研究人员开创了一种检测细胞培养中微生物污染的新方法

新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART) (MIT在新加坡的研究企业)的个性化医疗制造关键分析(CAMP)跨学科研究小组的研究人员开发了一种检测间充质基质细胞(MSC)培养中外来微生物污染的新方法，确保了用于患者的细胞治疗产品的快速和准确测试。与效率较低的终点测试相比，利用机器学习几乎实时地预测培养物是否干净或被污染，这种突破性的方法可以用于细胞制造过程中。

近年来，细胞疗法已成为各种疾病、损伤和疾病的重要治疗选择。通过将健康的人体细胞移植到患者体内来治愈或替换受损的细胞，细胞疗法在有效治疗癌症、自身免疫性疾病、脊髓损伤和神经系统疾病等方面显示出越来越大的希望。随着细胞疗法的进步和拯救更多生命的潜力，研究人员继续完善细胞培养制造方法和工艺，以确保这些产品的安全性、效率和无菌性供患者使用。

CAMP开发的异常检测模型是一种用于检测细胞培养中微生物污染的快速、无标记过程分析技术。最近发表在《细胞疗法》(Cytotherapy)杂志上的一篇口头摘要《工艺开发与制造:间充质基质细胞培养中微生物污染的异常检测》解释了该团队的研究。

该机器学习模型首先从一系列不同培养条件下的MSC培养物中收集无菌细胞培养基样本。一些收集的样品在不同的菌落形成单元中加入不同的细菌菌株，这是对测试样品中微生物估计浓度的测量。用紫外可见光谱法分别获得无菌样品、未加标加菌样品和加标加菌样品的吸收光谱，并利用无菌样品的光谱对机器学习模型进行训练。用无菌和添加了细菌的混合样本对该模型进行测试，证明了该模型在准确预测不育方面的性能。

“这一发现的实际应用是巨大的。当与在线技术相结合时，该模型可用于连续监测良好生产规范(GMP)设施中生物反应器中的培养物，”SMART CAMP的主要作者和研究工程师Shruthi Pandi Chelvam说，他与SMART CAMP的主要研究人员Derrick Yong和Stacy Springs合作开发了这种方法。因此，GMP设备可以在闭环操作下，以更少的人力，更快地对废弃培养基中的细菌进行无菌检测。最后，接受细胞疗法作为治疗一部分的患者可以确保产品经过了彻底的安全性和不育性评估。”

在细胞治疗制造过程中，该异常检测模型可用于在几分钟内检测细胞培养物中是否存在不定性微生物污染。这种过程中的方法可以节省时间和资源，因为被污染的培养物可以立即丢弃和重建。这种方法提供了一种快速替代传统的无菌试验和其他微生物细菌检测方法，通常需要几天时间，几乎总是在成品上进行。

“我们在微生物异常检测中越来越多地采用机器学习，这使我们能够开发一种独特的测试，可以快速执行过程中的污染监测，这标志着我们在进一步简化细胞治疗制造过程方面迈出了巨大的一步。除了确保患者输液前细胞产品的安全性和无菌性外，这种方法还为制造商提供了成本和资源效率，因为它允许在培养物被污染时果断重启和停止批量生产，”SMART CAMP的科学主任Yie Hou Lee补充说。

下一步，CAMP计划开发一种过程中监测管道，将这种异常检测模型与一些正在开发的内部在线技术相结合，这将允许使用生物反应器进行周期性培养分析。这将为进一步的、长期的连续培养监测实验研究提供可能性。

主要作者Shruthi Pandi Chelvam还获得了“早期专业人士文摘奖”，该奖项专门颁发给三位杰出的学者，摘要通过盲审的方式评分。该研究还被接受为2022年国际细胞和基因治疗学会(ISCT)会议的口头报告，这是细胞和基因治疗领域的著名事件。

“这种基于团队的跨学科技术开发方法解决了细胞治疗制造中的关键瓶颈，包括快速的安全性评估，允许对可能的外来剂污染进行间歇或在线监测是SMART CAMP研究目标的一个标志，”麻省理工学院的Krystyn Van Vliet补充道，他是负责研究的副校长，副教务长，材料科学与工程教授，和新加坡国立大学教授Hanry Yu共同领导SMART CAMP。

该研究由SMART进行，并由新加坡国家研究基金会(NRF)支持其卓越研究和技术企业校园(CREATE)计划。该研究与来自自体细胞治疗集成制造项目(新加坡细胞治疗先进制造项目的姐妹项目之一，CAMP是其中的一部分)的一个团队合作，帮助开发一个自动采样系统。该技术将集成到异常检测模型中。

CAMP是一个于2019年6月成立的SMART跨学科研究小组。它专注于以更好的方式生产活细胞作为药物，或细胞疗法，为更多的患者提供有希望的和批准的疗法。CAMP的研究人员解决了一系列潜在细胞疗法生产中面临的两个关键瓶颈:关键质量属性(CQA)和过程分析技术(PAT)。利用新加坡和美国麻省理工学院的深入合作，CAMP发明并展示了从干细胞到免疫细胞的CQA/PAT能力。它的工作涉及从癌症到组织退化等各种疾病，以粘附细胞和悬浮细胞为目标，使用和不使用基因工程。

CAMP是新加坡国家细胞治疗制造综合努力的研发核心。

SMART是由麻省理工学院与NRF于2007年合作建立的。SMART是NRF在CREATE中开发的第一个实体。SMART作为MIT和新加坡前沿研究互动的智力和创新中心。SMART目前包括一个创新中心和五个IRGs:抗菌剂耐药性(AMR)、CAMP、破坏性和可持续农业精准技术(DiSTAP)、未来城市机动(FM)和低能电子系统(LEES)。