Ricercatori della Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), impresa di ricerca del MIT a Singapore, hanno scoperto un nuovo modo di produrre globuli rossi umani (RBC) che dimezza i tempi di coltura rispetto ai metodi esistenti e utilizza nuovi metodi di smistamento e purificazione che sono più veloci, più preciso e meno costoso.

Le trasfusioni di sangue salvano milioni di vite ogni anno, ma più della metà dei paesi del mondo non ha un'offerta di sangue sufficiente per soddisfare i propri bisogni. La capacità di produrre globuli rossi su richiesta, in particolare il sangue del donatore universale (O+), avvantaggerebbe in modo significativo coloro che necessitano di trasfusione per condizioni come la leucemia eludendo la necessità di prelievi di sangue di grandi volumi e difficili processi di isolamento delle cellule.

Una produzione più semplice e veloce di globuli rossi avrebbe anche un impatto significativo sulle banche del sangue in tutto il mondo e ridurrebbe la dipendenza dal sangue del donatore, che ha un rischio maggiore di infezione. È anche fondamentale per la ricerca su malattie come la malaria che colpisce oltre 220 milioni di persone ogni anno, e può persino consentire terapie cellulari nuove e migliorate.

Però, la produzione di globuli rossi richiede tempo, e crea sottoprodotti indesiderati, con gli attuali metodi di purificazione che sono costosi e non ottimali per applicazioni terapeutiche su larga scala. I ricercatori di SMART hanno quindi progettato un protocollo di conservazione criogenica intermedio ottimizzato che riduce il tempo di coltura cellulare a 11 giorni dopo lo scongelamento, eliminando la necessità di una produzione di sangue continua per 23 giorni. Ciò è aiutato da tecnologie complementari che il team ha sviluppato per un'elevata efficienza, purificazione RBC a basso costo e cernita più mirata.

In un articolo intitolato "Bioprocessamento microfluidico senza etichetta di reticolociti umani da colture eritroidi, " recentemente pubblicato in Laboratorio su un chip , i ricercatori spiegano gli enormi progressi tecnici che hanno fatto per migliorare la produzione di globuli rossi. Lo studio è stato condotto da ricercatori di due dei gruppi di ricerca interdisciplinare (IRG) di SMART:Resistenza antimicrobica (AMR) e Analisi critica per la produzione di medicinali personalizzati (CAMP), e co-guidato dai Principal Investigators Jongyoon Han, un professore al MIT, e Peter Preiser, un professore alla NTU. Il team comprendeva anche docenti AMR e CAMP IRG nominati presso la National University of Singapore (NUS) e la Nanyang Technological University (NTU).

"I metodi tradizionali per la produzione di globuli rossi umani di solito richiedono 23 giorni per far crescere le cellule, espandersi in modo esponenziale e infine maturare in globuli rossi, "dice il dottor Kerwin Kwek, autore principale del documento e associato postdottorato senior presso SMART CAMP. "Il nostro protocollo ottimizzato conserva le cellule coltivate in azoto liquido in quello che normalmente sarebbe il giorno 12 nel processo tipico, e su richiesta scongela le cellule e produce i globuli rossi entro 11 giorni."

I ricercatori hanno anche sviluppato nuovi metodi di purificazione e smistamento modificando il Dean Flow Fractionation (DFF) e lo spostamento laterale deterministico (DLD) esistenti; sviluppo di un design a sezione trapezoidale e chip microfluidico per lo smistamento DFF, e un sistema di smistamento unico realizzato con una struttura a pilastri a forma di L inversa per lo smistamento DLD.

Le nuove tecniche di smistamento e purificazione di SMART che utilizzano i metodi DFF e DLD modificati sfruttano le dimensioni e la deformabilità dell'RBC per la purificazione invece della dimensione sferica. Poiché la maggior parte delle cellule umane è deformabile, questa tecnica può avere ampie applicazioni biologiche e cliniche come lo smistamento e la diagnostica delle cellule cancerose e delle cellule immunitarie.

Testando i globuli rossi purificati, sono stati trovati per mantenere la loro funzionalità cellulare, come dimostrato dall'elevata infettività del parassita della malaria che richiede cellule altamente pure e sane per l'infezione. Ciò conferma che le nuove tecnologie di selezione e purificazione dei globuli rossi di SMART sono ideali per lo studio della patologia della malaria.

Rispetto alla purificazione cellulare convenzionale mediante smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza (FACS), I metodi avanzati DFF e DLD di SMART offrono una purezza comparabile elaborando almeno il doppio delle celle al secondo a meno di un terzo del costo. Nei processi di produzione su larga scala, DFF è più ottimale per la sua elevata produttività volumetrica, considerando che nei casi in cui la purezza cellulare è fondamentale, La caratteristica di alta precisione di DLD è molto vantaggiosa.

"I nostri nuovi metodi di smistamento e purificazione si traducono in tempi di elaborazione delle cellule significativamente più rapidi e possono essere facilmente integrati negli attuali processi di produzione delle cellule. Il processo inoltre non richiede un tecnico qualificato per eseguire procedure di manipolazione dei campioni ed è scalabile per la produzione industriale, "Il dottor Kwek continua.

I risultati della loro ricerca darebbero agli scienziati un accesso più rapido ai prodotti cellulari finali che sono completamente funzionali con un'elevata purezza a un costo di produzione ridotto.