骨研究ジャーナル
オープンアクセス

概要

CD34+造血幹細胞培養と赤血球系への分化のための3D灌流バイオリアクタープロセス最適化

グレゴリー・J・ハウスラー、クリストファー・ペコー、三木敏夫、エヴァ・シュメルツァー、カトリン・ザイリンガー、イェルク・C・ゲルラッハ

CD34+造血幹細胞(HSC) 培養の増殖および赤血球 (RBC) 系統への分化に関するin vitro 細胞工学のプロセス最適化は、依然として多面的な困難な作業です。本研究では、4 区画の中空糸ベースのバイオリアクターで HCS を RBC 系統に培養するための条件を改善することを目標に、3 つのプロセス側面の実験に焦点を当てています。最初の一連の実験では、CD34+ HSC の RBC への増殖および分化に理想的な条件を、28 日間にわたる 2D トランスウェル プレート培養を使用して、初期細胞播種密度 (3,000 細胞/mL 対 20,000 細胞/mL)、培地補充頻度、および増殖のための新しいウェルへの移動の影響をテストすることによって決定しました。結果は、3,000 細胞/mL の低い密度とより頻繁な培地交換により、より高いレベルの細胞増殖が促進されることを示しています。 2 番目の独立した実験セットでは、中空糸バイオリアクター培養を使用して、このようなバイオリアクター技術プラットフォームからの細胞接種および収穫が HSC に潜在的に損傷を与え、好ましくない結果をもたらすかどうかを評価しました。4 つの 8 mL 細胞チャンバー容量の実験室規模のバイオリアクターに、それぞれ 20,000 細胞/mL の初期 HSC 播種密度で接種し、4 時間灌流した後、収穫して回収率を決定しました。細胞はバイオリアクターから効果的に回収され、フォローアップの 2D 従来プレート培養では、回収された細胞がコントロール培養と同様に増殖したことから、接種および収穫手順がバイオリアクター培養中の機械的損傷や細胞損失の原因ではないことが示されました。最後に、3 番目の独立した実験セットでは、複数の 8 mL 実験室規模のバイオリアクターを使用し、初期 HSC 播種密度を 20,000 細胞/mL にしました。細胞は、8～11 日間 (n=10)、12～14 日間 (n=15)、15～22 日間 (n=3) の 3 つの時間間隔で培養され、それぞれ 106.0 ± 94.0、999.5 ± 589.6、456.3 ± 33.6 倍の増殖結果が出ました。大規模な RBC の最適化を完全に行うには追加の研究が必要ですが、これらの研究の結果から、中空糸灌流バイオリアクターシステムにおける HSC 培養の改善条件を系統的に理解することができました。