Nová metoda detekuje mikrobiální kontaminaci v buněčných kulturách

Vědci z interdisciplinární výzkumné skupiny Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) Singapurské aliance pro výzkum a technologie (SMART) MIT, ve spolupráci s MIT, A*STAR Skin Research Labs a Národní univerzitou v Singapuru, vyvinuli novou metodu pro rychlou a automatickou detekci a monitorování mikrobiální kontaminace v produktech buněčné terapie (CTP) již v rané fázi výrobního procesu.

Metoda měří absorbanci ultrafialového světla v tekutinách buněčných kultur a využívá strojové učení k rozpoznávání vzorů absorpce světla spojených s mikrobiální kontaminací. Tento předběžný test má za cíl zkrátit celkovou dobu potřebnou pro sterilitní testování a následně i dobu čekání pacientů na dávky CTP. To je obzvláště důležité u pacientů s kritickými stavy, kde včasná léčba může být život zachraňující.

Buněčná terapie představuje slibnou novou oblast medicíny, zejména v léčbě onemocnění, jako jsou rakovina, zánětlivá onemocnění a chronická degenerativní onemocnění, manipulací nebo nahrazováním buněk pro obnovu funkce nebo boj proti nemoci. Hlavní výzvou při výrobě CTP je však rychlé a efektivní zajištění toho, aby buňky byly před podáním pacientům bez kontaminace.

Existující metody sterilitního testování založené na mikrobiologických metodách jsou náročné na pracovní sílu a vyžadují až 14 dní k detekci kontaminace, což může nepříznivě ovlivnit kriticky nemocné pacienty, kteří potřebují okamžitou léčbu. I když pokročilé techniky, jako jsou rychlé mikrobiologické metody (RMM), mohou zkrátit dobu testování na sedm dní, stále vyžadují složité procesy, jako je extrakce buněk a růstová média, a jsou silně závislé na kvalifikovaných pracovnících pro postupy, jako je odběr vzorků, měření a analýza. To vytváří naléhavou potřebu nových metod, které nabízejí rychlejší výsledky bez ohrožení kvality CTP, splňují časové požadavky pro použití pacientem a používají jednoduchý postup, který nevyžaduje dodatečnou přípravu.

V článku s názvem „Machine learning aided UV absorbance spectroscopy for microbial contamination in cell therapy products“, publikovaném v časopise Scientific Reports, výzkumníci SMART CAMP popsali, jak zkombinovali UV absorpční spektroskopii s metodou podporovanou strojovým učením pro bezznačkovou, neinvazivní a v reálném čase detekci buněčné kontaminace v raných fázích výroby.

Tato metoda nabízí významné výhody oproti tradičním sterilitním testům a RMM, protože eliminuje potřebu barvení buněk k identifikaci označených organismů, vyhýbá se invazivnímu procesu extrakce buněk a poskytuje výsledky za méně než půl hodiny. Poskytuje intuitivní, rychlé posouzení kontaminace „ano/ne“, což usnadňuje automatizaci odběru vzorků buněčných kultur s jednoduchým postupem. Navíc vyvinutá metoda nevyžaduje specializované vybavení, což vede k nižším nákladům.

„Tato rychlá bezznačková metoda je navržena jako předběžný krok ve výrobním procesu CTP jako forma kontinuálního bezpečnostního testování, která umožňuje uživatelům včas detekovat kontaminaci a provést včasná nápravná opatření, včetně použití RMM pouze v případě detekce možné kontaminace. Tento přístup šetří náklady, optimalizuje přidělování zdrojů a v konečném důsledku urychluje celkovou dobu výroby,“ říká Shruthi Pandi Chelvam, vedoucí výzkumná inženýrka v SMART CAMP a první autorka článku.

„Tradičně je výroba buněčné terapie náročná na pracovní sílu a je ovlivněna variabilitou operátorů. Zavedením automatizace a strojového učení doufáme, že zjednodušíme výrobu buněčné terapie a snížíme riziko kontaminace. Naše metoda konkrétně podporuje automatizovaný odběr vzorků buněčných kultur v určených intervalech ke kontrole kontaminace, což snižuje ruční úkony, jako je odběr vzorků, měření a analýza. To umožňuje kontinuální monitorování buněčných kultur a detekci kontaminace v raných fázích,“ říká Rajeev Ram, profesor Clarence J. LeBel v oboru elektrotechniky a informatiky na MIT, vedoucí výzkumník v SMART CAMP a odpovídající autor článku.

V budoucnu se výzkum zaměří na rozšíření použití metody na širší škálu mikrobiálních kontaminantů, konkrétně těch, které reprezentují současná prostředí dobrých výrobních postupů a dříve identifikované kontaminanty CTP. Robustnost modelu lze také testovat na více typech buněk než jen MSC. Kromě výroby buněčné terapie lze tuto metodu použít i v potravinářském a nápojovém průmyslu jako součást testování kontroly mikrobiální kvality, aby se zajistilo, že potravinářské produkty splňují bezpečnostní normy.