二氧化碳培養箱在干細胞治療研究中的應用

更新時間：2021-05-21

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二氧化碳培養箱是通過在培養箱箱體內模擬形成一個類似細胞/組織在生物體內的生長環境，培養箱要求穩定的溫度（37°C）、穩定的CO2水平（5%）、恒定的酸堿度（pH值：7.2-7.4）、較高的相對飽和濕度（95%），來對細胞/組織進行體外培養的一種裝置，是細胞、組織、細菌培養的一種先進儀器，是開展免疫學、腫瘤學、遺傳學及生物工程所必須的關鍵設備。二氧化碳培養箱是通過在培養箱箱體內模擬形成一個類似細胞/組織在生物體內的生長環境，培養箱要求穩定的溫度（37°C）、穩定的CO2水平（5%）、恒定的酸堿度（pH值：7.2-7.4）、較高的相對飽和濕度（95%），來對細胞/組織進行體外培養的一種裝置，是細胞、組織、細菌培養的一種先進儀器，是開展免疫學、腫瘤學、遺傳學及生物工程所必須的關鍵設備。

干細胞治療與康復醫學

近年來，干細胞治療正在成為治療諸如Alzheimer’s及Parkinson’s之類的退行性疾病和其他炎癥性疾病的強有力工具與技術手段。干細胞除了具備分化發育成損傷組織的功能外，還可以協調修復反應。干細胞可以源自患者分離得來，通過培養后進行自體移植。此外，干細胞可以通過基因修飾來強化表達某些關鍵基因，這些基因可以促進傷口愈合、減少疤痕的形成等等。再生醫學是生物醫學工程中的一個重要分支，借助干細胞，通過修復已經退化或遭受損傷的組織和器官，治愈功能損傷和疾病。

出現最早也是最著名的干細胞療法是從患者骨髓或血液中移植干細胞治療白血病。自20世紀90年代以來，世界各地的不同研究團隊已經成功分離出數種干細胞（即從組織和體液中分離出干細胞），并研究了它們作用于多種疾病的潛在療效。德國有著相對嚴苛的監管規章，TICEBA的研究主要集中在非胚胎（成體）干細胞。多能干細胞(PSC)可以在出生后的人體內獲得，并能誘導發育成多種特殊的細胞類型。例如，間充質干細胞可以很容易地從脂肪組織中分離，在體外培養擴增；在這些干細胞及3D打印技術的輔助下，就有可能治療與血管疾病和糖尿病有關的傷口，這些傷口迄今已證明很難愈合；甚至因肝腎疾病導致的器官衰竭都有可能得以治療。另一個重要的潛在應用方向是角膜再生，角膜干細胞損傷后角膜可能變得混濁，導致視網膜色素變性。反過來，腫瘤干細胞的靶向策略如果可以成功關閉，則可以抑制腫瘤生長，這對目前不能得到充分治療的癌癥或許很有幫助。

TICEBA與Memmert CO2培養箱

干細胞治療面臨的一個最大挑戰是如何將各類風險因素降到可承受范圍。這就是為什么TICEBA生產的干細胞藥物需要跟其他任何藥物一樣，要在在科學家和學術界的強力支持與嚴格監督下，開展臨床試驗研究。這些試驗在廣泛的體外試驗和建模研究之后就要進行。例如，TICEBA旗下RHEACELL目前正在進行臨床試驗，研究多能干細胞治療各種適應癥（慢性靜脈潰瘍、糖尿病足潰瘍和外周動脈閉塞性疾病）的療效和安全性。在這種情況下，治療成功與否是根據與傷口愈合相關的各種參數來衡量的。此外，還在緊張準備開展接下來的間充質干細胞治療大皰性表皮松解癥、慢性肝功能衰竭急性期和急性腎功能衰竭的臨床試驗以及角膜緣干細胞治療角膜緣干細胞缺乏癥的臨床試驗。

在以干細胞為基礎研發生物藥物過程中，先從人骨髓間充質干細胞或角膜干細胞的原代培養物中分離出ABCB5陽性干細胞，這些細胞表面攜帶ABCB5蛋白，其擁有抗炎和再生特性，能夠修復受損組織。細胞培養環節在37°C的二氧化碳培養箱中進行，CO2濃度控制在3.1%，相對濕度保持在90%RH。同時，在質量控制部門進行所謂的效價測定，以測試所生產的細胞制劑的再生和免疫調節能力，細胞培養同樣是在前述的37℃、3.1% CO2濃度和90%RH相對濕度環境下進行。

細胞擴增效果評價是整個過程中一個特別重要的環節，也是干細胞治療臨床試驗的成功與否的關鍵。所有的培養環境參數都需要穩定控制在規范所規定的設定值，在其上下某個誤差范圍內波動，這個可允許偏差區間往往又是非常狹窄的，TICEBA對生產和質控用二氧化碳培養箱提出了同樣高的要求。例如，驗收規定要求培養箱內部溫度隨著時間的波動不得超過±0.5K，溫度空間分布偏差不得超過0.8K、所有參數通過潔凈室監控系統或經過校準的數據記錄系統進行全過程監控，數據長期保存。面對這些核查要求，二氧化碳培養箱均輕松過關。

除此之外，細胞培養還需要烘箱及低溫培養箱佐以輔助，進行培養器具的高溫干熱滅菌與保溫儲存等。

現有實驗室及臨床研究表明干細胞治療具有巨大的醫療應用前景，但絕大多數尚處于研究和臨床試驗階段，要想長期應用于臨床，還需要進一步深入研究，優化培養及移植方案，通過大規模臨床試驗來驗證療效的真實有效性，以確保移植后干細胞（成體干細胞或骨髓間充質干細胞）在功能整合、增殖，分化和遷移正常進行，達到修復和替換受損組織的目的，并在組織生態微環境中長期存活。

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