Chercheurs de l'Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), L'entreprise de recherche du MIT à Singapour, ont découvert une nouvelle façon de fabriquer des globules rouges humains (GR) qui réduit de moitié le temps de culture par rapport aux méthodes existantes et utilise de nouvelles méthodes de tri et de purification plus rapides, plus précis et moins coûteux.

Les transfusions sanguines sauvent des millions de vies chaque année, mais plus de la moitié des pays du monde n'ont pas suffisamment de sang pour répondre à leurs besoins. La capacité de fabriquer des globules rouges à la demande, notamment le donneur de sang universel (O+), bénéficierait considérablement à ceux qui ont besoin de transfusions pour des affections telles que la leucémie en évitant le besoin de prélèvements sanguins à grand volume et les processus d'isolement cellulaire difficiles.

Une fabrication plus facile et plus rapide des globules rouges aurait également un impact significatif sur les banques de sang du monde entier et réduirait la dépendance vis-à-vis du sang des donneurs, qui présente un risque d'infection plus élevé. Il est également essentiel pour la recherche sur des maladies telles que le paludisme qui touche plus de 220 millions de personnes chaque année, et peut même permettre des thérapies cellulaires nouvelles et améliorées.

Cependant, la fabrication de globules rouges prend du temps, et crée des sous-produits indésirables, les méthodes de purification actuelles étant coûteuses et non optimales pour des applications thérapeutiques à grande échelle. Les chercheurs de SMART ont ainsi conçu un protocole de stockage cryogénique intermédiaire optimisé qui réduit le temps de culture cellulaire à 11 jours après décongélation, éliminant le besoin de fabrication continue de sang de 23 jours. Ceci est aidé par des technologies complémentaires que l'équipe a développées pour des purification des GR à faible coût et tri plus ciblé.

Dans un article intitulé "Microfluidic label-free bioprocessing of human reticulocytes from erythroid culture, " récemment publié dans Laboratoire sur puce , les chercheurs expliquent les énormes progrès techniques qu'ils ont réalisés pour améliorer la fabrication des RBC. L'étude a été menée par des chercheurs de deux des groupes de recherche interdisciplinaires (IRG) de SMART :la résistance aux antimicrobiens (AMR) et l'analyse critique pour la fabrication de médecine personnalisée (CAMP), et codirigé par les chercheurs principaux Jongyoon Han, professeur au MIT, et Peter Preiser, un professeur à NTU. L'équipe comprenait également des professeurs AMR et CAMP IRG nommés à l'Université nationale de Singapour (NUS) et à l'Université technologique de Nanyang (NTU).

"Les méthodes traditionnelles de production de globules rouges humains nécessitent généralement 23 jours pour que les cellules se développent, se développer de façon exponentielle et enfin mûrir en globules rouges, " dit le Dr Kerwin Kwek, auteur principal de l'article et associé postdoctoral principal au SMART CAMP. "Notre protocole optimisé stocke les cellules cultivées dans de l'azote liquide ce qui serait normalement le jour 12 dans le processus typique, et sur demande, décongèle les cellules et produit les globules rouges dans les 11 jours.

Les chercheurs ont également développé de nouvelles méthodes de purification et de tri en modifiant le fractionnement de flux de Dean (DFF) et le déplacement latéral déterministe (DLD) existants; développer une conception à section trapézoïdale et une puce microfluidique pour le tri DFF, et un système de tri unique réalisé avec une structure de pilier en forme de L inversé pour le tri DLD.

Les nouvelles techniques de tri et de purification de SMART utilisant les méthodes DFF et DLD modifiées tirent parti de la taille et de la déformabilité des RBC pour la purification au lieu de la taille sphérique. Comme la plupart des cellules humaines sont déformables, cette technique peut avoir de larges applications biologiques et cliniques telles que le tri et le diagnostic des cellules cancéreuses et des cellules immunitaires.

En testant les globules rouges purifiés, ils se sont avérés conserver leur fonctionnalité cellulaire, comme le démontre l'infectivité élevée du parasite du paludisme qui nécessite des cellules très pures et saines pour l'infection. Cela confirme que les nouvelles technologies de tri et de purification des GR de SMART sont idéales pour étudier la pathologie du paludisme.

Par rapport à la purification cellulaire conventionnelle par tri cellulaire activé par fluorescence (FACS), Les méthodes DFF et DLD améliorées de SMART offrent une pureté comparable tout en traitant au moins deux fois plus de cellules par seconde à moins d'un tiers du coût. Dans les processus de fabrication à grande échelle, DFF est plus optimal pour son débit volumétrique élevé, alors que dans les cas où la pureté cellulaire est cruciale, La fonction de haute précision de DLD est la plus avantageuse.

« Nos nouvelles méthodes de tri et de purification permettent d'accélérer considérablement le temps de traitement des cellules et peuvent être facilement intégrées aux processus de fabrication de cellules actuels. Le processus ne nécessite pas non plus de technicien qualifié pour effectuer les procédures de manipulation des échantillons et est évolutif pour la production industrielle, " poursuit le Dr Kwek.

Les résultats de leurs recherches donneraient aux scientifiques un accès plus rapide aux produits cellulaires finaux qui sont entièrement fonctionnels avec une pureté élevée à un coût de production réduit.