Non‐xenogeneic expansion and definitive endoderm differentiation of human pluripotent stem cells in an automated bioreactor
Non‐xenogeneic expansion and definitive endoderm differentiation of human pluripotent stem cells in an automated bioreactor
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自动化生物反应器中人多能干细胞的非异种扩增和定形内胚层分化
DOI：
10.1002/bit.27629
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发表时间：
2020
影响因子：
3.8
通讯作者：
Tzanakakis, Emmanuel S.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jacobson, Elena F.;Chen, Zijing;Stoukides, Demetrios M.;Nair, Gopika G.;Hebrok, Matthias;Tzanakakis, Emmanuel S.
可扩展的工艺是人类多能干细胞 (hPSC) 衍生疗法的稳健生物制造所必需的。为此，我们证明了在受控搅拌悬浮生物反应器（SSB）中人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞向定形内胚层（DE）的无异源扩增和定向分化。基于之前将 hPSC 转化为产生胰岛素的后代的工作，两个 hPSC 系的分化在平面培养物中进行了优化，产生高达 87% 的 FOXA2+/SOX17+ 细胞。接下来，hPSC 在 pH 值和溶解氧受控的 SSB 中繁殖。培养物在 5-6 天内显示细胞数量增加 10 至 12 倍，并保持多能性 (>85% OCT4+) 和活力 (>85%)。对于分化，SSB 培养物产生高达 89% FOXA2+/SOX17+ 细胞或每个接种的 hPSC 约 8 个 DE 细胞。与平面培养物相比，生物反应器中对 DE 细胞命运的规范始终更有效。因此，建立了一种可调策略，适用于在可扩展的 SSB 中从不同 hPSC 系中无异源制造 DE 细胞。这项研究推进了生产多种人类 DE 细胞衍生疗法的生物工艺开发。
Scalable processes are requisite for the robust biomanufacturing of human pluripotent stem cell (hPSC)‐derived therapeutics. Toward this end, we demonstrate the xeno‐free expansion and directed differentiation of human embryonic and induced pluripotent stem cells to definitive endoderm (DE) in a controlled stirred suspension bioreactor (SSB). Based on previous work on converting hPSCs to insulin‐producing progeny, differentiation of two hPSC lines was optimized in planar cultures yielding up to 87% FOXA2+/SOX17+cells. Next, hPSCs were propagated in an SSB with controlled pH and dissolved oxygen. Cultures displayed a 10‐ to 12‐fold increase in cell number over 5–6 days with the maintenance of pluripotency (>85% OCT4+) and viability (>85%). For differentiation, SSB cultures yielded up to 89% FOXA2+/SOX17+cells or ~ 8 DE cells per seeded hPSC. Specification to DE cell fate was consistently more efficient in the bioreactor compared to planar cultures. Hence, a tunable strategy is established that is suitable for the xeno‐free manufacturing of DE cells from different hPSC lines in scalable SSBs. This study advances bioprocess development for producing a wide gamut of human DE cell‐derived therapeutics.
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