Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4038
Main Title: Investigating T-cell interactions towards cultivation requirements
Translated Title: Untersuchung von T-Zellinteraktionen hinsichtlich der Anforderungen an die Kulturbedingungen
Author(s): Hashimdeen, Shaikh Shimaz
Advisor(s): Reinke, Petra
Referee(s): Garbe, Leif-Alexander
Neubauer, Peter
Lauster, Roland
Reinke, Petra
Kurtz, Andreas
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Zur in vitro Kultivierung von Antigen-spezifischen T Lymphozyten, welche erfolgreich in immuntherapeutischen Ansätzen verwendet werden, ist das 24-Loch-Platten Kultivierungssystem weit verbreitet. Allerdings hat dieses System Nachteile bei der „large-scale“ T-Zellgeneration, bezüglich Kreuzkontamination und Sicherheit. Darüber hinaus ist es material- und arbeitsaufwändig und kostenintensiv unter GMP Bedingungen. Letztlich besteht ein höheres Risiko für Fehler bei der Durchführung. Deshalb ist die Entwicklung eines neuen Kultursystems für die T-Zellgeneration im großen Maßstab nötig. Studien zeigen, dass diese T Zellen spezielle Kulturbedingungen benötigen, die Wachstum und Funktionalität gewährleisten, um sie im Anschluss für immuntherapeutische Anwendungen nutzen zu können. Für Reifung und Wachstum sind T Zellen außerdem stark auf Zell-Zellinteraktionen angewiesen. Zusätzlich wurde gezeigt, dass physikalische Kräfte, die während der Kultivierung auf die T Zellen wirken, einen Einfluß auf das Zellwachstum haben. Es ist allerdings nicht bekannt, ob das Kultivierungssystem selbst einen Einfluss auf das T Zellwachstum und die Funktionalität hat. Diese Information ist wichtig für das Design eines neuen Kultivierungssystem, das sich vom routinemäßig verwendeten Standard 24-Loch-Platten System unterscheidet. In diesem Projekt soll die physikalische Interaktion zwischen T Zellen und Kultursystem untersucht werden, mit dem Ziel, ein neues geschlossenes Kultivierungssystem für Antigen-spezifische T Zellen zu entwickeln. Wir untersuchten folgende Faktoren, die eine hohe Wahrscheinlichkeit haben, das T Zellwachstum zu beeinflussen: 1.) Interaktionen von T Zellen abhängig vom Oberflächenmaterial sowie der Kulturkammer, 2.) die Abhängigkeit vom Betrachter, 3.) die Abhängigkeit von der Manipulation während der Inokulation, der Kultivierung und Ernte der T Zellen, sowie 4.) den multifaktoriellen Einflüssen auf das T Zellwachstum. Die Interaktion zwischen T-Zellen und dem Material hat den größten Einfluss auf das T-Zellwachstum, wobei die meisten von uns getesteten Materialien kompatibel waren. Eine Ausnahme stellte Tecoflex dar, welches das schlechteste T-Zellwachstum zeigte. Den nächstgrößten Einfluss hat die Interaktion zwischen T Zellen und Kulturkammer, wobei eine raue Oberflächenstruktur und die Geometrie der Kulturkammer unterstützend auf das T-Zellwachstum zu verschiedenen Zeitpunkten der Kulturperiode wirkt. Das Wachstum wurde von diskontinuierlichen Oberflächen negativ beeinflusst (wie z.B. Fasern), kontinuierliche Oberflächen erwiesen sich als überlegen. Die Beurteilung der Kulturbedingungen durch den Beobachter können das T-Zellwachstum ebenfalls beeinflussen. Durch die Untersuchung des T-Zell-Beobachtereffekts und der Entwicklung eines fixen Weiterkultivierungsplans wurde versucht, diesen Faktor zu minimieren. Besonders in einem geschlossenen System ist die Manipulation der T-Zellen während der Inokulation, Kultur und Ernte von Bedeutung. Hierzu wurde gefunden, dass zur Manipulation und Homogenisierung des Mediums Schütteltische sicher verwendet werden können. Schließlich können die untersuchten Faktoren einen multifaktoriellen Einfluss auf das T-Zellwachstum haben, wie bei den beiden zuletzt untersuchten Bioreaktoren abhängig vom Design des Kultursystems gezeigt wurde. Aus den hier gezeigten Untersuchungen geht hervor, dass das Kultursystem und der Kultivierungsprozess das T-Zellwachstum stark beeinflusst. Die untersuchten Parameter müssen beim Design eines T-Zellkultursystems beachtet werden. Zusätzlich, müssen die multifaktoriellen Einflüsse auf das T-Zellwachstum beachtet werden, die beim Zusammenspiel der unterschiedlichen Faktoren einen anderen Effekt auf das T-Zellwachstum zeigen können (als einzelne Faktoren). Diese Studie zeigte auch, dass es noch viele unbekannte Größen in der T-Zellkultur gibt und dass weiterführende Arbeiten in diesem Feld neue Einflüsse auf T-Zellwachstum in Kultur aufdecken können.
The 24-well plate culture system is widely used to culture antigen specific T-lymphocytes which are in turn used for immunotherapeutic applications with success. However, this system has drawbacks when used for "large-scale" T-cell generation, for example regarding cross-contamination and bio-safety, it is material-and labour-intensive, and costly under GMP conditions and ultimately, there is a higher risk of human error in the implementation. Thus there is a pressing need to develop a new culture system for the large-scale T-cell generation. Studies show that T-cells require special culture conditions that have to be maintained to ensure proper growth and functionality in order for them to be usable in immunotherapeutic applications. They also rely heavily on cell to cell interaction for their maturation and growth. Physical forces applied to T-cells during culture have also been shown to influence T-cell growth but it is still unknown if the culture system itself can influence their growth. This information is important when designing and building a new culture system for T-cells different to the 24-well plate culture system which is now a standard for everyday culture of T-cells. In this project we investigate the physical interactions between T-cells and culture system in the view to develop a new closed culture system to grow antigen specific T lymphocytes. We look at interactions that have the highest probability of influencing T-cell growth and they are as follows: T-cell - material surface interactions, T-cell - culture chamber interactions, T-cell - observer interaction, T-cell manipulation during inoculation, culture and harvesting and finally a study on Multi-factorial influence on T-cell growth. The T-cell - material surface interactions were found to have the strongest influence on T-cell growth while most of the materials we tested were compatible except for Tecoflex which showed the worst growth. The next strongest influence is the T-cell - culture chamber interactions where surface roughness and culture chamber geometry seem to favour T-cell growth during different time points of the culture period. The growth was also affected by non-continuous surfaces (such as electrospun fibres) where continuous surfaces proved to be much superior. Human judgement of the culture conditions can also influence T-cell growth and we tried to minimize this by looking at T-cell - observer interactions and developed a fixed splitting schedule for culturing T-cells. The manipulation of T-cells during the stages of inoculation, culture and harvesting is also important especially in a closed system and we found that mixing tables can be safely used to manipulate and homogenize the medium during these stages. Finally we also found that the factors we investigated can have a multi-factorial influence on T-cell growth depending on the way the culture system is designed as seen in the two bioreactors we compared in our last experiment. It is now clear that both the culture system and culture process strongly influence T-cell growth and the parameters we have investigated need to be followed when designing a culture system for T-cells. Additionally, we need to keep in mind the multi-factorial influence on T-cell growth which can occur when all of the factors are acting together, which might have a different effect on T-cell growth. This study also showed us that there is still a lot we do not know about T-cell culture and further work done in this field might reveal other new influences to T-cell growth during culture.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-50852
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4335
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4038
Exam Date: 7-Feb-2014
Issue Date: 29-Apr-2014
Date Available: 29-Apr-2014
DDC Class: 610 Medizin und Gesundheit
Subject(s): Immuntherapie
T-Lymphozyten
T-Zellinteraktionen
T-Zellgeneration
Immunotherapy
T-lymphocyte
T-cell interactions
EBV virus
T-cell generation
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