提升高產細胞株篩選效率，助力基因治療、抗體藥物等工藝開發——單細胞打印機

目前生物醫藥產業發展處于快速上升期，后疫情時代的醫藥健康行業，迎來新一輪的變革與機遇。其中，抗體藥物、細胞與基因治療藥物被認為是未來醫藥領域發展的主力軍。無論是抗體藥物的生產還是基于病毒載體的基因治療藥物的制備，都涉及單克隆細胞株的篩選。在工藝開發過程中，研發人員需要分離單細胞克隆，篩選出高產且穩定的細胞株來建立種子細胞庫和工作細胞庫，用于后續的病毒載體或抗體等藥物的生產。

2020年，美國（FDA）更新了關于基因治療臨床試驗申請(INDs)的化學、制造和控制指導原則（Chemistry, Manufacturing, and Control Information for Human Gene Therapy Investigational New Drug Applications），內容包含穩轉細胞株開發及細胞克隆性確證等。文件指出，細胞庫（Cell bank）的穩定性及純度是一個需要考慮的重要方面。非單克隆來源的細胞群中，其細胞異質性相對較高，外源蛋白產量低的細胞系往往與蛋白高產的細胞群體競爭，導致高產細胞個體占比越來越少，最終隨著傳代次數的增加，導致細胞庫或工作庫的質量下降，因此，通過單克隆細胞篩選是提高病毒載體質量的重要步驟。單克隆源性的確證是一種控制細胞種群降低其異質性的方法，通過防止異種細胞群體的產生，來保障未來生產出的病毒產品的質量不受影響。CEVEC公司（CEVEC Pharmaceuticals）針對 ELEVECTA® AAV包裝細胞系的研究數據顯示，通過單克隆篩選出的細胞株其AAV產量要比非單克隆細胞來源的高10倍左右。除了細胞基因治療產品，針對抗體藥物，FDA的政策法規也要求工藝生產細胞系須是從單個祖細胞克隆來源的，生物制藥企業需提供有力的數據證據以證明藥物研發過程中的單克隆源性，上述相關的政策法規對藥物開發制備工藝中細胞單克隆篩選操作及細胞單克隆源性確證提出了更高的要求。

目前常見的單克隆細胞篩選方法，包括有限稀釋法、半固體培養基篩選法、流式細胞術分選及單細胞分離法等。有限稀釋法、半固體培養基篩選法的優點是對細胞的物理損傷小，弊端是耗時長、效率低，此外，半固體培養基篩選法采用的熒光抗體對細胞有毒性，會影響細胞活性；并且在半固體培養基上篩選出的高產細胞，轉移到懸浮培養系統可能并不高產。流式細胞術的分選效率高，但是由于流式細胞術分選采用的內部壓力及其高頻震蕩對細胞造成的損傷較大，分選下來的細胞活性不高。篩選過程對細胞的物理或化學損傷是造成細胞單克隆率降低的原因之一，除此之外，篩選前細胞的狀態對于篩選后是否形成高產的細胞群落也很重要，若是篩選前細胞狀態已經不好，篩選后其狀態也難以變好，何況篩選過程會對細胞造成一定的損傷，更不會奢望其狀態會變好。

綜上所述，尋找一種分選效率高，篩選出的陽性克隆細胞成活率高、生長率高，且單克隆源性證據可追溯的篩選方法或技術平臺對于涉及單克隆細胞篩選的基因治療、抗體等生物醫藥行業顯得尤為重要。

德國 Cytena 公司開發的單細胞打印機（SCP）采用的芯片包含硅膜設計，電子控制的制動板輕輕擠壓腔體導致腔體體積變小，產生液滴，通過高分辨率的CCD相機確認只含一個細胞且該細胞直徑和細胞圓度符合設定范圍的液滴落進96/384孔板中，不含細胞的空液滴和含兩個及以上細胞的液滴被氣動閥門吸走。通過設定細胞直徑和細胞圓度的質控分選過程，不僅提高了單細胞的分選效率，也篩選到了狀態更好的細胞，提高了單克隆細胞的生長率。
 

圖1. Cytena 單細胞打印機工作原理圖

單細胞的證據可追溯性，在cartridge分離細胞前后的過程中，會連續拍取多張細胞圖片，證實克隆來自于單個細胞。
 

Cytena單細胞打印機進入國內以來，受到國內各大藥企的青睞，得到了眾多用戶的的積極反饋和認可。

具體案例分享
 

一、下面給出了不同地區一些客戶反饋的單細胞克隆成活率及單克隆細胞拍照圖。
 

圖3. 不同客戶使用Cytena單細胞打印機得到的單細胞克隆成活率數據
 

（1）杭州客戶
 

（見下圖）左圖為單細胞打印機分選后Day14天拍照圖， 右圖為有限稀釋法分選后Day14天拍照圖。
 

結論：SCP分選出的細胞幾乎都是單細胞，有限稀釋大部分都是空孔。SCP長出來的單克隆數（70個）幾乎是有限稀釋的4倍（18個）。

（2）南京客戶
 

一共分選2組樣品，在有限稀釋法分選很難生長的細胞，通過SCP分選后，都獲得了66-75個單克隆細胞株，證實SCP通過細胞直徑，細胞圓度等質控方式能篩選到狀態好的細胞，提高單克隆率。

（3）上海客戶
 

單細胞打印機分選的 96 孔板最終獲得的克隆數目是有限稀釋法的 4.3 倍。
 

（4）東北客戶
 

SCP的分選效率高（如下圖所示），除了周邊孔受到蒸發效應影響生長，中間的孔都是單克隆來源的細胞，且生長良好。（細胞類型：CHO細胞）
 

（5）成都客戶
 

二、客戶評價
 

三、部分客戶名單
 

關于Cytena公司


 

Cytena公司潛心研究單細胞打印機技術多年，不斷升級設備功能，以一貫溫和的分選原理、更加快速的分選效率、更加簡易的操作步驟，助力抗體、細胞治療、基因治療、干細胞等研究領域的客戶快速搭建單細胞篩選平臺。艾貝泰生物科技有限公司作為Cytena的單細胞打印機總代理商，為您提供優質的售前售后服務。