Центральный биобанк для разработки лекарств

Для разработки новых лекарств критически важно работать со стволовыми клетками, так как они позволяют ученым изучать эффекты новых активных фармацевтических ингредиентов. Однако всегда было сложно получить достаточное количество стволовых клеток нужного качества в требуемые сроки. Исправить ситуацию призван центральный биобанк.

Человеческие стволовые клетки позволяют ученым оценить вероятную реакцию пациентов на новые препараты и исследовать механизмы возникновения болезней. Уже несколько лет существует возможность брать образцы тканей у взрослых и с помощью обратного программирования искусственно производить стволовые клетки, способные создавать любой тип клеток человеческого тела. До этого открытия фармацевтическим исследователям приходилось использовать взрослые стволовые клетки или первичные клетки с более ограниченным потенциалом. Другой вариант — стволовые клетки, полученные из человеческих эмбрионов, но, помимо этических соображений, эти клетки доступны лишь в ограниченном разнообразии. Новая техника позволяет, например, перепрограммировать взрослые клетки кожи или крови так, чтобы они вели себя подобно эмбриональным стволовым клеткам и могли стать клетками любого типа. «Это так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, или, сокращенно, iPS-клетки», — говорит доктор Юлия Нойбауэр из Института биомедицинской техники Фраунгофера IBMT.

Хотя в последние годы появилось все больше локальных биобанков, ни один из них не отвечает требованиям фармацевтической промышленности и исследовательских институтов. Необходимо обеспечение «готовыми к использованию» стволовыми клетками, то есть большими количествами клеток надлежащего качества, прошедших стандартизированную характеристику и систематический каталогизацию.

В начале 2014 года IBMT совместно с 26 партнерами из промышленности и науки запустил проект по созданию центрального биобанка — Европейского банка индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (EBiSC) — для генерации iPS-клеток от пациентов с конкретными заболеваниями или генетическими мутациями. Спустя шесть месяцев после старта проекта первые клетки стали доступны для использования в разработке новых лекарств. К трехлетнему рубежу проекта планируется предложить более 1000 определенных и охарактеризованных клеточных линий, включающих сто миллионов клеток. Такие объемы необходимы, поскольку скрининг одного препарата предполагает тестирование нескольких миллионов клеток. Основное хранилище биобанка строится в английском Кембридже, а идентичный «зеркальный сайт» будет создан на площадке IBMT в Зульцбахе (Германия).

Щадящая заморозка клеток

IBMT был привлечен к проекту EBiSC благодаря обширному опыту, полученному в рамках участия в проектах ЕС «Hyperlab» и «CRYSTAL». Для EBiSC ученые IBMT отвечают за заморозку клеток, а также за автоматизацию культивирования клеток и самого биобанка. Для эффективного долгосрочного хранения функциональных стволовых клеток их необходимо контролируемо охлаждать до температур ниже 130 градусов Цельсия. Ученые должны подготовить клетки к тому, чтобы они пережили холодовой шок от азота. IBMT, например, разработал технологии, позволяющие замораживать клетки чрезвычайно щадящим способом. «Клеткам не нравится, когда их отделяют от поверхности, на которой они выращены, но именно так раньше поступали для их заморозки. Наш метод позволяет клеткам оставаться адгезированными», — объясняет Нойбауэр.

Как и пищевые продукты, стволовые клетки зависят от непрерывной холодовой цепи для сохранения своей функциональности и жизнеспособности. Ученые хранят клетки в специальных контейнерах — криотанках — размером один на два метра каждый. Чтобы извлечь конкретный образец, ученым приходится открывать криотанк. Проблема в том, что это подвергает все остальные образцы воздействию более теплого окружающего воздуха, и они начинают оттаивать. «Это как с домашним холодильником — не стоит надолго оставлять дверцу открытой», — говорит Нойбауэр. Она и ее коллеги из IBMT совместно с промышленным партнером Askion GmbH разработали биобанк для стволовых клеток с защитными колпаками, которые защищают остальные образцы при каждом открытии криотанка. Помимо поддержания температуры, колпаки помогают удерживать на постоянном уровне другой ключевой критерий срока годности — влажность.

Безупречная заморозка важна, но не менее важна автоматизация всего процесса. «Это не только гарантирует стабильность, но и делает возможным предоставление больших количеств клеток требуемого качества как таковое», — говорит Нойбауэр. Технология процесса охлаждения ученых уже готова. В их автоматизированном биобанке каждый образец клеток маркируется штрих-кодами для отслеживания. Образцы перемещаются по конвейерной ленте к отдельным криотанкам, а компьютер контролирует весь процесс заморозки и хранения.

Сейчас ученые работают над автоматизацией культивирования клеток — их размножения. Существует два основных подхода. Первый — использование роботов, переводящих каждый этап подготовки в механическое действие. Второй — использование биореакторов с перемешиванием, которые обеспечивают свободно движущиеся клетки идеальным снабжением питательными веществами и кислородом. Обе технологии представлены в портфолио IBMT. «К завершению проекта мы узнаем, какой метод лучше для наших целей», — говорит Нойбауэр.