Forskare från Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), MIT:s forskningsföretag i Singapore, har upptäckt ett nytt sätt att tillverka mänskliga röda blodkroppar (RBC) som halverar odlingstiden jämfört med befintliga metoder och använder nya sorterings- och reningsmetoder som är snabbare, mer exakt och billigare.

Blodtransfusioner räddar miljontals liv varje år, men över hälften av världens länder har inte tillräckligt med blod för att tillgodose deras behov. Möjligheten att tillverka RBC på begäran, speciellt det universella donatorblodet (O+), skulle avsevärt gynna de som är i behov av transfusion för tillstånd som leukemi genom att kringgå behovet av stora blodvolymer och svåra processer för cellisolering.

Enklare och snabbare tillverkning av RBC skulle också ha en betydande inverkan på blodbanker över hela världen och minska beroendet av donatorblod som har en högre risk för infektion. Det är också avgörande för sjukdomsforskning som malaria som drabbar över 220 miljoner människor årligen, och kan till och med möjliggöra nya och förbättrade cellterapier.

Dock, att tillverka RBC är tidskrävande, och skapar oönskade biprodukter, med nuvarande reningsmetoder som är kostsamma och inte optimala för storskaliga terapeutiska tillämpningar. SMARTs forskare har alltså designat ett optimerat intermediärt kryogent lagringsprotokoll som minskar cellodlingstiden till 11 dagar efter upptining, eliminerar behovet av kontinuerlig 23-dagars blodtillverkning. Detta med hjälp av kompletterande teknologier som teamet utvecklat för högeffektiva, låg kostnad RBC-rening och mer riktad sortering.

I en artikel med titeln "Microfluidic label-free bioprocessing of human reticulocytes from erythroid culture, " nyligen publicerad i Lab on a Chip , forskarna förklarar de enorma tekniska framsteg de har gjort för att förbättra RBC-tillverkningen. Studien utfördes av forskare från två av SMARTs interdisciplinära forskningsgrupper (IRG):Antimicrobial Resistance (AMR) och Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP), och leds av chefsutredarna Jongyoon Han, professor vid MIT, och Peter Preiser, professor vid NTU. Teamet inkluderade också AMR och CAMP IRG-fakulteten som utsetts vid National University of Singapore (NUS) och Nanyang Technological University (NTU).

"Traditionella metoder för att producera mänskliga röda blodkroppar kräver vanligtvis 23 dagar för cellerna att växa, expanderar exponentiellt och mognar slutligen till röda blodkroppar, " säger Dr Kerwin Kwek, huvudförfattare till uppsatsen och senior postdoktor vid SMART CAMP. "Vårt optimerade protokoll lagrar de odlade cellerna i flytande kväve på vad som normalt skulle vara dag 12 i den typiska processen, och på begäran tinar cellerna och producerar röda blodkroppar inom 11 dagar."

Forskarna utvecklade också nya renings- och sorteringsmetoder genom att modifiera befintliga Dean Flow Fractionation (DFF) och Deterministic Lateral Displacement (DLD); utveckla en trapetsformad tvärsektionsdesign och mikrofluidchip för DFF-sortering, och ett unikt sorteringssystem som uppnås med en omvänd L-formad pelarstruktur för DLD-sortering.

SMARTs nya sorterings- och reningstekniker som använder de modifierade DFF- och DLD-metoderna utnyttjar RBC:s storlek och deformerbarhet för rening istället för sfärisk storlek. Eftersom de flesta mänskliga celler är deformerbara, denna teknik kan ha breda biologiska och kliniska tillämpningar såsom cancercells- och immuncellssortering och diagnostik.

Vid testning av de renade röda blodkropparna, de befanns behålla sin cellulära funktionalitet, vilket visas av hög malariaparasitinfektion som kräver mycket rena och friska celler för infektion. Detta bekräftar att SMARTs nya RBC-sorterings- och reningsteknologier är idealiska för att undersöka malariapatologi.

Jämfört med konventionell cellrening genom fluorescensaktiverad cellsortering (FACS), SMARTs förbättrade DFF- och DLD-metoder erbjuder jämförbar renhet samtidigt som de bearbetar minst dubbelt så många celler per sekund till mindre än en tredjedel av kostnaden. I uppskalning av tillverkningsprocesser, DFF är mer optimal för sin höga volymetriska genomströmning, i fall där cellrenheten är avgörande, DLD:s högprecisionsfunktion är mest fördelaktig.

"Våra nya sorterings- och reningsmetoder resulterar i betydligt snabbare cellbehandlingstid och kan enkelt integreras i nuvarande celltillverkningsprocesser. Processen kräver inte heller en utbildad tekniker för att utföra provhanteringsprocedurer och är skalbar för industriell produktion, " fortsätter Dr. Kwek.

Resultaten av deras forskning skulle ge forskare snabbare tillgång till slutliga cellprodukter som är fullt funktionella med hög renhet till en reducerad produktionskostnad.