Label-free single-cell imaging for quality control of cardiomyocyte biomanufacturing

用于心肌细胞生物制造质量控制的无标记单细胞成像

基本信息

  • 批准号:
    10675976
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-04-01 至 2027-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY / ABSTRACT The goal of this proposal is to develop label-free microscopy and computational models to predict the efficiency of generation and the quality of cardiomyocytes (CMs) differentiated from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) to improve human cardiovascular health. CMs generated from iPSCs are revolutionizing treatment of heart disease through drug development, disease modeling, cardiac toxicity testing, and regenerative therapy. Since iPSCs can generate autologous or hypoimmunogenic allogeneic, functional CMs, we focus on improving two translational roadblocks facing stem cell manufacturing: predicting the efficiency of iPSC-CM differentiation and assessing the extent of iPSC-CM maturation. Efficient differentiation and maturation are bottlenecks for in vitro and in vivo applications of iPSC-CMs. Single cell heterogeneity within and between batches has impeded the scale-up of CM manufacturing by increasing cost and production times through failed batches. While significant efforts aim to improve iPSC-CMs maturity, compared to adult CMs, iPSC-CMs remain functionally immature, reducing their predictive capacity in vitro and resulting in arrhythmias when used as a cell-based therapy. To realize their research and clinical potential, new single-cell process analytic technologies and models are needed to predict iPSC-CM differentiation efficiency and maturation state. Predictive models provide early identification of failed batches to enable closed loop processes to correct failing batches, resulting in a robust, streamlined process. Current methods to monitor CM biomanufacturing focus on end-stage analytics, are low-throughput, labor-intensive, and destructive. New technologies that can predict differentiation and rapidly identify maturation state at the single cell level are needed to improve iPSC-CM biomanufacturing and advance health care applications of these cells. Changes in cell metabolism provide attractive process analytic assays for iPSC-CM differentiation and maturation. Previous studies, including our own, show that iPSC-CMs undergo dramatic metabolic changes early in differentiation. Given these metabolic changes, we hypothesize that label-free autofluorescence microscopy of metabolic co-enzymes combined with cell morphology can provide real-time early-stage prediction of the efficiency of iPSC-CM differentiation and identify iPSC-CM maturation state during biomanufacturing. Our preliminary data shows that NAD(P)H and FAD fluorescence intensities and lifetimes (optical metabolic imaging, or OMI) can predict on differentiation day 1 the efficiency of iPSC-CM differentiation at day 12, and can monitor changes in CM maturation over 3-months in a touch-free system. Here, we will build and validate this OMI process analytic approach using iPSC-CMs and in vivo benchmarks to create classification models that are robust and developmentally relevant, and seamlessly integrate these tools into the biomanufacturing workflow.
项目概要/摘要 该提案的目标是开发无标记显微镜和计算模型来预测效率 人诱导多能干细胞分化的心肌细胞(CM)的生成和质量 (iPSC)改善人类心血管健康。由 iPSC 产生的 CM 正在彻底改变治疗方法 通过药物开发、疾病建模、心脏毒性测试和再生治疗来治疗心脏病。 由于 iPSC 可以产生自体或低免疫原性同种异体功能性 CM,因此我们专注于改进 干细胞制造面临的两个转化障碍:预测 iPSC-CM 分化的效率 并评估 iPSC-CM 的成熟程度。 高效分化和成熟是 iPSC-CM 体外和体内应用的瓶颈。单身的 批次内和批次间的细胞异质性阻碍了 CM 制造的规模化 失败批次导致的成本和生产时间。虽然我们付出了巨大的努力来提高 iPSC-CM 的成熟度, 与成人 CM 相比,iPSC-CM 的功能仍不成熟,降低了其体外预测能力和 当用作基于细胞的疗法时会导致心律失常。为了实现他们的研究和临床潜力,新 需要单细胞过程分析技术和模型来预测 iPSC-CM 分化效率 和成熟状态。预测模型可以及早识别失败批次,以实现闭环 纠正失败批次的流程,从而形成稳健、简化的流程。当前监测 CM 的方法 生物制造专注于终阶段分析,产量低、劳动密集型且具有破坏性。新的 需要能够在单细胞水平上预测分化并快速识别成熟状态的技术 改善 iPSC-CM 生物制造并推进这些细胞的医疗保健应用。 细胞代谢的变化为 iPSC-CM 分化和 成熟。之前的研究(包括我们自己的研究)表明 iPSC-CM 早期会经历剧烈的代谢变化 在差异化中。鉴于这些代谢变化,我们假设无标记自发荧光显微镜 代谢辅酶与细胞形态相结合可以提供实时的早期预测 iPSC-CM 分化的效率并确定生物制造过程中 iPSC-CM 的成熟状态。我们的 初步数据显示 NAD(P)H 和 FAD 荧光强度和寿命(光学代谢成像, 或 OMI)可以在分化第 1 天预测第 12 天 iPSC-CM 分化的效率,并可以监测 在非接触式系统中 3 个月内 CM 成熟度的变化。在这里,我们将构建并验证此 OMI 使用 iPSC-CM 和体内基准的过程分析方法来创建分类模型 强大且与发展相关,并将这些工具无缝集成到生物制造工作流程中。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Sean P Palecek其他文献

Sean P Palecek的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Sean P Palecek', 18)}}的其他基金

A Multi-Omics Approach to Discover Metabolic Critical Quality Attributes for Cardiomyocyte Biomanufacturing
发现心肌细胞生物制造代谢关键质量属性的多组学方法
  • 批准号:
    10435467
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Mechanisms of Shear Induction of Blood-Brain Barrier Phenotypes in Human iPSC-derived Brain Endothelial Progenitors
人 iPSC 来源的脑内皮祖细胞血脑屏障表型的剪切诱导机制
  • 批准号:
    10328223
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Mechanisms of Shear Induction of Blood-Brain Barrier Phenotypes in Human iPSC-derived Brain Endothelial Progenitors
人 iPSC 来源的脑内皮祖细胞血脑屏障表型的剪切诱导机制
  • 批准号:
    10557176
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
A Multi-Omics Approach to Discover Metabolic Critical Quality Attributes for Cardiomyocyte Biomanufacturing
发现心肌细胞生物制造代谢关键质量属性的多组学方法
  • 批准号:
    10218267
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Prevention of Candida biofilms by localized delivery of aurein analogues
通过局部递送金黄色素类似物预防念珠菌生物膜
  • 批准号:
    9813824
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Prevention of Candida biofilms by localized delivery of aurein analogues
通过局部递送金黄色素类似物预防念珠菌生物膜
  • 批准号:
    9221080
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Shear regulated differentiation of hPSCs to brain endothelial cells
hPSC 向脑内皮细胞的剪切调节分化
  • 批准号:
    8723321
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Shear regulated differentiation of hPSCs to brain endothelial cells
hPSC 向脑内皮细胞的剪切调节分化
  • 批准号:
    8619338
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Prevention of C. Albicans Biofilms by Beta-Peptide Release From Thin Films
通过薄膜释放 β 肽来预防白色念珠菌生物膜
  • 批准号:
    8185634
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Prevention of C. Albicans Biofilms by Beta-Peptide Release From Thin Films
通过薄膜释放 β 肽来预防白色念珠菌生物膜
  • 批准号:
    8681304
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:

相似国自然基金

青少年焦虑的预测和干预:基于跨通道恐惧泛化视角
  • 批准号:
    32300928
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
推拿“舒筋调骨”干预青少年脊柱侧弯“肌肉力学-椎间载荷”平衡机制研究
  • 批准号:
    82374607
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    51 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于数字表型青少年自杀行为转化风险测度及虚拟现实矫正干预研究
  • 批准号:
    72304244
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
视屏活动和CaMKII m6A甲基化修饰影响青少年抑郁症状的纵向研究
  • 批准号:
    82304168
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
青少年创伤后应激与情绪问题:多模态机制与多维干预效果探究
  • 批准号:
    32371139
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Low-input profiling of brain-region and cell-type specific epigenomic dynamics to understand gene-environment interactions in opioid addiction
对大脑区域和细胞类型特异性表观基因组动力学进行低输入分析,以了解阿片类药物成瘾中的基因与环境的相互作用
  • 批准号:
    10605801
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Smartphone-based meditation training to reduce adolescent depression
基于智能手机的冥想训练可减少青少年抑郁
  • 批准号:
    10664427
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Project 4: A Naturalistic Observation of Electronic Cigarettes and Oral Nicotine Pouch Product Use Among Adolescents and Young Adults
项目 4:青少年和年轻人使用电子烟和口服尼古丁袋产品的自然观察
  • 批准号:
    10666070
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
A Tailored mHealth Vaping Prevention Intervention for Adolescents with Congenital Heart Defects
针对先天性心脏病青少年的定制 mHealth 电子烟预防干预措施
  • 批准号:
    10739666
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
Assessment of Achilles Tendon Injury in Adolescents
青少年跟腱损伤的评估
  • 批准号:
    10676623
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 65.08万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了