Umbilical Cord Blood Platelet Rich Plasma derivatives for therapeutic applications and development of clinical trials for treatment of skin and ocular ulcers

Abstract

Entre els avantatges en l'ús de la sang de cordó (CB) com a font de plaquetes i de l'plasma per a la medicina regenerativa es destaquen la disponibilitat, l'ús universal i el material biològic viralment segur, ric en factors regeneratius. Els derivats de l'plasma ric en plaquetes de cordó (CB-PRP) s'han investigat com a possibles agents terapèutics per al tractament de diverses afeccions, entre elles les malalties de la superfície ocular i les úlceres de la pell.

L'objectiu d'aquesta tesi és validar un disseny de bioprocés per a la producció de concentrats de plaquetes derivats de cordó (CBPC) en un banc de cordó públic (mètode BST). El CBPC es va definir com un producte de 10±5mL,1.000±200×10E9plaquetas/L. Un total de 300 unitats de cordó van ser centrifugades en dos passos per concentrar les plaquetes, en condicions per a compliment de GMP. Les CBPC es van activar després de la descongelació amb un 10% de gluconat de calci per generar gels de plaquetes (CBPG) per tractar els pacients amb úlceres de peu diabètic. A més, les característiques moleculars dels factors tròfics i angiogènics de diferents preparats derivats de el CB-PRP (plasma pobre en plaquetes: CB-PPP; lisat de plaquetes: CB-PL i els factors obtinguts a partir d'alliberament de plaquetes activades: CB-PR) es van avaluar per determinar la seva aplicació clínica més apropiada sobre la base dels perfils funcionals i immunomoduladors. Finalment, es va realitzar un estudi de casos en què es van avaluar 46 ulls que no responien als tractaments i que van rebre col·liri al·logènic obtingut de l'lisat de plaquetes de la sang de cordó umbilical (CBED) per tractar lesions greus de la superfície ocular en ús compassiu.

Un total de el 84% de les unitats de CB processades van complir els criteris d'acceptació. Els productes finals contenien 1.017±149×10E9plaquetas/L en 10±3mL. Per a l'avaluació clínica, es va aplicar un total de 21 CBPG en 3 pacients, sense que es reportessin esdeveniments adversos i amb una millora de les úlceres en tots ells. A més, es va investigar la funció immunomoduladora dels derivats de el CB-PRP, per a això es van utilitzar PBMC adultes amb preparats de CB-PRP que van reduir dràsticament l'activació de les cèl·lules NK, NKT i T. Dels tres preparats CB-PRP que es van investigar, CB-PL i CB-PR tenen concentracions més altes de factors tròfics (EGF,bFGF,HGF,TGF-β1) i pro-angiogènics (VEGF,PDGF-AB/BB,MMP-2,9,TIMP1-4), el CB-PPP té la concentració més baixa de tots els analits mesurats. Sobre la base d'aquests resultats, el CB-PR sembla ser el material de partida més adequat per als pegats de les ferides de la pell, mentre que el CB-PL i el PPP podrien utilitzar-se com col·liris per patologies greus de la superfície ocular ( úlceres) i condicions inflamatòries (ull sec sever). A més, avaluem l'aplicació clínica en el tractament compassiu en els grups de pacients amb úlceres corneals que van mostrar una recuperació total (78%) i parcial (19%) de l'úlcera. Un ull (3%) no va respondre a el tractament. Per als grups amb condicions cròniques es va reportar una millora en el 85%, i les lesions van empitjorar amb el tractament en tots dos ulls (15%) d'un pacient. No es van atribuir esdeveniments adversos severs directament a l'CBED.

La producció de CBPC és vàlid i reproduïble. Els derivats de l'CB-PRP són rics en factors tròfics i angiogènics; amb capacitat d'immunosupressió. La disponibilitat immediata de CBPG i CBED va donar lloc a un tractament al·logènic bé-tolerat que va mostrar signes de seguretat i eficàcia en els pacients tractats. Aquests resultats positius donen suport ampliació clínica de CBPG i CBED com nous productes medicinals dels bancs de cordó.

"Entre las ventajas en el uso de la sangre del cordón (CB) como fuente de plaquetas y del plasma para la medicina regenerativa se destacan la disponibilidad, el uso universal, los donantes jóvenes y el material biológico viralmente seguro, rico en factores regenerativos. Los derivados del plasma rico en plaquetas de cordón (CB-PRP) se han investigado como posibles agentes terapéuticos para el tratamiento de diversas afecciones, entre ellas las enfermedades de la superficie ocular y las úlceras de la piel.

El objetivo de esta tesis es validar un diseño de bioproceso para la producción de concentrados de plaquetas derivados de cordón (CBPC) en un banco de cordón público (método BST). El CBPC se definió como un producto de 10±5mL, 1.000±200×10E9plaquetas/L. Un total de 300 unidades de cordón fueron centrifugadas en dos pasos para concentrar las plaquetas, en condiciones para cumplimiento de GMP. Las CBPC se activaron después de la descongelación con un 10% de gluconato de calcio para generar geles de plaquetas (CBPG) para tratar a los pacientes con úlceras de pie diabético. Además, las características moleculares de los factores tróficos, angiogénicos y citoquinas de diferentes preparados derivados del CB-PRP (plasma pobre en plaquetas: CB-PPP; lisado de plaquetas: CB-PL y los factores obtenidos a partir de liberación de plaquetas activadas: CB-PR) se evaluaron para determinar su aplicación clínica más apropiada sobre la base de los perfiles funcionales e inmunomoduladores. Por último, se realizó un estudio de casos en el que se evaluaron 46 ojos que no respondían a los tratamientos convencionales y que requerían intervenciones urgentes, y que recibieron colirio alogénico obtenido del lisado de plaquetas de la sangre del cordón umbilical (CBED) para tratar lesiones graves de la superficie ocular en uso compasivo.

Un total del 84% de las unidades de CB procesadas cumplieron los criterios de aceptación. Los productos finales contenían 1.017±149×10E9plaquetas/L en 10±3mL. Para la evaluación clínica, se aplicó un total de 21 CBPG en 3 pacientes, sin que se reportaran eventos adversos y con una mejoría de las úlceras en todos ellos. Además, se investigó la función inmunomoduladora de los derivados del CB-PRP, para lo cual se utilizaron PBMC adultas con preparados de CB-PRP que redujeron drásticamente la activación de las células NK, NKT y T. De los tres preparados CB-PRP que se investigaron, CB-PL y CB-PR tienen concentraciones más altas de factores tróficos (EGF,bFGF,HGF,TGF-β1) y pro-angiogénicos (VEGF,PDGF-AB/BB,MMP-2,9,TIMP1-4), el CB-PPP tiene la concentración más baja de todos los analitos medidos. Sobre la base de estos resultados, el CB-PR parece ser el material de partida más adecuado para los parches de las heridas de la piel, mientras que el CB-PL y el PPP podrían utilizarse como colirios para patologías graves de la superficie ocular (ulceras) y condiciones inflamatorias (ojo seco severo). Además, evaluamos la aplicación clínica en el tratamiento compasivo en los grupos de pacientes con úlceras corneales que mostraron una recuperación total (78%) y parcial (19%) de la úlcera. Un ojo (3%) no respondió al tratamiento. Para los grupos con condiciones crónicas se reportó una mejoría en 85%, y las lesiones empeoraron con el tratamiento en ambos ojos (15%) de un paciente. No se atribuyeron eventos adversos severos directamente al CBED.

La producción de CBPC es válido y reproducible. Los derivados del CB-PRP son ricos en factores tróficos y angiogénicos; con capacidad de inmunosupresión. La disponibilidad inmediata de CBPG y CBED dio lugar a un tratamiento alogénico bien-tolerado que mostró signos de seguridad y eficacia en los pacientes tratados. Estos resultados positivos respaldan ampliación clínica de CBPG y CBED como nuevos productos medicinales de los bancos de cordón.

There are many advantages to using cord blood (CB) as a source of therapeutic platelet and plasma derivatives for regenerative medicine. These include availability, universal use, young donor source, and virally safe biological material, rich in tissue regenerative factors. CB platelet rich plasma (CB-PRP) derivatives have been investigated as potential therapeutic agents for the treatment of diverse conditions including ocular surface disease and skin ulcers

The aim of this thesis is to validate a bioprocess design for the production of cord blood-derived platelet concentrates (CBPC) in a public CB Bank (BST method). CBPC was defined as a product of 10±5 mL, 1,000±200×10E9/L total platelets, free of erythrocytes and leukocytes. A total of 300 CB units were centrifuged in two steps to enrich for platelets, in compliance with GMP. The samples were tested for the degree of platelet activation present, and the levels of growth factor were analyzed to evaluate their function. CBPC were then activated after thawing with 10% calcium gluconate to generate platelet gels (CBPG) to treat patients with diabetic foot ulcers. Additionally, the molecular characteristics for trophic, angiogenic factors and cytokines of different preparations derived from CB-PRP (platelet poor plasma: CB-PPP; platelet lysate: CB-PL; platelet releasate: CB-PR) were assessed to evaluate their most appropriate clinical application based on functional and immunomodulatory profiles. Finally, a case study evaluating 46 eyes unresponsive to conventional treatments and requiring urgent interventions, who received allogeneic eye drops obtained from CB-PL (CBED) to treat severe ocular surface lesions under compassionate use was performed

A total of 84% of the processed CB units fulfilled the acceptance criteria. Final products contained 1,017±149×10E9 platelets/L in 10±3mL of plasma. Platelet recovery was 50±9%. BST method ensures depletion of white and red blood cells. Platelets showed low levels of activation during processing, but were significantly activated after thawing, further test shows that product are rich in growth factors. For clinical evaluation, a total of 21 CBPG were applied in 3 patients, with no reported adverse events and improvement of ulcers in all of them. Further was investigated the immunomodulatory function of CB-PRP derivatives, for this was used adult PBMCs with CB-PRP preparations that dramatically reduced the activation of NK, NKT and T cells. Of the three preparations CB-PRP that were investigated, CB-PL and CB-PR have higher concentrations of trophic (EGF, bFGF, HGF, TGF-β1) and pro-angiogenic (VEGF, PDGF AB/BB, MMP-2,9, TIMP1-4) factors, CB-PPP has the lowest concentration of all measured analytes. Based on these findings CB-PR seems the most suitable starting material for skin wound patches, while CB-PL and PPP could be used to prepare eye drops for severe corneal pathologies and inflammatory conditions such as ulcers or sever dry eye disease, respectively. Additionally, we evaluated clinical application in compassionate treatment on patients with ocular surface disorders in groups with corneal ulcers (neurotrophic, trauma, burns) which showed full and partial ulcer recovery in 25 (78%) and 6 (19%) eyes respectively. One eye (3%) did not respond to treatment. For groups with chronic conditions (dry eye and oGVHD) improvement was reported in 12 (85%) eyes, and lesions worsened on treatment in both eyes (15%) of one patient. No severe adverse events were directly attributed to CBED

BST method for CBPC production is valid and reproducible, and CB-PRP derivatives are rich in trophic and angiogenic factors; with immunosuppression capacity. Promptly available CBPG and CBED resulted in a well-tolerated allogeneic therapy that showed evidence of safety and efficacy in treated patients. These positive results support final steps of clinical scale-up of both CBPG and CBED as a novel medicinal products of CB Banks.