科学家开发一种低成本设备，使细胞疗法更安全

由麻省理工学院和新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的科学家建造的微型设备可用于提高脊髓损伤患者细胞疗法治疗的安全性和有效性。

在细胞疗法中，临床医生通过重新编程从患者身上提取的一些皮肤或血细胞来创造所谓的诱导多能干细胞。为了治疗脊髓损伤，他们会诱导这些多能干细胞成为祖细胞，这些祖细胞注定要分化成脊髓细胞。然后将这些祖细胞移植回患者体内。

这些新细胞可以使部分受损脊髓再生。然而，没有完全转变为祖细胞的多能干细胞可以形成肿瘤。

该研究小组开发了一种微流控细胞分选仪，可以分批去除大约一半的未分化细胞（那些可能成为肿瘤的细胞），而不会对完全形成的祖细胞造成任何损害。

这种高通量设备不需要特殊化学品，每分钟可以分选超过300万个细胞。此外，研究人员还表明，将许多设备链接在一起每分钟可以分拣超过5亿个细胞，使其成为有朝一日提高细胞治疗安全性的更可行的方法。

此外，包含微流控细胞分选仪的塑料芯片可以在工厂以非常低的成本大规模生产，因此该设备将更容易大规模实施。

“即使你有一种拯救生命的细胞疗法，为患者创造了奇迹，但如果你不能以经济高效、可靠和安全的方式制造它，那么它的影响可能是有限的。我们的团队对这个问题充满热情——我们希望使这些疗法更可靠、更容易获得，“麻省理工学院电气工程和计算机科学以及生物工程教授、电子研究实验室 （RLE） 成员、新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟 （SMART） CAMP（制造个性化医学的关键分析）研究小组的联合首席研究员 Jongyoon Han 说。

Han与共同资深作者Sing Yian Chew一起撰写了这篇论文，他是新加坡南洋理工大学李光前医学院和材料科学与工程学院的化学、化学工程和生物技术教授，也是CAMP的首席研究员;共同主要作者Tan Dai Nguyen，CAMP研究员;Wai Hon Chooi，新加坡科学技术研究局（A*STAR）高级研究员;以及麻省理工学院博士后Hyungkook Jeon;以及 NTU 和 A*STAR 的其他人。这项研究今天发表在《干细胞转化医学》（Stem Cells Translational Medicine）上。

降低风险

未分化诱导多能干细胞带来的癌症风险仍然是此类细胞疗法中最紧迫的挑战之一。

“即使你有非常小的细胞群，没有完全分化，它们仍然可能变成癌样细胞，”Han补充道。

临床医生和研究人员经常试图通过寻找其表面的某些标记来识别和去除这些细胞，但到目前为止，研究人员还无法找到对这些未分化细胞具有特异性的标记。其他方法使用化学物质来选择性地破坏这些细胞，但化学处理技术可能对分化的细胞有害。

高通量微流控分选机可以根据细胞大小进行分选，此前由CAMP团队经过十多年的工作开发而开发。Han说，它以前曾用于分选免疫细胞和间充质基质细胞（另一种干细胞），现在该团队正在将其用途扩展到其他干细胞类型，例如诱导多能干细胞。

“我们对再生策略感兴趣，以增强脊髓损伤后的组织修复，因为这些情况会导致毁灭性的功能障碍。不幸的是，目前还没有有效的脊髓损伤再生治疗方法，“Chew说。“源自多能干细胞的脊髓祖细胞具有巨大的前景，因为它们可以产生脊髓内发现的所有细胞类型，以恢复组织结构和功能。为了能够有效地利用这些细胞，第一步是确保它们的安全，这是我们工作的目标。

研究小组发现，多能干细胞往往比从它们衍生的祖细胞大。据推测，在多能干细胞分化之前，其细胞核包含大量未被关闭或抑制的基因。当它分化为特定功能时，细胞会抑制许多不再需要的基因，从而显着缩小细胞核。

微流控装置利用这种大小差异对细胞进行分类。

螺旋分拣

四分之一大小的塑料芯片中的微流体通道形成一个入口、一个螺旋和四个输出不同尺寸电池的出口。当细胞以非常高的速度被迫通过螺旋时，各种力（包括离心力）作用在细胞上。这些力抵消了细胞在流体流中的某个位置的聚焦。这个焦点将取决于细胞的大小，有效地通过单独的出口对它们进行分类。

研究人员发现，他们可以通过运行两次来改善分选机的操作，首先以较低的速度使较大的细胞粘在壁上，并分拣出较小的细胞，然后以更高的速度分拣较大的细胞。

从某种意义上说，该设备像离心机一样运行，但微流控分选机不需要人工干预来挑选分选的细胞，Han补充道。

研究人员表明，他们的设备可以通过一次清除大约50%的较大细胞。他们进行了实验，以证实他们切除的较大细胞实际上与更高的肿瘤风险有关。

“虽然我们不能100%去除这些细胞，但我们仍然相信这将大大降低风险。希望原始细胞类型足够好，以至于我们没有太多未分化的细胞。然后这个过程可以使这些细胞更加安全，“他说。

重要的是，低成本的微流控分拣机可以使用标准制造技术大规模生产，不使用任何类型的过滤。过滤器可能会堵塞或损坏，因此无过滤器设备可以使用更长的时间。

现在他们已经在小规模上取得了成功，研究人员正在着手进行更大规模的研究和动物模型，看看纯化的细胞在体内是否能更好地发挥作用。

未分化的细胞可以变成肿瘤，但它们可以在体内产生其他随机效应，因此去除更多这些细胞可以提高细胞疗法的疗效，并提高安全性。

“如果我们能够在体内令人信服地证明这些好处，那么未来可能会为这项技术带来更多令人兴奋的应用，”Han说。

这项研究得到了新加坡国家研究基金会和新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的部分支持。