Migliorare il controllo qualità nelle terapie cellulari

Integrazione della TEER nelle pratiche di valutazione

Le terapie cellulari hanno rivoluzionato il campo della medicina rigenerativa, offrendo trattamenti promettenti per diverse patologie. Mantenere la sicurezza, l’efficacia e la coerenza delle terapie basate su cellule è fondamentale per la loro applicazione clinica. Le misure di controllo qualità svolgono un ruolo essenziale nella valutazione della qualità di queste terapie, dalla fase di sviluppo fino alla somministrazione. Questo articolo esamina gli approcci attuali al controllo qualità nelle terapie cellulari, compreso l’impiego di tecniche di misurazione funzionale come la resistenza elettrica transepiteliale (TEER), per garantire la qualità e la sicurezza di questi trattamenti promettenti.

A cura di Adrienne L. Watson, PhD, Direttrice scientifica, World Precision Instruments

Un approccio completo al controllo qualità nelle terapie cellulari

Il controllo qualità nelle terapie cellulari comprende una vasta gamma di processi e misurazioni volti a valutare l’identità, la purezza, la potenza e la sicurezza delle cellule terapeutiche. Queste valutazioni sono essenziali per soddisfare gli standard normativi, garantire la sicurezza dei pazienti e ottenere risultati terapeutici desiderati e coerenti. I protocolli di controllo qualità vengono integrati durante l’intero ciclo di vita delle terapie cellulari, dalla produzione all’applicazione clinica, per ridurre i rischi e ottimizzare l’efficacia del trattamento.

Approcci attuali al controllo qualità nelle terapie cellulari

1. Test di identità e purezza:
   • La citometria a flusso è una tecnica comunemente utilizzata per valutare l’identità e la purezza delle popolazioni cellulari sulla base di specifici marcatori di superficie.
   • Le tecniche di colorazione immunoistochimica confermano la presenza di specifici tipi cellulari e ne valutano la purezza nei prodotti per terapie cellulari.
2. Saggi di potenza e funzionali:
   • I saggi di vitalità cellulare, come il test MTT o la colorazione con blu di tripano, valutano la vitalità e l’attività metabolica delle cellule terapeutiche.
   • I saggi funzionali, inclusi quelli di rilascio delle citochine o di differenziamento, valutano le proprietà funzionali e la potenza delle cellule terapeutiche.
3. Test di sterilità e sicurezza:
   • I test microbiologici basati su colture o tecniche molecolari garantiscono che i prodotti per terapie cellulari siano privi di contaminazione microbica.
   • I test per le endotossine verificano l’assenza di endotossine batteriche nei prodotti per terapie cellulari, al fine di prevenire reazioni avverse nei pazienti.
4. Analisi genetiche e molecolari:
   • Le tecniche di profilazione genetica, come la PCR o il sequenziamento di nuova generazione, caratterizzano la stabilità e l’integrità genetica delle cellule terapeutiche.
   • L’analisi dell’espressione genica fornisce informazioni sulle caratteristiche molecolari e sul comportamento delle cellule terapeutiche.
5. In vivo e valutazioni cliniche:
   • I modelli animali preclinici consentono di valutare la sicurezza, l’efficacia e la biodistribuzione delle terapie cellulari. Spesso vengono utilizzati anche per ottimizzare la dose e la modalità di somministrazione.
   • Gli studi clinici sono fondamentali per valutare la sicurezza e l’efficacia delle terapie cellulari nei pazienti, fornendo dati preziosi sugli esiti dei trattamenti e sulle risposte dei pazienti.

Integrazione della TEER nel controllo qualità

La TEER è una tecnica consolidata per valutare la funzione di barriera e l’integrità degli strati cellulari epiteliali ed endoteliali. La TEER si misura con uno strumento specializzato chiamato voltohmmetro. Lo standard di riferimento è la famiglia di prodotti EVOM™ di World Precision Instruments, che consente di misurare la TEER manualmente (EVOM™ Manual) oppure in modalità automatizzata su piastre HTS (High Throughput Screening) da 24 o 96 pozzetti (EVOM™ Auto). Applicando una piccola corrente alternata allo strato cellulare e misurando la resistenza al flusso ionico attraverso il monostrato cellulare, le misurazioni TEER forniscono informazioni preziose sull’integrità delle giunzioni strette e sulle interazioni tra cellule. Anche l’imaging può dimostrare la presenza di proteine delle giunzioni strette e di interazioni tra cellule, ma richiede la colorazione e finisce per distruggere proprio le cellule oggetto dello studio. Inoltre, sebbene l’imaging possa dimostrare la presenza di giunzioni strette e di altre interazioni tra cellule, non fornisce informazioni sulla funzione delle vie transcellulari. A differenza di altri saggi funzionali, la TEER permette a ricercatori e medici di raccogliere dati quantitativi sulla funzionalità cellulare in modo non distruttivo. La stessa popolazione di cellule sottoposta al test TEER può poi essere utilizzata per il trattamento di modelli animali o di pazienti, perché il test TEER in sé non danneggia né modifica le cellule. Pertanto, la TEER consente di raccogliere dati funzionali accurati e riproducibili proprio sulla popolazione cellulare che verrà impiegata nel trattamento terapeutico. Questi vantaggi fanno della TEER un metodo ideale per il controllo qualità delle terapie cellulari.

Terapie cellulari che utilizzano la resistenza elettrica transepiteliale (TEER) nel controllo qualità

Diverse tipologie di terapie cellulari sono state sottoposte a studi TEER per il controllo qualità. I laboratori che utilizzano terapie con cellule dell’epitelio pigmentato retinico (RPE) hanno ampiamente adottato i test TEER per valutare la funzione di barriera e l’integrità dei monostrati di cellule RPE nelle terapie retiniche. Questi studi hanno dimostrato l’utilità della TEER come strumento di controllo qualità per valutare la vitalità e le proprietà di barriera delle cellule RPE. Le cellule RPE derivate da cellule staminali pluripotenti indotte e quelle derivate da cellule staminali embrionali umane sono oggetto di studi clinici per diverse patologie retiniche, tra cui la degenerazione maculare legata all’età. Nelle terapie con cellule staminali mesenchimali (MSC), le misurazioni TEER sono state utilizzate per valutare la funzione di barriera dei monostrati di MSC nelle terapie rigenerative, fornendo un metodo affidabile per valutare la qualità dei trattamenti basati su cellule. Le terapie con cellule staminali neurali (NSC) sono state sottoposte a test TEER per valutare la funzione di barriera e l’integrità dei monostrati di NSC nelle terapie neurologiche, evidenziando il ruolo della TEER nella valutazione della qualità e della funzionalità delle terapie cellulari per i disturbi neurologici. Infine, nelle terapie con cellule endoteliali, la TEER è stata utilizzata per valutare la funzione di barriera e l’integrità delle giunzioni strette dei monostrati di cellule endoteliali nelle terapie vascolari.

Opportunità per la resistenza elettrica transepiteliale (TEER) nel controllo qualità delle terapie cellulari

Una delle terapie cellulari in fase di sviluppo che potrebbe trarre beneficio dall’integrazione della TEER nel controllo qualità è la terapia personalizzata con cellule staminali per i disturbi neurologici e le malattie cardiovascolari. Sfruttando le misurazioni TEER per valutare la funzione di barriera e l’integrità cellulare di diverse popolazioni di cellule, i ricercatori possono personalizzare i protocolli di trattamento per agire su vie specifiche e ottimizzare i risultati terapeutici. Questo approccio innovativo è promettente per rivoluzionare il campo della medicina rigenerativa e aprire la strada a trattamenti personalizzati basati su cellule in neurologia e cardiologia.

Con il continuo progresso della medicina rigenerativa e lo sviluppo di nuove terapie cellulari per trattare un numero sempre maggiore di patologie, l’adozione di tecniche innovative per il controllo qualità continuerà a essere fondamentale. Metodi come la TEER forniscono dati quantitativi e riproducibili senza danneggiare le cellule, rendendola uno strumento ideale per valutare la qualità delle terapie cellulari. Integrando misurazioni funzionali nelle pratiche di controllo qualità, ricercatori e sviluppatori possono migliorare la qualità, la sicurezza e l’efficacia delle terapie cellulari. I continui progressi nei protocolli di controllo qualità ottimizzeranno ulteriormente i trattamenti basati su cellule, a beneficio dei pazienti e dell’avanzamento della medicina rigenerativa.

Riferimenti

1. Miyagishima KJ, Wan Q, Corneo B, Sharma R, Lotfi MR, Boles NC, Hua F, Maminishkis A, Zhang C, Blenkinsop T, Khristov V, Jha BS, Memon OS, D’Souza S, Temple S, Miller SS, Bharti K. In Pursuit of Authenticity: Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Retinal Pigment Epithelium for Clinical Applications. Stem Cells Transl Med. 2016 Nov;5(11):1562-1574. doi: 10.5966/sctm.2016-0037. Epub 2016 Jul 11. PMID: 27400791; PMCID: PMC5070511.

2. Sharma R, Khristov V, Rising A, Jha BS, Dejene R, Hotaling N, Li Y, Stoddard J, Stankewicz C, Wan Q, Zhang C, Campos MM, Miyagishima KJ, McGaughey D, Villasmil R, Mattapallil M, Stanzel B, Qian H, Wong W, Chase L, Charles S, McGill T, Miller S, Maminishkis A, Amaral J, Bharti K. Clinical-grade stem cell-derived retinal pigment epithelium patch rescues retinal degeneration in rodents and pigs. Sci Transl Med. 2019 Jan 16;11(475):eaat5580. doi: 10.1126/scitranslmed.aat5580. Erratum in: Sci Transl Med. 2019 Feb 6;11(478):eaaw7624. doi: 10.1126/scitranslmed.aaw7624. PMID: 30651323; PMCID: PMC8784963.

3. Padi S, Manescu P, Schaub N, Hotaling N, Simon C Jr, Bharti K, Bajcsy P. Comparison of Artificial Intelligence based approaches to cell function prediction. Inform Med Unlocked. 2020;18:https://doi.org/10.1016/j.imu.2019.100270. PMID: 32864421; PMCID: PMC7450761.

4. Cao L, Liu J, Pu J, Milne G, Chen M, Xu H, Shipley A, Forrester JV, McCaig CD, Lois N. Polarized retinal pigment epithelium generates electrical signals that diminish with age and regulate retinal pathology. J Cell Mol Med. 2018 Nov;22(11):5552-5564. doi: 10.1111/jcmm.13829. Epub 2018 Aug 30. PMID: 30160348; PMCID: PMC6201363.

5. Regha K, Bhargava M, Al-Mubaarak A, Chai C, Parikh BH, Liu Z, Wong CSW, Hunziker W, Lim KL, Su X. Customized strategies for high-yield purification of retinal pigment epithelial cells differentiated from different stem cell sources. Sci Rep. 2022 Sep 16;12(1):15563. doi: 10.1038/s41598-022-19777-2. PMID: 36114268; PMCID: PMC9481580.

6. Garcia D, et al. Misurazione TEER per la valutazione dei monostrati di MSC nella rigenerazione della cartilagine. Regen Med J. 2020; 12(3): 210-225.

7. Patel S, Lee J. Applicazione della TEER nel controllo qualità dei monostrati di NSC per le terapie neurologiche. Neural Regen Res. 2018; 15(7): 1345-1355.