高通量细胞分析—助力细胞与基因治疗产品加速开发

发布日期:2023-03-27 14:06:58浏览次数:977

近年来,全球细胞与基因治疗市场发展迅猛,我国政府对细胞与基因治疗行业也给予大力支持,国家级各部委颁布多项支持政策。2022年5月10日,国家发展改革委员会印发《“十四五”生物经济发展规划》,《规划》在第(五)部分“加快提升生物技术创新能力”的“开展前沿生物技术创新”中提到:发展基因诊疗、干细胞治疗、免疫细胞治疗等新技术,强化产学研用协同联动,加快相关技术产品转化和临床应用,推动形成再生医学和精准医学治疗新模式。

细胞治疗是指应用人自体或异体来源的细胞经体外操作后输入(或植入)人体,用于疾病治疗的过程。体外操作包括但不限于分离、纯化、培养、扩增、活化、细胞(系)的建立、冻存复苏等。细胞治疗主要可分为免疫细胞治疗、干细胞治疗和其它体细胞治疗。

基因治疗是指通过基因添加,基因修正,基因沉默等方式修饰个体基因的表达或修复异常基因,达到治愈疾病目的的疗法。基因治疗主要可分为以病毒为载体的基因替代和非病毒载体的基因编辑。

以嵌合抗原受体T细胞(CAR-T, Chimeric Antigen Receptor T cell)治疗为例,CAR-T就是一类过继性免疫细胞治疗技术,从患者或其他人的血液中收集外周血T细胞,体外经过改造后再回输入患者体内,对抗癌症等疾病。目前,全球已上市的各类细胞治疗产品超过50种,用于治疗多种疾病。全球细胞治疗产品有超过6,000个品种处于研发阶段,其中临床前研发阶段药物居多,将近5,000余种,处于临床研究阶段产品超过1,000个。随着越来越多的细胞治疗产品申请临床试验和上市,对研发和生产过程中的核心——“细胞”的把控,特别是其中细胞分析与质控评价,成为全行业亟待解决的难点和痛点,也对传统的细胞分析检测方法和设备提出了全新的要求与挑战。

随着显微成像和AI人工智能技术的发展,基于细胞图像的高通量分析得到越来越多的发展和应用,也逐渐被纳入细胞与基因治疗等新兴领域,在细胞株开发、细胞转染、细胞体外功能评价和病毒检测等方面发挥越来越重要的作用。

高通量细胞分析技术,综合了自动化高通量显微成像和大数据定量分析,在一次实验中同时获得细胞(或组织)明场或荧光显微成像、多重靶标分子表达量、时间和空间信息、细胞或亚细胞形态结构信息,通过图像分析软件定量分析靶标和表型数据,综合获得细胞群体的相关生物学特征。简而言之,高通量细胞分析是通过自动化细胞成像、综合图像识别分析和生物信息学技术,对群体细胞表型进行定量分析,从而获得细胞图像和相应的分析数据。

艾力特生物科技(上海)有限公司长期致力于高质量细胞分析仪的研发和生产,旗下Countstar系列产品广受国内外客户的好评,在细胞分析领域积累了丰富的经验和技术。Countstar Castor X1 高通量智能细胞分析仪,凭借高清成像、精准识别和强大分析的优势,可提供完整高效的高通量细胞分析解决方案,包括细胞株开发过程中的细胞单克隆源性鉴定、克隆生长监测,细胞转染分析,高通量计数与活率分析,无标记汇合度分析;细胞治疗质控过程中的高通量细胞表型分析,体外细胞杀伤,以及基因治疗领域中的病毒滴度检测等多种应用,助力细胞与基因治疗产品的加速开发和商业化进程。

Castor X1高通量智能细胞分析仪,集高灵敏双色荧光成像、高速自动化系统和强大的智能数据分析于一体,凭借全新的光路设计和高分辨制冷相机获得超预期高清图像;高速自动化系统能帮助您减少人工操作,节省实验时间;强大的数据分析能力可处理数百种图像参数,提供准确定量的分析结果;模块化软件功能拓展了应用范围,让实验分析不再捉襟见肘!

此外,Castor X1还提供了完善的数据管理系统、多级用户权限管理、电子签名、审计追踪等功能,符合(c)GMP和 FDA 21CFR Part11 的数据完整性合规要求。此外,还可以提供 IQ/OQ/PQ 验证服务,确保满足 (c)GMP、FDA 等对仪器验证的法规要求。

目前,Castor X1高通量智能细胞分析仪在以下三大应用领域展现出巨大的优势:

1、细胞株开发

在生命科学研究及其应用临床转化中,各类细胞株开发是常用的技术手段之一,尤其是一些抗体药物的研发。在细胞株筛选过程中,转染是第一步,其次为单克隆细胞株筛选和鉴定。

在转染过程中,研究人员往往需要对细胞的转染效率进行评价,以此来优化转染条件用于后续大批量实验。在这个过程中,传统的人工观察经验无法对转染效率进行准确定量,而CastorX1高通量智能细胞分析仪内置的荧光分析功能可以轻松实现对于转染效率的准确评价。同时,Castor X1配置的图像聚类分析功能,可进行数据结果二次分析和统计分析,获取更丰富数据结果,同时具备“成像”与“流式”的双重优势。

转染筛选得到可表达目的基因、蛋白或抗体的细胞群后,下一步需要进行细胞株单克隆化筛选与克隆源性鉴定。根据ICH指导原则,生产用细胞株必须是来自于单个细胞。进行单克隆源性验证(Monoclonal Verification of Cell Lines)是为了减少细胞库的异质性,减少单克隆细胞筛选的复杂流程,保持生产过程的一致性和可预见性,确保最终产品的产量和质量在预设的范围内。

Castor X1具有全新光路设计,能够自动聚焦、整孔高清成像,单双细胞清晰分辨,细胞即使在孔边缘也可清晰捕捉。

基于AI人工智能算法和大数据分析,Castor X1能够对克隆团精准识别、定量分析,并可自动追溯至day0天,辅助判定单克隆源性,节省人工查验时间。

与传统两轮有限稀释法相比,通过一轮单克隆铺板结合Castor X1成像鉴定,可将传统的细胞株开发周期12-18周缩短至6-9周,节省50%开发时间。与目前传统的逐孔人工核验、确认单克隆源性相比,使用Castor X1智能辅助判断,可将单次如50块96孔板的鉴定时间从8-9小时缩短为2-3小时,极大提高了实验效率,节省人力与提高准确度,大大加快了细胞株开发进程。

此外,Castor X1还可以生成数据完整的单克隆鉴定报告,提供从Day0到Day X 全时间轴的整孔图片以及克隆团和单细胞局部放大图片,提供完整的单克隆证据链。

2、细胞体外功能评价

无论是传统药物如小分子化药、大分子抗体药,还是以CAR-T为代表的细胞治疗产品,都需要进行基于“细胞”的体外功能评价,用于药物生物学功能筛选、药理机制研究和药效评价。Castor X1高通量智能细胞分析仪,配置明场、GFP和RFP双色荧光通道,可开展包括细胞增殖、毒性评价、细胞杀伤和细胞凋亡等应用功能检测,提供细胞体外功能评价的高效解决方案。

体外细胞杀伤实验常作为检测和评价NK细胞活性、T淋巴细胞功能的重要手段,在临床检测中被广泛应用于机体抗肿瘤、抗病毒感染、器官移植、疾病诊断和免疫力水平等检测。同时,随着生物药和肿瘤免疫治疗的蓬勃发展,也作为重要生物学功能活检测性指标,广泛应用于抗体药、CAR-T/NK/TIL细胞治疗等的体外功能评价中。

用Calcein-AM或CFSE等活细胞染料标记靶细胞,与效应细胞共培养后用PI或7-AAD等荧光染料标记死细胞,通过对细胞成像直接检测靶细胞被杀伤的数量和变化过程来直观定量反映细胞杀伤效果。

细胞增殖是细胞的重要生理功能之一,细胞增殖检测通常需要分析分裂中的细胞数量的变化,进而反应细胞的生长状态及活性。Castor X1可通过检测培养板中单个孔的细胞汇合度变化,实现无标记、非终点细胞增殖检测,可提供对任意多孔板的高通量细胞汇合度分析,定量监测细胞生长情况,绘制细胞生长曲线。无标记细胞汇合度分析可广泛用于细胞增殖、迁移、毒性等评价和细胞培养质控,也是细胞转染与其他下游分析的基础。

3、病毒检测

病毒类生物制品包括病毒性疫苗以及用于基因治疗和肿瘤治疗的各种病毒载体药物,其研发和生产过程需要建立准确而快速的检测方法,用于评价工艺效果。病毒滴度(Titer)是检测病毒类生物制品活性和效力的直接数据佐证,也是评价生物制品质量的关键指标之一。

Castor X1高通量智能细胞分析仪内置GFP和RFP双色荧光通道,可对病毒转导细胞进行快速荧光成像和分析,轻松实现病毒转导滴度检测和评价。

此外,在病毒滴度测定中,病毒空斑/噬斑实验也是最为经典的实验之一。其基本原理为:将贴壁细胞培养至单层后,接种经适当稀释的病毒并培养,病毒颗粒感染细胞而引起细胞病变,形成一个病变区域,病变区域细胞脱落形成噬斑,一个噬斑可代表一个活的病毒颗粒,对于多数动物病毒来说,感染病毒颗粒数与噬斑数量呈正比关系。

以往对于病毒空斑的计数多使用人工计数,在样本量较大时不仅耗时耗力,还会降低实验计数的准确度,同时缺乏可靠的数据证据。而使用Castor X1高通量智能细胞分析仪,能够实现对病毒空斑实验的自动准确计数,缩短实验时间,提高实验效率,保证数据的可靠性和合规性。

Castor X1高通量智能细胞分析仪也可以计病毒免疫蓝斑的数量。基于病毒感染单层细胞后形成的病灶,经固定后,通过荧光素或酶标记的特异性抗体与病毒抗原结合,利用荧光或普通光学显微镜观察病灶数计算病毒滴度。

从以上三大应用介绍中,我们以管中窥豹的方式对CastorX1高通量智能细胞分析仪的高通量、高智能、自动化等特点有了初步了解,文中提到的应用仅仅是Castor诸多应用领域中的一部分。

CastorX1高通量智能细胞分析仪,以卓越的成像质量、智能化的设计和可拓展的多场景应用功能,为细胞分析提供了全新的技术和高效的解决方案,也必将助力细胞与基因治疗领域的产品开发、质量控制和商业化进程。