽救數(shù)百萬(wàn)人的生命，但世界上一半以上的國(guó)家沒(méi)有足夠的血液供應(yīng)來(lái)滿足其需求。通過(guò)避免大量抽血和困難的細(xì)胞分離過(guò)程，按需生產(chǎn)RBC的能力，尤其是通用供血(O +)，將使那些需要輸血的人(如白血病)受益匪淺。

更輕松，更快速地制造RBC也將對(duì)全世界的血庫(kù)產(chǎn)生重大影響，并減少對(duì)具有更高感染風(fēng)險(xiǎn)的供血的依賴。對(duì)于瘧疾等疾病研究而言，這也至關(guān)重要，該疾病每年影響超過(guò)2.2億人，甚至可以實(shí)現(xiàn)新的和改進(jìn)的細(xì)胞療法。

但是，制造RBC非常耗時(shí)，并且會(huì)產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物，而當(dāng)前的純化方法價(jià)格昂貴，并且不適用于大規(guī)模治療應(yīng)用。因此，SMART的研究人員設(shè)計(jì)了一種優(yōu)化的中間低溫存儲(chǔ)方案，該方案可將細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間縮短至解凍后11天，從而無(wú)需連續(xù)23天進(jìn)行血液制造。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的互補(bǔ)技術(shù)為高效，低成本的RBC純化和更有針對(duì)性的分選提供了幫助。

在最近發(fā)表在《芯片實(shí)驗(yàn)室》上的一篇題為“紅細(xì)胞培養(yǎng)的人類網(wǎng)狀細(xì)胞的無(wú)微標(biāo)簽生物處理的微處理”的論文中，研究人員解釋了他們?cè)诟纳芌BC生產(chǎn)方面所取得的巨大技術(shù)進(jìn)步。這項(xiàng)研究是由SMART的兩個(gè)跨學(xué)科研究小組(IRG)的研究人員進(jìn)行的：抗菌素耐藥性(AMR)和制造個(gè)性化醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵分析(CAMP)，并由首席研究員Jongyoon Han(麻省理工學(xué)院教授)共同領(lǐng)導(dǎo)，和NTU教授Peter Preiser 該團(tuán)隊(duì)還包括新加坡國(guó)立大學(xué)(NUS)和南洋理工大學(xué)(NTU)任命的AMR和CAMP IRG教授。

該論文的主要作者，SMART CAMP高級(jí)博士后研究員Kerwin Kwek博士說(shuō)：“傳統(tǒng)的生產(chǎn)人類RBC的方法通常需要23天才能使細(xì)胞生長(zhǎng)，成倍擴(kuò)增并最終成熟為RBC。” “我們的優(yōu)化方案將培養(yǎng)的細(xì)胞在典型過(guò)程中通常在第12天存儲(chǔ)在液氮中，并根據(jù)需要解凍細(xì)胞并在11天內(nèi)產(chǎn)生RBC。”

研究人員還通過(guò)修改現(xiàn)有的Dean Flow Fractionation(DFF)和確定性橫向位移(DLD)來(lái)開(kāi)發(fā)新穎的純化和分選方法。開(kāi)發(fā)用于DFF分選的梯形橫截面設(shè)計(jì)和微流控芯片，以及用于DLD分選的反L形柱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特分選系統(tǒng)。

DFF微流體芯片

SMART使用改良的DFF和DLD方法的新分選和純化技術(shù)利用RBC的大小和可變形性進(jìn)行純化，而不是球形。由于大多數(shù)人類細(xì)胞是可變形的，因此該技術(shù)可以具有廣泛的生物學(xué)和臨床應(yīng)用，例如癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞的分類和診斷。

在測(cè)試純化的RBC時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們保留了其細(xì)胞功能，如高瘧原蟲(chóng)感染性所證明的那樣，這需要高度純凈和健康的細(xì)胞進(jìn)行感染。這證實(shí)了SMART的新RBC分選和純化技術(shù)是研究瘧疾病理學(xué)的理想選擇。

與通過(guò)熒光激活細(xì)胞分選(FACS)進(jìn)行的常規(guī)細(xì)胞純化相比，SMART的增強(qiáng)型DFF和DLD方法可提供相當(dāng)?shù)募兌龋瑫r(shí)每秒處理至少兩倍的細(xì)胞，而成本卻不到三分之一。在按比例放大的制造過(guò)程中，DFF因其高體積通量而更為理想，而在細(xì)胞純度至關(guān)重要的情況下，DLD的高精度功能最為有利。

Kwek博士說(shuō)：“我們新穎的分選和純化方法大大縮短了細(xì)胞處理時(shí)間，可以輕松地集成到當(dāng)前的細(xì)胞制造過(guò)程中。該過(guò)程也不需要訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來(lái)執(zhí)行樣品處理程序，并且可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。”繼續(xù)。

他們的研究結(jié)果將使科學(xué)家們更快地獲得功能完備，純度高，生產(chǎn)成本降低的最終細(xì)胞產(chǎn)品。

Microfluidic label-free bioprocessing of human reticulocytes from erythroid culture

https://doi.org/10.1039/C9LC01128E

https://news.mit.edu/2020/smart-researchers-develop-fast-efficient-method-produce-red-blood-cells-0921