BECA: La Rivoluzione Silenziosa nella Produzione di Terapie Cellulari Autologhe

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un argomento che mi sta particolarmente a cuore e che, credetemi, sta per cambiare radicalmente il modo in cui pensiamo e produciamo alcune delle terapie più promettenti contro il cancro: le terapie cellulari autologhe a base di cellule T. Immaginate di poter “allenare” le cellule del sistema immunitario di un paziente a riconoscere e distruggere le cellule tumorali. Fantascienza? No, è realtà, ma la strada per rendere queste terapie accessibili a tutti è ancora irta di sfide, soprattutto quando si tratta di produrle su larga scala.

La Sfida: Dal Laboratorio al Paziente

Per decenni, la ricerca sulle terapie con cellule T adottive ha fatto passi da gigante. Tuttavia, il primo prodotto commerciale è stato approvato dalla FDA statunitense solo nel 2017. Questo significa che l’industria ha iniziato a concentrarsi seriamente sulla produzione di queste terapie solo negli ultimi anni. E qui casca l’asino, o meglio, qui iniziano i problemi.

Molti processi di produzione delle terapie cellulari sono ancora manuali. Ora, non fraintendetemi, le mani esperte dei nostri ricercatori e tecnici sono preziose, ma quando si tratta di produrre terapie su larga scala, i processi manuali presentano rischi non indifferenti:

• Contaminazione: Ogni manipolazione manuale è una potenziale porta d’ingresso per batteri o altri agenti contaminanti.
• Inconsistenze: È difficile garantire che ogni lotto di cellule sia prodotto esattamente allo stesso modo, e queste variazioni possono influire sull’efficacia della terapia.
• Scalabilità limitata: Aumentare la produzione mantenendo processi manuali richiede più personale, più spazio e più tempo, con costi che lievitano.

Questi problemi possono essere mitigati passando a processi automatizzati, che permettono una produzione standardizzata e scalabile. Ma, come potete immaginare, la transizione non è una passeggiata. Spesso richiede sforzi enormi per adattare i processi esistenti o, peggio, svilupparne di completamente nuovi. Questo si traduce in costi di sviluppo più alti e tempi più lunghi per portare la terapia al letto del paziente. Un bel rompicapo, vero?

La Giungla delle Piattaforme Automatizzate

Quando si decide di passare all’automazione, una delle prime scelte da fare riguarda la piattaforma di coltura automatizzata. Sul mercato ce ne sono diverse, ognuna con le sue caratteristiche: Miltenyi Prodigy, Terumo Quantum, Lonza Cocoon, Sartorius AMBR, Cytiva Sefia e Xuri, solo per citarne alcune. Queste piattaforme variano per tipo di “contenitore” (fibre cave, sacche, camere di coltura), capacità (da 250 ml a oltre 5 litri) e flusso di lavoro (ad esempio, selezione ed espansione cellulare).

Il punto cruciale è che queste piattaforme automatizzate hanno spesso parametri di processo critici (come lo stress da flusso, la fornitura di gas, la densità cellulare e l’apporto di terreno di coltura) molto diversi rispetto ai sistemi manuali. Queste differenze rendono la transizione un vero e proprio percorso a ostacoli, richiedendo ottimizzazioni complesse e costose.

E se vi dicessi che c’è un modo per rendere questo passaggio più fluido, quasi… indolore? È qui che entra in gioco una novità entusiasmante.

BECA: Un Ponte tra Manuale e Automatico

Per affrontare questa sfida, è stata sviluppata una piattaforma di produzione innovativa e flessibile chiamata BECA (Bioreactor with Expandable Culture Area). L’obiettivo? Supportare sia la fase di ricerca e sviluppo (ReS) sia la produzione su larga scala, accelerando il percorso delle terapie cellulari “dal bancone del laboratorio al letto del paziente”.

Questa piattaforma si articola in due modelli principali:

• BECA-S: Pensato per le operazioni manuali su piccola scala, tipiche della fase di ReS. È un recipiente di coltura a camera singola, monouso, che si maneggia in modo simile a una fiasca T tradizionale all’interno di una cappa di sicurezza biologica (BSC).
• BECA-Auto: Un sistema da banco, automatizzato e funzionalmente chiuso, che utilizza lo stesso BECA-S come recipiente di coltura. Questo sistema è progettato per la fase di produzione e può operare al di fuori di una BSC e di un incubatore a CO2, mantenendo condizioni di coltura ottimali e sterili.

La genialità sta nel fatto che BECA-Auto e BECA-S utilizzano lo stesso design del recipiente di coltura. Questo significa che i processi manuali sviluppati con BECA-S possono essere trasferiti facilmente a BECA-Auto per essere automatizzati, con differenze minime nei risultati della coltura. Immaginate il risparmio di tempo e risorse!

Come Funziona BECA-S?

BECA-S è un recipiente di coltura a camera singola con una parete interna mobile che separa lo spazio del recipiente in una regione di coltura e una regione di espansione. Muovendo un pistone, si sposta questa parete interna, espandendo in situ l’area di coltura da 19 cm² fino a 102,4 cm². Questo è fantastico perché permette di adattare l’area di coltura alla crescita delle cellule senza doverle trasferire in recipienti sempre più grandi, minimizzando disturbi e manipolazioni. Il trasferimento di liquidi avviene attraverso una porta di accesso. Per mantenere la sterilità, tutte le manipolazioni con BECA-S avvengono in una cappa di sicurezza biologica.

E BECA-Auto? L’Automazione Intelligente

BECA-Auto è un sistema compatto (56x47x42 cm), perfetto per un banco da laboratorio. È progettato per automatizzare la gestione asettica di BECA-S (in una versione modificata chiamata BECA-S Closed, con una rete di tubi al posto della porta aperta) e mantenere un ambiente sterile chiuso per la coltura cellulare. Il sistema comprende unità di controllo e kit monouso.

Vediamo i componenti chiave di BECA-Auto:

• BECA-S (Closed): Il cuore del sistema, il recipiente di coltura che conosciamo, ma adattato per un ambiente chiuso.
• Manifold Assembly: Una rete di tubi e connettori che gestisce il trasferimento dei fluidi tra BECA-S (Closed), le unità di controllo e l’ambiente esterno (sacche per l’input/output).
• CIFC (Capsule Internal Fluid Controller): Utilizza pompe peristaltiche e valvole a pinza per gestire il movimento dei fluidi dentro e fuori BECA-S (Closed) con precisione.
• DAAS (Device for Automated Aseptic Sampling): Un dispositivo geniale che permette il campionamento automatizzato e asettico di piccoli volumi (da 0,02 ml a 1 ml) dalla coltura senza comprometterne la sterilità. Può essere usato anche con altri sistemi!
• Actuation Platform: Dotata di motori, encoder e sensori, questa piattaforma muove BECA-S (Closed) con tre gradi di libertà: espande l’area di coltura, dondola il recipiente per risospendere le cellule e lo inclina per consolidare la coltura.
• Enclosure: L’involucro che ospita la maggior parte dei moduli. Si chiude ermeticamente e gli scambi gassosi avvengono tramite valvole solenoidi con filtri HEPA.
• Climate Control: Mantiene l’ambiente interno dell’Enclosure ai parametri specificati dall’utente (temperatura, umidità, livelli di CO2 e O2) tramite sensori e controlli a feedback. Ad esempio, per la coltura di cellule T, si mantengono 37°C, 90% di umidità relativa, 5% di CO2 e 20% di O2.

L’installazione è semplice: i kit monouso pre-sterilizzati vengono assemblati, installati sulla piattaforma di attuazione e collegati. Poi si chiude l’Enclosure e si attiva il controllo climatico. Per seminare le cellule, una sacca sterile con la coltura viene connessa e il sistema trasferisce automaticamente il contenuto in BECA-S (Closed). Durante la coltura, si possono aggiungere terreni o supplementi da altre sacche. Il campionamento è automatizzato con DAAS. L’espansione dell’area di coltura avviene su comando, e alla fine, la coltura viene raccolta in una sacca sterile.

La Prova del Nove: BECA-S vs BECA-Auto

Per valutare le prestazioni della piattaforma BECA nel passaggio diretto da manuale ad automatico, sono stati confrontati i flussi di lavoro. L’unica differenza era che il flusso manuale (con BECA-S) avveniva in una BSC e un incubatore a CO2, mentre quello automatizzato (con BECA-Auto) si svolgeva su un banco da laboratorio. L’esperimento prevedeva una coltura di cellule T per 10 giorni, con valutazione del numero e della vitalità cellulare e del fenotipo superficiale delle cellule in vari momenti. La densità cellulare è stata mantenuta a 1 milione di cellule/cm², espandendo l’area di coltura quando necessario.

I risultati? Notevolmente simili! Il numero di cellule ottenute al giorno 10 era comparabile tra le due piattaforme per tutti e tre i donatori di cellule mononucleate da sangue periferico (PBMC) utilizzati (50,7 ± 6 milioni di cellule in BECA-S, 45,7 ± 9,8 milioni in BECA-Auto). Nonostante qualche piccola variazione individuale tra i donatori (ad esempio, una crescita lineare invece che esponenziale per un donatore in BECA-Auto, o un calo temporaneo di vitalità per un altro), nel complesso non c’era una differenza statisticamente significativa nel numero di cellule.

Anche la vitalità cellulare al giorno 10 era alta in entrambe le piattaforme (>85%). Le colture sono state arricchite in cellule T CD3+ in modo simile, e non ci sono state differenze significative nelle popolazioni di cellule T CD4+ e CD8+, né nel loro rapporto. Anche le sottopopolazioni di cellule T di memoria e le popolazioni di cellule T “esaurite” (un segno di stanchezza cellulare) erano comparabili.

Queste piccole discrepanze osservate potrebbero essere dovute a differenze intrinseche nei processi, come la risospensione della coltura (pipettaggio vs dondolamento), il controllo della temperatura (intermittente vs costante) o il flusso dei fluidi (pipettaggio vs pompaggio peristaltico). Un affinamento dei movimenti della piattaforma di attuazione potrebbe migliorare ulteriormente la risospensione e la rappresentatività dei campioni.

Perché BECA si Distingue?

BECA-S, con la sua area di coltura espandibile (da 19 cm² a 102,4 cm²), è ideale per colture con un basso numero iniziale di cellule, come quelle per terapie in cui la popolazione cellulare target è rara. L’espansione in situ elimina la necessità di trasferire la coltura, semplificando il processo e aprendo la strada all’automazione con BECA-Auto.

BECA-Auto, con il suo concetto “GMP-in-a-box” (Good Manufacturing Practices in una scatola), è un sistema compatto che utilizza kit monouso per fornire un ambiente di coltura cellulare chiuso e controllato, adatto anche a camere bianche di grado C. Il suo ingombro ridotto permette di installare più unità anche in spazi limitati.

La vera forza della piattaforma BECA è proprio questa capacità di semplificare la transizione da processi manuali ad automatizzati, minimizzando lo sforzo di sviluppo e validazione. Rispetto ad altre piattaforme automatizzate, BECA si distingue per la sua capacità di gestire una vasta gamma di capacità di coltura (grazie all’area espandibile) e, soprattutto, per offrire un recipiente manuale “gemello” che facilita enormemente il trasferimento del processo. Questo è un fattore chiave per chi sviluppa terapie cellulari, perché scegliere una piattaforma inadatta può significare costi e tempi di sviluppo molto più alti.

Certo, esistono anche soluzioni di automazione robotica, con bracci robotici e stazioni modulari. Queste sono però molto diverse da BECA: occupano più spazio, sono altamente personalizzabili ma richiedono competenze avanzate di programmazione e ingegneria. La robotica è più adatta a impianti che gestiscono molti processi diversi per più prodotti, mentre BECA è ideale per uno sviluppatore indipendente che vuole controllare l’intero sviluppo della terapia, dalla ReS alla produzione.

Il Futuro è BECA?

La piattaforma BECA, che include anche BECA-D (un altro tipo di recipiente che permette il cambio di terreno senza centrifugazione), può adattarsi a diverse esigenze di processo. Sebbene questo studio si sia concentrato sull’espansione delle cellule T, la piattaforma ha il potenziale per coltivare altri tipi di cellule non aderenti (come le cellule Natural Killer) e supportare flussi di lavoro più ampi.

L’obiettivo finale è un sistema di produzione di terapie cellulari completamente automatizzato, end-to-end, con un trasferimento diretto dei processi da manuale ad automatico. Per migliorare ulteriormente, BECA-Auto potrebbe essere integrato con apparecchiature di analisi (contacellule automatici, citometri a flusso, analizzatori di metaboliti) attraverso il DAAS. I dati di analisi potrebbero alimentare un controllo a feedback per ottimizzare l’apporto di reagenti e la raccolta, migliorando l’efficienza.

Siamo solo all’inizio, ma piattaforme come BECA rappresentano un passo da gigante verso la democratizzazione delle terapie cellulari. Rendere la produzione più semplice, affidabile e meno costosa significa poter offrire queste cure innovative a un numero sempre maggiore di pazienti. E questa, amici miei, è una prospettiva che non può che entusiasmarci!

Fonte: Springer Nature