Эволюция обработки пуповинной крови и роль PrepaCyte

Индустрия пуповинной крови претерпевает большие изменения в процедурах, которые биобанки используют для обработки пуповинной крови перед криоконсервацией. Это делает очень своевременным рассмотрение того, какие методы обработки пуповинной крови традиционно использовались в прошлом, как их популярность менялась со временем, что движет текущими изменениями и куда может двигаться отрасль в будущем?

История обработки пуповинной крови.

Вслед за первой в мире трансплантацией пуповинной крови для лечения Мэтта Фэрроу в 1988¹ году были созданы первые в мире банки пуповинной крови. Самый первый банк был создан Нью-Йоркским центром крови под руководством доктора Пабло Рубинштейна². Он изобрел метод обработки пуповинной крови, который был назван «методом Рубинштейна», и который до сих пор широко используется в наши дни³. Метод Рубинштейна по обработке пуповинной крови заключается в ручном добавлении химического гидроксиэтилкрахмала в кровь для осаждения эритроцитов в пуповинной крови⁴. Это химическое вещество обычно известно как «гетакрахмал» или под торговой маркой «Hespan», а также сокращенно как HES. После того, как эритроциты выпадут в осадок, кровь вращается в центрифуге для дальнейшего фракционирования компонентов. Плазму обычно выбрасывают, в то время как слой «лейкоцитарная пленка», содержащий лейкоциты и стволовые клетки, отправляется на криогенное хранение⁵.

С ростом индустрии пуповинной крови в середине 1990-х годов были изобретены медицинские устройства, которые полуавтоматизировали обработку пуповинной крови. Концепция этих устройств заключается в том, что мешок с пуповинной кровью помещается в устройство, кровь перекачивается по стерильным трубкам в камеру, где устройство использует центробежное действие для разделения компонентов крови, затем лейкоцитарный слой сливается в отдельный мешок с помощью оптического датчика для обнаружения изменений в компонентах, а последний мешок с лейкоцитарным слоем отправляется на хранение⁶. Удобство этих систем в том, что они в основном автоматизированы: персоналу, возможно, придется перекачивать пуповинную кровь из мешка для сбора в мешок для обработки, но с этого момента им не нужно вручную переносить кровь или клетки во время обработки. Мешок для окончательной обработки предназначен для использования в криогенном хранении.

Изобретение PrepaCyte для замены гетастарча стало значительным новшеством в области ручной обработки пуповинной крови⁷. PrepaCyte®-CB — это реагент, который вводится в мешок для сбора, затем мешок встряхивается для перемешивания содержимого и просто висит в течение получаса⁸. PrepaCyte®-CB значительно эффективнее гетастарча при разделении эритроцитов, поскольку процесс седиментации отличается. PrepaCyte®-CB позволяет эритроцитам осаждаться, сохраняя лейкоциты в суспензии плазмы, вместо того, чтобы образовывать слой лейкоцитарной пленки, содержащий лейкоциты. При традиционных методах обработки, которые приводят к образованию лейкоцитарной пленки, сложно правильно отделить общие ядросодержащие клетки (TNC) от эритроцитов (RBC), поскольку на границе между слоем лейкоцитарной пленки и слоем эритроцитов происходит перекрестное загрязнение (см. схему)⁹. Без лейкоцитарной пленки проще и точнее выдавливать плазму, содержащую лейкоциты, до линии эритроцитов. Это позволяет добиться более высокого уровня сохранения стволовых и прогениторных клеток и максимального снижения количества эритроцитов. Несколько сравнений методов обработки пуповинной крови, опубликованных около 2010 года, показали, что PrepaCyte®-CB достиг снижения количества эритроцитов на более 98%, при этом достигая сохранения белых клеток и стволовых клеток, сопоставимого с другими методами обработки^10-12.

Сравнение приживления.

Некоторые исследования изучали клинические преимущества, измеряемые по результатам трансплантации, между методами обработки, используемыми для извлечения стволовых клеток из единиц пуповинной крови. Все эти исследования были ретроспективными. Центр международных исследований по трансплантации крови и костного мозга (CIBMTR) сравнил результаты трансплантаций с единицами пуповинной крови, предоставленными 16 государственными банками пуповинной крови в США, для 530 пациентов, получающих трансплантацию пуповинной крови при лейкозе ОМЛ. Они обнаружили, что восстановление нейтрофилов значительно лучше, когда эритроциты полностью удаляются, но их исследование не обнаружило различий в выживаемости, которые коррелировали бы с методом обработки пуповинной крови¹³. Последующее исследование рассматривало результаты по сравнению с обработкой для 133 пациентов, получающих двойную трансплантацию пуповинной крови, и снова обнаружило, что выживаемость не была связана с методом обработки¹⁴. Более узконаправленное исследование изучало результаты 745 трансплантаций, которые все были получены из одного и того же банка пуповинной крови, где единственное различие в обработке было между реагентом для седиментации hetastarch (торговая марка Hespan) и PrepaCyte®-CB. Это исследование обнаружило более быстрое приживление с PrepaCyte®-CB, но не было никакой существенной разницы в общей выживаемости пациентов^15,16.

Компании, предоставляющие услуги по обработке пуповинной крови

Десять лет назад двумя основными конкурентами на арене полуавтоматической обработки были устройства Sepax® и AXP®6. В 2015 году Фонд Parent's Guide to Cord Blood провел опрос семейных банков пуповинной крови для отраслевого отчета и обнаружил, что их распределение методов обработки было следующим: 43% — автоматизированные, 36% — ручные и 21% — без ответа¹⁷. Среди семейных банков, использующих автоматизацию, 74% использовали Sepax®¹⁷. Кроме того, большинство государственных банков пуповинной крови, аккредитованных FACT-Netcord, также использовали Sepax®¹⁸. Высокий уровень внедрения автоматизированной обработки был примечателен, учитывая, что эти методы были намного дороже ручной обработки с точки зрения покупки устройства и последующей многократной покупки одноразовых расходных материалов. Каждый банк, который полагался на полуавтоматическое устройство, должен был приобрести два устройства на случай отказа одного. Кроме того, для банков, расположенных в отдаленных частях мира, одноразовые наборы могут быть довольно дорогими и подвергаться длительным задержкам доставки. Тем не менее, менеджеры банков пуповинной крови сообщили Parent's Guide to Cord Blood Foundation, что автоматизированная обработка очень привлекательна, если у банка есть трудности с наймом и удержанием персонала, имеющего надлежащую подготовку для ручной обработки пуповинной крови.

За последнее десятилетие в компаниях, производящих технологии обработки для банков пуповинной крови, произошла значительная корпоративная реструктуризация, что привело к изменениям в доступности технологий и порядке их лицензирования.

Технология PrepaCyte®-CB была запатентована компанией BioE, которая переименовала ее в CytoMedical Design Group, а затем продала PrepaCyte®-CB компании Cryo-Cell International в 2015 году^19,20. Они считают, что банки, использующие метод обработки PrepaCyte®-CB, имеют конкурентное преимущество. Следовательно, Cryo-Cell будет лицензировать PrepaCyte®-CB только государственным банкам или семейным банкам, которые не конкурируют с ними.

TПлатформа AutoXpress®, или устройство AXP®, была разработана компанией Thermogenesis. Эта компания была основана в 1989 году Филиппом Коэльо, который тесно сотрудничал с доктором Пабло Рубинштейном для разработки своей технологии^21-23. Но Thermogenesis претерпела множество изменений за эти годы. Первоначально они публично торговались на Nasdaq под тикером KOOL. В 2013 году Thermogenesis объединилась с частной компанией TotipotentRx, образовав новую компанию Cesca Therapeutics (Nasdaq: KOOL)²⁴. В 2017 году Cesca приобрела своего главного конкурента SynGen, также основанного Филиппом Коэльо^21,25. Затем, в ноябре 2019 года, Cesca изменила свое название на Thermogenesis Holdings и изменила свой тикер Nasdaq на THMO²⁶. С ноября 2017 года генеральным директором Thermogenesis является Сяочунь (Крис) Сюй, доктор философии, магистр делового администрирования²⁷. Под руководством доктора Сюй Thermogenesis Holdings связана с несколькими другими компаниями, которые он возглавляет или консультирует, включая китайскую компанию BoyaLife Group, занимающаяся банкированием пуповинной крови и плаценты. Цена акций Thermogenesis Holdings резко упала в период с 2021 по 2023 год. За это время Thermogenesis занялась новыми видами деятельности, разрабатывая устройства для банков иммунных клеток и для автоматизированного производства клеток CAR-T²⁸. Некоторые аналитики полагают, что Thermogenesis Holdings ожидает экономический подъем в 2024 году²⁹.

Устройство Sepax® было разработано швейцарской компанией Biosafe SA³⁰. Хотя их патент был выдан примерно через десять лет после устройства AXP, из отраслевого обзора Parent's Guide to Cord Blood Foundation за 2015 год мы видим, что у Sepax была более эффективная команда по продажам, захватившая заметную долю рынка полуавтоматической технологии обработки пуповинной крови¹⁷. Производитель Sepax Biosafe SA был приобретен GE Healthcare в 2016 году³¹. Затем, в 2020 году, GE выделила свое подразделение по наукам о жизни, продав его Danaher Corporation, которая переименовала GE Healthcare в Cytiva³². Но в конце 2022 года Cytiva приняла «деловое решение» выйти из бизнеса медицинских устройств. Пресс-релиза по этому поводу не было; решение было сообщено по электронной почте отдельным клиентам, у которых были устройства Sepax. Впоследствии в 2023 году произошло слияние Cytiva и Pall Life Sciences, а в 2024 году они выпустили новое медицинское устройство под названием SefiaTM для автоматизированного производства CAR-T^33,34.

Недавние потрясения в обработке пуповинной крови

Решение Cytiva прекратить поддержку медицинского устройства Sepax имело разрушительные последствия для банков пуповинной крови по всему миру. По сути, всем, кто обрабатывал с помощью полуавтоматического устройства Sepax, пришлось перейти на другой метод. Насколько нам известно, подавляющее большинство бывших клиентов Sepax перешли на ручное осаждение с помощью химического гетакрахмала.

Вторым ударом по отрасли пуповинной крови стал всемирный дефицит химического гетакрахмала, который в ближайшее время не будет устранен. Для обработки пуповинной крови требуется лишь небольшое количество гетакрахмала, тогда как основным рынком для этого химического вещества были медицинские приложения. В течение многих лет врачи отделений неотложной помощи делали большие вливания гетакрахмала пациентам, которые находились в состоянии шока от потери крови, в качестве замены переливаниям крови, когда у них не было достаточно времени, чтобы сделать это. Но в течение последнего десятилетия последующие обзоры показали, что у слишком многих из этих пациентов впоследствии развилась почечная недостаточность³⁵. Конечно, руководства по медицинской практике были пересмотрены, и врачи в аккредитованных больницах были обучены не давать гетастарч пациентам, которые были «уязвимы или тяжело больны»³⁶. Каким-то образом этих дополнительных мер безопасности оказалось недостаточно, и четвертый обзор практики, проведенный Европейским агентством по лекарственным средствам (EMA), показал, что врачи по-прежнему чрезмерно назначают гетастарч. В результате EMA полностью запретило гетастарч в феврале 2022 года³⁶. В США FDA по-прежнему разрешает гетастарч, но на вкладыше в упаковке есть предупреждение в черном ящике³⁷. B. Braun Medical, компания, которая производила гетастарч под торговой маркой Hespan, прекратила выпуск продукта в 2022 году, и это вызвало дефицит, который сохраняется и по сей день^38,39.

2024 Автоматизация PrepaCyte®-CB

В 2023 году лаборатории банков пуповинной крови по всему миру получили двойной удар: банки, которые использовали обработку Sepax, были вынуждены изменить свои методы истощения эритроцитов и выделения плазмы, но одновременно возникла нехватка самого популярного реагента для ручного истощения эритроцитов из пуповинной крови. Неудивительно, что многие руководители лабораторий и разработчики устройств в настоящее время серьезно рассматривают альтернативные методы обработки пуповинной крови. Банки пуповинной крови продемонстрировали, что они готовы инвестировать в оборудование для обработки, которое полуавтоматизирует задачи лаборантов. Поэтому Cryo-Cell International попыталась вывести технологию обработки PrepaCyte®-CB на этот сегмент рынка, разработав полуавтоматическую систему для обработки пуповинной крови с PrepaCyte®-CB.

Cryo-Cell International сотрудничает с Macopharma, производителем автоматизированного устройства для разделения крови MacoPress Smarter, для разработки полуавтоматического рабочего процесса для обработки с помощью PrepaCyte®-CB^40-42. Объединяя эти две технологии, теперь автоматизированы два этапа экспрессии клеток. Во-первых, после того, как реагент PrepaCyte®-CB заставляет эритроциты оседать на дно пакета с кровью, плазма и лейкоциты автоматически экспрессируются. Во-вторых, есть цикл центрифуги для отделения плазмы от лейкоцитов, а затем плазма автоматически экспрессируется. Замена ручного труда на автоматизированное разделение компонентов крови позволяет получать более воспроизводимый конечный продукт. Устройство для разделения крови MacoPress Smarter, имеющее разрешение US FDA 510K, интегрируется с обычными пакетами для крови и имеет систему управления данными для обеспечения полной прослеживаемости каждого разделения⁴³.

В Cryo-Cell International внутреннее тестирование полуавтоматической системы, которая объединяет PrepaCyte®-CB с MacoPress Smarter, дало результаты, сопоставимые с ручной обработкой PrepaCyte®-CB, проводимой опытным специалистом. Эти результаты согласуются с показателями снижения количества эритроцитов и сохранением TNC, опубликованными в сторонних сравнениях систем обработки^6,16,44. Cryo-Cell International приглашает заинтересованные банки пуповинной крови связаться с ними для демонстрации этой системы, данных о производительности и запросов на лицензирование.

References

1. Gluckman E, Broxmeyer HE, Auerbach AD, Friedman HS, Douglas GW, Devergie A, ... Boyse EA. Hematopoietic Reconstitution in a Patient with Fanconi's Anemia by Means of Umbilical-Cord Blood from an HLA-Identical Sibling. NEJM 1989; 321(17):1174-1178.
2. Rubinstein P, Rosenfield RE, Adamson JW, Stevens CE. Stored placental blood for unrelated bone marrow reconstitution. Blood. 1993; 81(7):1679–1690.
3. Rubinstein P, Dobrila L, Rosenfield RE, Adamson JW, Migliaccio G, Migliaccio AR, Taylor PE, Stevens CE. Processing and cryopreservation of placental/umbilical cord blood for unrelated bone marrow reconstitution. Proc Natl Acad Sci USA. 1995; 92(22):10119–10122.
4. Scaradavou A. Why red blood cells should be removed before cord blood storage. Parent's Guide to Cord Blood Foundation Newsletter. Published 2014-11
5. Sapkota A. Buffy Coat- Definition, Preparation, Uses. Microbe Notes. Published 2023-08-03
6. Solves P, Planelles D, Mirabet V, Blanquer A, Carbonell-Uberos F. Qualitative and quantitative cell recovery in umbilical cord blood processed by two automated devices in routine cord blood banking: a comparative study. Blood Transfusion. 2013; 11(3):405–411.
7. BioE. BioE Awarded Patent For Cell Separation Compositions Used To Obtain Company's Category Defining Cord Blood Stem Cell. BioProcess Online News. Published 2007-01-16
8. Cryo-Cell International. PrepaCyte®-CB Cord Blood Processing System Procedure Summary. Web Instructions for Use (not product insert). Accessed 2024-06-01
9. Cryo-Cell International. Why the processing method for cord blood matters. Blog. Accessed 2024-06-01
10. Hudspeth D. Evaluation of PrepaCyte®-CB as an alternative to hetastarch methods for processing umbilical cord blood samples. ISCT Telegraft. 2008; 15(4):4-6.
11. Basford C, Forraz N, Habibollah S, Hanger K, & McGuckin C. The cord blood separation league table: a comparison of the major clinical grade harvesting techniques for cord blood stem cells. Intnl J Stem Cells. 2010; 3(1):32–45.
12. Regan D, Wofford J, Fortune K, Henderson C, Akel S. Clinical Evaluation of an Alternative Cord Blood Processing Method. Poster presented at AABB Annual Meeting 2011.
13. Ballen KK, Logan BR, Laughlin MJ, He W, Ambruso DR, Armitage SE, ... Eapen M. Effect of Cord Blood Processing on Transplantation Outcomes after Single Myeloablative Umbilical Cord Blood Transplantation. Biol. Blood Marrow Transpl. 2015; 21(4):688-695.
14. Nikiforow S, Li S, Snow K, Liney D, Kao GSH, Haspel R, ... Ballen KK. Lack of impact of umbilical cord blood unit processing techniques on clinical outcomes in adult double cord blood transplant recipients. Cytotherapy 2017; 19(2):272-284.
15. Nadimpalli S, Buchanan P, Bloomquist J, Ferguson W, Regan D, Freter C, Babic B, Lionberger J. Comparison of Processing Reagents (Hespan and PrepaCyte-CB®) in Preparation of Cord Blood Units at the Saint Louis Cord Blood Bank. Biol. Blood Marrow Transpl. 2017; 23(S3):S174-S175.
16. Babic A, Buchanan P, Gill A, Bloomquist J, Regan D, Bhatla D, Ferguson W. Analysis of outcomes of single-unit cord blood transplantation with umbilical cord blood units processed with two different red blood cell sedimentation reagents. Transfusion. 2021; 61:1856-1866.
17. Verter F, Silva Couto P. Cord Blood Industry Report. Parent's Guide to Cord Blood Foundation Newsletter Published 2015-11
18. Sepax system - the essential choice. Sepax technology brochure. Published 2017
19. Bioprocess Online. BioE Awarded Patent For Cell Separation Compositions Used To Obtain Company's Category Defining Cord Blood Stem Cell. News. Published 2007-01-16
20. MarketScreener. Cryo-Cell International, Inc. completed the acquisition of specified assets of Prepacyte®-CB cord blood business from CytoMedical Design Group LLC for $2.9 million. Press. Published 2015-06-29
21. Philip Coelho. Linked IN profile. Accessed 2024-06-01
22. Dobrila L, Jiang S, Chapman J, Marr D, Kryston K, Rubinstein P. Automated separation of cord blood MNC fraction in a closed system: Thermogenesis AXP™ system. Transplant Cellular Therapy (ASTCT journal). 2006; 12(S2):104.
23. BioSpace. ThermoGenesis Granted Three Additional Patents by the U.S. Patent & Trademark Office. News. Published 2007-03-12
24. Levin J. ThermoGenesis and TotipotentRx Announce Definitive Merger Agreement. Fierce Biotech. Published 2013-07-16
25. BioSpace. Cesca Therapeutics Acquires The Cell Processing Systems Of SynGen Inc. Under Asset Acquisition Agreement. News. Published 2017-07-10
26. Cesca Therapeutics. Cesca Therapeutics To Change Name And Ticker Symbol To Reflect New Strategic Focus. PRNewswire. Published 2019-10-31
27. Simply Wall St. ThermoGenesis Holdings Management. Commentary. Published 2024-02-29
28. Hargreaves B. ThermoGenesis launches automated cell therapy CDMO. BioPharma Reporter. Published 2022-03-31
29. Simply Wall St. Analysts Expect ThermoGenesis Holdings, Inc. (NASDAQ:THMO) To Breakeven Soon. Commentary. Published 2024-02-29
30. Google Patents. Sequential processing of biological fluids. Patent.
31. GE Healthcare. Investing in Cures for Cancer: GE Poised to Lead Industrialization of Cell Therapy Industry with Acquisition of Biosafe Group SA. BusinessWire. Published 2016-07-13
32. Hargreaves B. GE Healthcare Life Sciences completes transition into Cytiva. BioPharma Reporter. Published 2020-04-01
33. Cytiva. Cytiva and Pall Life Sciences complete integration to create a global innovation and solutions leader in biotechnology. News. Published 2023-05-02
34. Cytiva. Deliver what’s next in autologous CAR T manufacturing. Web page. Accessed 2024-06-01
35. Zarychanski R, Abou-Setta AM, Turgeon AF, Houston BL, McIntyre L, Marshall JC, Fergusson DA. Association of hydroxyethyl starch administration with mortality and acute kidney injury in critically ill patients requiring volume resuscitation: a systematic review and meta-analysis. JAMA 2013; 309(7):678-688.
36. European Medicines Agency (EMA). PRAC recommends suspending hydroxyethyl-starch solutions for infusion from the market. News. Published 2022-02-11
37. US Food and Drug Administration (FDA). Hespan package insert. Accessed 2024-06-01
38. US Federal Register. B. Braun Medical, Inc.; Withdrawal of Approval of Abbreviated New Drug Application of Hydroxyethyl Starch. Notice. Effective 2022-10-22
39. American Society Health-System Pharmacists (ASHP). Current Drug Shortages. Hydroxyethyl Starch. Last updated 2024-05-02
40. Johnson P. Evaluation of the MacoPress SMART Blood Component Separator for Volume Reduction of Cord Blood Units in a Multicenter Validation Study. Stem Cells Transl. Med. 2018; 7(S1):S17.
41. Maheux A, Trépanier P, Fournier D, Cloutier M, Ducas E, Boyer L, Jacques A. Validation of the MacoPress SMART for Volume Reduction of Cord Blood Units at Héma‐Québec's Cord Blood Bank. Stem Cells Transl Med. 2019; 8(S1):S30.
42. MacoPress Smarter. Accessed 2024-06-01
43. US Food and Drug Administration (FDA). BK180306 - MacoPress Smart Smarter and DMS Plus. Substantially Equivalent 510(k) Device Information. Last updated 2019-01-31
44. Henderson C, Wofford J, Fortune K, Regan D. Evaluation of Processing Technologies for Umbilical Cord Blood (UCB). Poster presented at ISCT North America Meeting 2010.