Overcoming bioprocess bottlenecks in the large-scale expansion of high-quality hiPSC aggregates in vertical-wheel stirred suspension bioreactors
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) hold enormous promise in accelerating breakthroughs in understanding human development, drug screening, disease modeling, and cell and gene therapies. Their potential, however, has been bottlenecked in a mostly laboratory setting due to bioprocess challenges in the scale-up of large quantities of high-quality cells for clinical and manufacturing purposes. While several studies have investigated the production of hiPSCs in bioreactors, the use of conventional horizontal-impeller, paddle, and rocking-wave mixing mechanisms have demonstrated unfavorable hydrodynamic environments for hiPSC growth and quality maintenance. This study focused on using computational fluid dynamics (CFD) modeling to aid in characterizing and optimizing the use of vertical-wheel bioreactors for hiPSC production. METHODS: The vertical-wheel bioreactor was modeled with CFD simulation software Fluent at agitation rates between 20 and 100 rpm. These models produced fluid flow patterns that mapped out a hydrodynamic environment to guide in the development of hiPSC inoculation and in-vessel aggregate dissociation protocols. The effect of single-cell inoculation on aggregate formation and growth was tested at select CFD-modeled agitation rates and feeding regimes in the vertical-wheel bioreactor. An in-vessel dissociation protocol was developed through the testing of various proteolytic enzymes and agitation exposure times. RESULTS: CFD modeling demonstrated the unique flow pattern and homogeneous distribution of hydrodynamic forces produced in the vertical-wheel bioreactor, making it the opportune environment for systematic bioprocess optimization of hiPSC expansion. We developed a scalable, single-cell inoculation protocol for the culture of hiPSCs as aggregates in vertical-wheel bioreactors, achieving over 30-fold expansion in 6 days without sacrificing cell quality. We have also provided the first published protocol for in-vessel hiPSC aggregate dissociation, permitting the entire bioreactor volume to be harvested into single cells for serial passaging into larger scale reactors. Importantly, the cells harvested and re-inoculated into scaled-up vertical-wheel bioreactors not only maintained consistent growth kinetics, they maintained a normal karyotype and pluripotent characterization and function. CONCLUSIONS: Taken together, these protocols provide a feasible solution for the culture of high-quality hiPSCs at a clinical and manufacturing scale by overcoming some of the major documented bioprocess bottlenecks.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».