Fully animal-free manufacture of optimised growth factors: underpinning sustainable and scalable organoid culture for precision medicine, drug discovery and regenerative medicine applications

完全无动物生产优化的生长因子:支持精准医学、药物发现和再生医学应用的可持续和可扩展的类器官培养

基本信息

  • 批准号:
    830207
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 57.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Innovation Loans
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Organoids are 3-dimensional (3D) clusters of stem cells that come together and emulate the microenvironment within individual organs, whether that be liver, kidney, heart, gut or other specific organs. Essentially, they can be viewed as miniature, simplified organs. They typically range in size from a few micrometers to five millimeters and there are potentially as many different organoids as there are different tissues and organs in the body. Organoids can also be grown that mimic diseased such as cancer and brain disorders. Such a diverse range of organoids can be formed by controlling the differentiation of the specific stem cell used, which can be influenced by the cells receiving instructive signals from proteins called growth factors, the 3D extracellular matrix (ECM) and its components, and chemical moieties in the medium the organoids grow in.Organoids hold extraordinary promise: they are a truly disruptive technology capable of completely transforming our understanding of basic biology and revolutionising the drug discovery process, and its reliance on animal models.That said, methods used for growing organoids in the laboratory need to be improved and standardised to allow wider adoption, particularly in drug discovery, and to make organoid culture easier and more reproducible. The two elements that need particular focus are the bioactive protein growth factors and the 3D gel matrix in which organoids grow. The matrix, a complex mixture of structural proteins and growth factors, is currently extracted from mouse tumours so there is a pressing need to make synthetic alternatives for reproducibility and to reduce use of animal-products.In our previous UKRI-funded project we developed optimised, highly defined forms of growth factors for organoid culture. Large multinational companies are now interested in bulk purchase of these and we need to undertake further R&D to scale manufacture, remove the use of beta-lactam antibiotics (which are not compatible with pre-clinical applications of organoids) and introduce a quality system ISO13485.In addition, there is one growth factor, called Wnt3a, which is crucial for the growth of many types of organoids and is not easily sourced. The few commercially available have variable bioactivity, are exceptionally expensive (<£17,000 /milligram) and are not made in a full animal-product-free process.We made a promising start on the R&D needed to solve this problem in the last project and wish to continue this work, using protein engineering technologies to make a highly bioactive, totally animal-free and cost-effective Wnt protein.
类器官是干细胞的三维(3D)簇,它们聚集在一起并模拟单个器官内的微环境,无论是肝脏,肾脏,心脏,肠道还是其他特定器官。从本质上讲,它们可以被看作是微型的、简化的器官。它们的大小通常从几微米到五毫米不等,并且可能有许多不同的类器官,因为体内有不同的组织和器官。类器官也可以模拟癌症和脑部疾病等疾病。通过控制所使用的特定干细胞的分化可以形成如此多样化的类器官,这可以受到细胞从称为生长因子的蛋白质、3D细胞外基质(ECM)及其组分以及类器官生长介质中的化学部分接收指导性信号的影响。类器官具有非凡的前景:它们是一种真正的颠覆性技术,能够彻底改变我们对基础生物学的理解,彻底改变药物发现过程及其对动物模型的依赖。用于在实验室中生长类器官的方法需要改进和标准化,以允许更广泛的采用,特别是在药物发现中,并使类器官培养更容易和更可重复。需要特别关注的两个元素是生物活性蛋白生长因子和类器官生长的3D凝胶基质。该基质是一种结构蛋白和生长因子的复杂混合物,目前从小鼠肿瘤中提取,因此迫切需要合成替代品以提高重现性并减少动物产品的使用。在我们之前的UKRI资助的项目中,我们开发了优化的,高度定义的生长因子形式用于类器官培养。大型跨国公司现在有兴趣批量购买这些产品,我们需要进行进一步的研发以扩大生产规模,消除β-内酰胺抗生素(与类器官的临床前应用不兼容)的使用,并引入质量体系ISO 13485。此外,还有一种称为Wnt 3a的生长因子,它对于许多类型的类器官的生长至关重要,而且不易采购。少数商业上可获得的具有可变的生物活性,非常昂贵(<17,000英镑/毫克),并且不是在完全不含动物产品的过程中制造的。我们在上一个项目中为解决这个问题所需的研发工作取得了有希望的开端,并希望继续这项工作,使用蛋白质工程技术制造高度生物活性,完全不含动物且具有成本效益的Wnt蛋白。

项目成果

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