Trends and targets of various types of stem cell derived transfusable RBC substitution therapy: Obstacles that need to be converted to opportunity

Abstract

A shortage of blood during the pandemic outbreak of COVID-19 is a typical example in which the maintenance of a safe and adequate blood supply becomes difficult and highly demanding. So far, human RBCs have been produced in vitro using diverse sources: hematopoietic stem cells (SCs), embryonic SCs and induced pluripotent SCs. The existing, even safest core of conventional cellular bioproducts destined for transfusion have some shortcoming in respects to: donor –dependency variability in terms of hematological /immunological and process/ storage period issues. SCs–derived transfusable RBC bioproducts, as one blood group type for all, were highly complex to work out. Moreover, the strategies for their successful production are often dependent upon the right selection of starting source materials and the composition and the stability of the right expansion media and the strict compliance to GMP regulatory processes. In this mini-review we highlight some model studies, which showed that the efficiency and the functionality of RBCs that could be produced by the various types of SCs, in relation to the in-vitro culture procedures are such that they may, potentially, be used at an industrial level. However, all cultured products do not have an unlimited life due to the critical metabolic pathways or the metabolites produced. New bioreactors are needed to remove these shortcomings and the development of a new mouse model is required. Modern clinical trials based on the employment of regenerative medicine approaches in combination with novel large-scale bioengineering tools, could overcome the current obstacles in artificial RBC substitution, possibly allowing an efficient RBC industrial production.

Mesenchymal stem cell transfusion: Possible beneficial effects in COVID-19 patients

“…It is difficult to maintain adequate blood supply during the pandemic. Recently, human red blood cells have been produced in vitro using hematopoietic stem cells, embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells [ 52 ]. There have been no licensed cell-based therapeutic interventions for COVID-19, according to the International Society for Stem Cell Research (ISSCR).…”

Blood Pharming – eine realistische Option?

“…Die in vitro hergestellten Erythrozyten ähneln größtenteils unter Stressbedingungen erzeugten nativen Erythrozyten, da sie leicht makrozytisch sind und größere Mengen an HbF exprimieren, wodurch deutlich die Sauerstoffdissoziationskurve beeinflusst wird. Da Patienten mit erblicher Persistenz von fötalem Hb asymptomatisch sind und darüber hinaus eine Erhöhung der HbF-Expression das Ziel gezielter Therapien bei Patienten mit Hämoglobinopathien wie der SCD ist, scheint die Transfusion von HbF-haltigen Erythrozyten jedoch nicht kontraindiziert zu sein [37,38]. Im Gegensatz zur Hämoglobinexpression zeigen die Stoffwechselwege und das Proteom der in vitro produzierten RBCs einen hohen Grad an Ähnlichkeit mit den nativen RBCs [37].…”

“…Da Patienten mit erblicher Persistenz von fötalem Hb asymptomatisch sind und darüber hinaus eine Erhöhung der HbF-Expression das Ziel gezielter Therapien bei Patienten mit Hämoglobinopathien wie der SCD ist, scheint die Transfusion von HbF-haltigen Erythrozyten jedoch nicht kontraindiziert zu sein [37,38]. Im Gegensatz zur Hämoglobinexpression zeigen die Stoffwechselwege und das Proteom der in vitro produzierten RBCs einen hohen Grad an Ähnlichkeit mit den nativen RBCs [37].…”

“…Ihre Hauptbeschränkung ist die Chargenproduktion und die Spenderabhän-gigkeit. Zudem stellen auch die geringe Anzahl zirkulierender HSCs (ohne G-CSF-Mobilisierung) und ihr geringeres Expansionspotenzial Einschränkungen für die routinemäßige klinische Anpassung dar [37].…”

“…Eine [24]. In vitro hergestellte Erythrozyten von ausgewählten Spendern werden derzeit bereits zur Identifizierung von Antikörpern bei alloimmunisierten Patienten und als Vehikel für die Arzneimittelabgabe eingesetzt [37]. Für den Einsatz Ex-vivo-erzeugter Erythrozyten in der Transfusion müssen die Verfahren und Protokolle zur Herstellung jedoch noch weiter optimiert werden.…”