Skalierbare Expansion und Differenzierung von iPSC mit CERO 3D
Skalierbare Expansion von iPSCs
Diese Publikation untersucht den Einsatz induzierter pluripotenter Stammzellen (iPSC) in biomedizinischen Anwendungen mit Schwerpunkt auf Toxizitätstests. Die Autoren beschreiben Strategien für die skalierbare iPSC-Produktion mit der CERO 3DSuspensionskultur-Plattform und einem Tischbioreaktor. Darüber hinaus stellen sie aktuelle Fortschritte bei skalierbaren Differenzierungsprotokollen zur Erzeugung kardialer, neuraler und hepatischer Linien vor, die das Repertoire für Forschung und therapeutische Entwicklung erweitern.
Kultivierung und Expansion von iPSCs unter 3D-Kulturbedingungen. A: Workflow-Varianten der 3D-Suspensionskultivierung. A1: iPSC-Klumpen werden auf Matrigel™-beschichteten Alginat-Microcarriern ausgesät. A2: iPSC-Einzelzellen werden auf Matrigel™-beschichteten Alginat-Microcarriern in Medium mit 10 µM Y-27632 ausgesät. A3: Eine iPSC-Einzelzellsuspension bildet mit Unterstützung des ROCK-Inhibitors Y-27632 Aggregate. B: Morphologie der Zellen, kultiviert als Klumpen und als Einzelzellen auf Matrigel™-beschichteten Alginat-Microcarriern (MC) sowie als Aggregate. Für beide Microcarrier-Ansätze wurde die Zelllinie UKBi005-A verwendet, für den Aggregat-Ansatz die Zelllinie BIONi010-C. Maßstabsbalken = 500 µm.
Referenz: Keong Kwok et al. (2022) Scalable expansion of iPSC and their derivatives across multiple lineages, Reprod Toxicol. 2022 May 17;S0890-6238(22)00068-5.
Skalierbare Produktion von Mikroglia
Der CERO 3D Incubator & Bioreactor wurde für die großmaßstäbliche Produktion von Embryoid Bodies aus humanen iPSC sowie für die Ko-Kultivierung kortikaler Sphäroide mit iPSC-abgeleiteten Mikroglia (iPSdMiG) über Zeiträume von 1 bis 4 Wochen eingesetzt. Die Arbeit stellt eine in vitro durchgeführte Differenzierungsmethode vor, mit der sich iPSdMiG in großem Maßstab herstellen und kryokonservieren lassen. Diese Mikroglia zeigten ein Transkriptomprofil, das dem adulter humaner Mikroglia ähnelt, exprimierten wichtige Mikroglia-Marker und wiesen wesentliche Funktionen auf, darunter Zytokinsekretion, Phagozytose und ROS-Produktion, wodurch sie sich für die Integration in neurale Ko-Kultur-Modelle eignen.
Ein schematischer Arbeitsablauf zeigt die skalierbare Erzeugung von iPSdMiG: EBs werden hergestellt und in Richtung primitiver hämatopoetischer und früher neuraler Vorläuferlinien geführt, anschließend auf Mesh-Makrocarriern expandiert. Von Woche 6 bis Woche 12 der Differenzierung lassen sich Mikroglia kontinuierlich ernten.
Repräsentative Immunfluoreszenzaufnahmen zeigen, dass iPSdMiG (IBA1, rot) effizient in 3D-kortikale Sphäroide (TUBB3, grün) einwandern und sich darin verteilen.Maßstabsbalken=500 µm (C). Aufnahmen bei höherer Vergrößerung zeigen ihre charakteristische ramifizierte Morphologie nach vier Wochen Ko-Kultur.Maßstabsbalken=100 µm (D).
Referenz: Mathews et al. (2022) Reenacting Neuroectodermal Exposure of Hematopoietic Progenitors Enables Scalable Production of Cryopreservable iPSC-Derived Human Microglia, Stem Cell Reviews and Reports
Effiziente und skalierbare Stammzelltherapien ermöglichen
Die Studie belegt den erfolgreichen Einsatz des CERO 3D Systems für die Kultivierung und Differenzierung humaner iPSCs in neurale Linien. Die Bulk-Kryokonservierung von iPSCs mit anschließender Expansion und Differenzierung in CERO 3D Bioreaktoren stellt einen vielversprechenden Ansatz für die großmaßstäbliche Produktion von Stammzellen für therapeutische Anwendungen dar. Diese Technologie kann die Entwicklung innovativer und kosteneffizienter stammzellbasierter Therapien beschleunigen.
Ein verdichteter Arbeitsablauf veranschaulicht den Prozess: Die hiPSC-Linien UKKi011-A und BIONi010-C-41 wurden mit langsamer Einfrierrate bei hoher Dichte kryokonserviert – entweder in Kryoröhrchen (1 mL, 2 × 10⁷ Zellen) oder in Kryobeuteln (50 mL, 1 × 10⁹ Zellen) – und nach dem Auftauen direkt in einen CERO 3D Suspensionsbioreaktor inokuliert. Phasenkontrastaufnahmen zeigen die Morphologie beider Linien vor der Kryokonservierung in 2D-Kultur sowie die Bildung und das Wachstum von UKKi011-A-Sphäroiden im Bioreaktor an Tag 1 und Tag 3 für frische und kryokonservierte Proben.Maßstabsbalken entsprechen 500 µm.
Referenz: Meiser et al. (2023) Application-Oriented Bulk Cryopreservation of Human iPSCs in Cryo Bags Followed by Direct Inoculation in Scalable Suspension Bioreactors for Expansion and Neural Differentiation, Cells. 2023 Jul; 12(14)
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Der CERO 3D Incubator & Bioreactor ermöglicht effizientes Scale-up, Automatisierung und kosteneffiziente Stammzellexpansion für Biobanking, zellbasierte Wirkstoffforschung, Toxizitätstests und regenerative Medizin. Als dediziertes 3D-Zellkultursystem unterstützt es das Wachstum in einer physiologisch relevanten Umgebung, weit jenseits der Grenzen der klassischen 2D-Kultur.
Wesentliche Vorteile:
- Kultivierung ohne Microcarrier
- Stabile Pluripotenz über viele Passagen
- Einfacher Aufbau und intuitiver Arbeitsablauf
- Frei schwebende, gleichmäßige 3D-Aggregate
- Differenzierung in alle drei Keimblätter
- Homogene iPSC- und ESC-Cluster
Pluripotente Stammzellen werden als Einzelzellen direkt in das CEROtube inokuliert, wo sie sich zu gleichmäßigen 3D-Clustern selbst aggregieren und über mehrere Passagen expandiert werden können; nötig sind dafür nur etwa 2 Minuten Hands-on-Zeit pro Tag.
Die entstehenden 3D-Aggregate sind unmittelbar für nachgelagerte Anwendungen geeignet– darunter die Organoid-Erzeugung sowie die Entwicklung von 3D- oder 2D-Assays. Damit ist CERO 3D eine ideale Plattform für skalierbare Stammzell-Arbeitsabläufe.
Humane iPSC nach Expansion im CERO 3D Incubator & Bioreactor, auf Pluripotenz geprüft.
Humane iPSC nach Expansion im CERO 3D Incubator & Bioreactor, geprüft auf Differenzierung in die drei Keimblätter.
Referenz: Pluripotente Stammzellen, die im CERO 3D (früherer Name „BioLevitator") expandiert wurden, behalten ihre Pluripotenz und lassen sich in alle 3 Keimblätter differenzieren, wie von Elanzew et al. 2015; Biotechnol. J. 2015, 10, 1589–1599 beschrieben:
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