Метод на основе ИИ с УФ-спектроскопией для быстрой проверки клеточных культур на контаминацию
Исследователи разработали новый метод, позволяющий быстро и автоматически обнаруживать и контролировать микробную контаминацию в продуктах клеточной терапии (ПКТ) на ранних этапах производственного процесса.
Метод основан на измерении поглощения ультрафиолетового (УФ) света жидкостями клеточных культур и использовании машинного обучения для распознавания паттернов поглощения света, связанных с микробной контаминацией. Эта предварительная проверка направлена на сокращение общего времени, необходимого для тестирования на стерильность, и, как следствие, времени ожидания пациентами доз ПКТ. Это особенно важно, когда своевременное введение лечения может спасти жизнь неизлечимо больным пациентам.
Клеточная терапия — перспективное направление в медицине, особенно для лечения таких заболеваний, как рак, воспалительные и хронические дегенеративные расстройства. Однако ключевой проблемой в производстве ПКТ является быстрое и эффективное подтверждение отсутствия контаминации перед введением клеток пациентам.
Существующие методы тестирования на стерильность, основанные на микробиологических подходах, трудоемки и требуют до четырнадцати дней для обнаружения контаминации, что негативно сказывается на критически больных пациентах, нуждающихся в немедленном лечении.
Хотя передовые методы, такие как быстрые микробиологические методы (RMMs), могут сократить период тестирования до семи дней, они по-прежнему требуют сложных процессов (например, экстракции клеток, обогащающих сред) и высококвалифицированного персонала для отбора проб, измерений и анализа.
Это создает острую потребность в новых методах, которые дают быстрые результаты без ущерба для качества ПКТ, соответствуют срокам лечения пациентов и имеют простой рабочий процесс, не требующий дополнительной подготовки.
В статье "Machine learning aided UV absorbance spectroscopy for microbial contamination in cell therapy products", опубликованной в журнале Scientific Reports, исследователи из SMART CAMP описали, как они объединили УФ-абсорбционную спектроскопию для создания метода с использованием машинного обучения для бесметочного, неинвазивного и оперативного обнаружения контаминации клеток на ранних стадиях производства.
Этот метод имеет значительные преимущества перед традиционными тестами на стерильность и RMMs:
- Бесметочный: устраняет необходимость окрашивания клеток для идентификации микроорганизмов.
- Неинвазивный: избегает процесса экстракции клеток.
- Быстрый: выдает результаты менее чем за полчаса.
- Простой: обеспечивает интуитивную быструю оценку "да/нет" на контаминацию, облегчая автоматизацию отбора проб, не требует дополнительного инкубационного периода, обогащающих сред и большого количества ручного труда.
- Экономичный: не требует специализированного оборудования.
"Этот быстрый бесметочный метод задуман как предварительный этап в процессе производства ПКТ для непрерывного контроля безопасности. Он позволяет пользователям обнаруживать контаминацию на ранней стадии и своевременно принимать корректирующие меры, включая использование RMMs только при обнаружении возможной контаминации. Такой подход экономит затраты, оптимизирует распределение ресурсов и, в конечном итоге, ускоряет общие сроки производства", — сказала Шрути Панди Челвам, старший инженер-исследователь SMART CAMP и первый автор статьи.
"Традиционно производство клеточной терапии трудоемко и подвержено вариативности оператора. Внедряя автоматизацию и машинное обучение, мы надеемся оптимизировать производство и снизить риск контаминации. Наш метод поддерживает автоматический отбор проб культур в заданные интервалы для проверки на контаминацию, что сокращает ручные задачи, такие как отбор проб, измерение и анализ. Это позволяет непрерывно контролировать клеточные культуры и обнаруживать контаминацию на ранних стадиях", — сказал профессор Раджив Рам, главный исследователь SMART CAMP, профессор MIT и автор-корреспондент статьи.
В будущем исследования будут сосредоточены на расширении применения метода для более широкого спектра микробных контаминантов, особенно характерных для сред Надлежащей производственной практики (cGMP) и ранее выявленных в ПКТ. Также будет проверяться надежность модели на других типах клеток, помимо мезенхимальных стромальных клеток (MSCs).
Помимо производства клеточной терапии, этот метод может применяться в пищевой и beverage-промышленности как часть микробиологического контроля качества для обеспечения соответствия продуктов стандартам безопасности.
Работа выполнена исследователями из Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) — междисциплинарной исследовательской группы Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) — в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), A*STAR Skin Research Labs (A*SRL) и Национальным университетом Сингапура (NUS).