Growth Factor-Based Manufacturing of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes Using the Vertical Wheel Bioreactor System
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background Multiple protocols have been reported for the large-scale generation of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) in bioreactors using small molecules; however, no comparable bioreactor-based methods have been established using growth factors. This is despite evidence that differentiation with optimized concentrations of BMP4, Activin A, and bFGF offers finer control of cardiomyocyte phenotype. Here, we develop scalable hPSC expansion and growth factor-based cardiac differentiation protocols using the vertical wheel bioreactor (VWBR) system. Methods and Results The expansion of undifferentiated hPSCs was first optimized in 100 mL VWBRs by varying parameters, including starting cell seeding density, agitation rate, and media exchange schedule. Proliferation, viability, aggregate diameter, media metabolites, and pluripotency were assessed during hPSC expansion. Next, we evaluated the effects of undifferentiated hPSC culture conditions on subsequent cardiomyocyte differentiation potential. We found that hPSCs expanded in static culture or in VWBRs at different densities and agitation rates all differentiated into hPSC-CM populations of similar cardiac purity; however, cardiomyocyte yields were initially lower when VWBR-expanded hPSCs were used. We compared the differentiation kinetics of hPSCs expanded in VWBRs to conventional 2D culture and found that the former had accelerated mesodermal commitment and significantly greater cKit + /CXCR4 + /PDGRFα - cell formation during differentiation. Modifying our aggregation and mesoderm induction steps improved cell yields and enabled reliable production of >1x10 6 cells/mL cardiac troponin T + (cTnT) hPSC-CMs. Highlighting the versatility of our growth factor-based system, variation in the BMP4:Activin A ratio enabled a second heart field-like differentiation and generation of atrial-like cardiomyocytes in VWBRs. We further show that our expansion and differentiation protocols are reproducible and economical in 500 mL VWBRs, yielding on average 1.11x10 6 hPSC-CMs/mL at a mean purity of 93% cTnT + . Characterization of VWBR produced hPSC-CM force generation, action potentials, and intercellular calcium transients confirmed the expected phenotype of ventricular-like cells. Lastly, VWBR produced hPSC-CMs robustly engrafted in the infarcted guinea pig myocardium, supporting use as a cell therapy product. Conclusions This novel bioreactor-based protocol will enable cardiac cell therapy and tissue engineering applications by providing scalable and consistent production of hPSC-derived cardiac cell products.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 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 | 0,001 |
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 ».