Zelltherapie

Abbildung 1. Ablauf der herkömmlichen, manuellen Zellzählung und der Zellzählung mit dem NucleoCounter^® NC-200™. Manuelles Zellzählen beinhaltet neben mehreren Pipettierschritten auch manuelles Mikroskopieren, Zählen und Berechnen der Ergebnisse. Für die Zellzählung mit dem NucleoCounter^®NC-200™ wird nur die Zellprobe in die Via-1 Cassette™ geladen und direkt gemessen.

Herkömmliche Methoden zur Zellzahlbestimmung liefern oftmals kein reproduzierbares und exaktes Ergebnis. Vor allem bei der manuellen Zellzählung, aber auch bei automatisierten Zellzählgeräten mit einem manuellen Fokus, hat die subjektive Einschätzung des Anwenders einen entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis. Hierdurch können die Ergebnisse zwischen verschiedenen Anwendern stark variieren. Die NucleoCounter^® Geräte verwenden im Gegensatz dazu einen fixierten Fokus. Weiterhin standardisiert die Via1-Cassette™ für den Einmalgebrauch die Probennahme, Färbung und Zählung der Zellen, womit eine objektive Bestimmung der Zellzahl möglich ist. Durch die NucleoCounter^® Geräte werden die Fluoreszenzbilder automatisch erstellt und analysiert, sowie die Zellzahl und die Viabilität bestimmt und elektronisch abgespeichert. Die NucleoCounter^® Geräte können ohne Probleme im GMP-Bereich unter 21 CFR part 11 implementiert werden.

Abbildung 2. Präzise Zellzählung direkt aus dem Vollblut. Vollblut enthält neben Erythrozyten, Thrombozyten und Leukozyten auch mesenchymale und hämatopoetische Stammzellen. Durch Zugabe von Lösung 17 – einem Ammoniumchlorid-Puffer – zu der Blutprobe werden Erythrozyten lysiert und die nukleären Zellen mit Acridinorange (alle Zellen) und DAPI (tote Zellen) angefärbt. Anschließend können die kernhaltigen Zellen mit den NucleoCounter^®-Instrumenten zuverlässig detektiert werden.

Für die Verwendung von hämatopoetischen Stammzellen, T-Zellen und mesenchymalen Stammzellen in der der Zelltherapie werden oftmals Patientenproben als Ausgangsmaterial verwendet, welche auch Erythrozyten enthalten können. Automatisierte Zellzählgeräte, welche auf Hellfeldmikroskopie beruhen, können die mononukleären Zellen des Blutes (PBMC) nicht von Erythrozyten unterscheiden und gewährleisten somit keine präzise Bestimmung der Zellzahl. Die NucleoCounter^® Geräte hingegen zählen nur Zellen, die einen Zellkern enthalten, Thrombozyten und Erythrozyten werden nicht mitgezählt. Weiterhin bieten die NucleoCounter^® Geräte ein spezialisiertes Protokoll, um die Zellzahl und Viabilität von PBMC direkt aus dem Vollblut zu bestimmen (Abbildung 2). Durch die Vorbehandlung des Vollblutes mit der Solution 17 werden alle Erythrozyten lysiert, wodurch eine optimale Anfärbung der PBMC gewährleistet wird. Durch eine Leukapherese aufgereinigte PBMC enthalten nur einen geringen Anteil an Erythrozyten und können mit dem Standard-Protokoll „Viability and Cell Count Assay“ gemessen werden.  Durch die Verwendung der NucleoCounter^® Geräte können PBMC von der Patientenprobe bis hin zum fertigen Zellprodukt reproduzierbar und zuverlässig ausgezählt werden.

Abbildung 3: Überwachung des gesamten Prozesses von der Leukapherese zum fertigen Produkt mit den NucleoCounter^® Geräten. Mit den Nucleocounter^® Geräten können alle Schritte der Isolation, Aufreinigung und Produktherstellung von CAR-T Zellen mit ein und demselben Gerät lückenlos überwacht werden. Hierdurch werden durchgehend präzise und glaubwürdige Ergebnisse generiert.

Einer der wichtigsten Fortschritte in zellulären Therapien sind Immuntherapien mit autologen T Zellen, welche den chimären Antigenrezeptor (CAR) auf ihrer Zelloberfläche exprimieren. Mit den NucleoCounter^® Geräten ist es möglich, jeden einzelnen Schritt während der gesamten Herstellung und Produktion von CAR-T Zellen unter GMP-Standards zu überwachen und eine robuste, sowie einfache Bestimmung der Zellzahl und Viabilität selbst zwischen verschiedenen Nutzern zu gewährleisten (Abbildung 3).

Abbildung 4: Einfache Bestimmung der Zellzahl und der Viabilität von aggregierten Zellen. In zwei einfachen Schritten wird die Gesamtzellzahl und die Anzahl an toten Zellen bestimmt.

In primären Zellkulturen, sowie bei differenzierten embryonalen Stammzellen lassen sich häufig Zellaggregate feststellen. Die Zellzählung von aggregierten Zellen stellt sich bei der Verwendung von Hellfeldmikroskopie als äußerst schwierig dar, da die einzelnen Zellen nicht voneinander unterschieden werden können. Zu allem Überfluss führt die Zellzählung von aggregierten Zellen oder Zellklumpen zu einer hohen statistischen Streuung, da immer nur einzelne, unregelmäßig verteilte Aggregate ausgezählt werden. Selbst bei stark aggregierten Zellen erlauben die NucleoCounter^® Geräte die präzise Bestimmung der Zellzahl und Viabilität durch die Verwendung eines einzigartigen Assays (Abbildung 4). Durch die Vorbehandlung mit einem Lysepuffer werden die Aggregate aufgelöst. Hierdurch wird die Streuung der Ergebnisse entscheidend verringert und eine robuste Zellzählung gewährleistet. Auch ohne enzymatische oder mechanische Vorbehandlung der Zellaggregate ist durch die NucleoCounter^® Geräte somit eine präzise Zellzählung möglich.

Abbildung 7: Mesenchymale Stammzellen, isoliert aus dem Fettgewebe oder dem Knochenmark können für Zelltherapien verwendet werden. Mit den NucleoCounter^® Instrumenten kann die Zellzahl und die Viabilität problemlos bestimmt werden.

Mesenchymale Stammzellen (MSCs) werden oftmals für die Behandlung von verschiedenen Krankheiten eingesetzt, wobei die häufigsten Einsatzgebiete Erkrankungen des Blutes, des Skelettmuskels oder Knochen- und Herzerkrankungen darstellen. Die Verwendung von mesenchymalen Stammzellen für allogene und autologe Zelltherapien ist äußerst interessant, jedoch erweist sich die Bestimmung der Zellzahl und der Viabilität als schwierig, da die Proben oftmals auch Erythrozyten und Fetttröpfchen enthalten. Die Nucleocounter^® Geräte umgehen dieses Problem durch eine spezialisiertes Puffer-System zur Lyse der Erythrozyten und Fetttröpfchen und gewährleisten somit eine präzise und robuste Zellzahlbestimmung von primären MSCs, z.B. aus dem Fettgewebe oder aus dem Knochenmark.

Abbildung 5. Bei Microcarriern handelt es sich um ein Substrat für adhärente Zellen. Hierdurch können adhärente Zellen in einer Suspension und in einem Bioreaktor expandiert werden.

Mesenchymale Stammzellen (MSCs) werden für regenerative Zelltherapien verwendet, da Sie stark proliferieren und in verschiedene Zellen ausdifferenziert werden können. Oftmals werden MSCs in Zellkulturflaschen in 2D kultiviert. Die Verwendung von Microcarriern für die Expansion von MSCs im großen Maßstab wird immer wichtiger (Abbildung 5). Die NucleoCounter^® Geräte gewährleisten eine präzise Bestimmung der Viabilität und der Zellzahl für Zellen in einer Microcarrier Zellsuspension.

Abbildung 6. Die NucleoCounter^® Geräte liefern dieselbe Zellzahlbestimmung unabhängig von Standort und Produktionsdatum. Nach der Fertigung wird jedes Gerät während der Qualitätssicherung gegen das Zentralinstrument kalibriert. Die NucleoCounter^® Geräte sind wartungsfrei. Weiterhin werden von ChemoMetec A/S verschiedene Reagenzien bereitgestellt, die eine stetige und regelmäßige Leistungsqualifizierung (PQ) der NucleoCounter^® Geräte gewährleisten.

Ein häufiges Problem bei der herkömmlichen Zellzählung stellt die Abweichung der Messergebnisse zwischen verschiedenen Anwendern, Abteilungen und Standorten dar. Die NucleoCounter^® Geräte liefern dieselben Messergebnisse, unabhängig von Standort und Produktionsdatum, da jedes einzelne Gerät gegen ein Zentralinstrument in der Qualitätssicherung kalibriert wird (Abbildung 6).