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第三节 脐带间充质干细胞库的设计与建造
这里所指的UCMSC库是专门收集、储存临床级UCMSC产品并提供临床、教学和科研使用的细胞储存库。UCMSC库是其产业链中的重点产业之一,它是UCMSC产品集散地,也是目前UCMSC产业的主体。UCMSC库的总体设计包括细胞制备实验室、细胞质量检测实验室、细胞储存库和信息管理系统。细胞制备和质量监测实验室相当于药品生产车间和质量鉴定室,而UCMSC库相当于药品的成品储存库。由于UCMSC是一种活细胞产品,与传统药品的显著差异在于UCMSC产品必须具有完整的细胞结构和生物学功能,在制备和储存过程中的所有条件和技术操作都必须考虑如何保持细胞结构的完整性和生物学活性,一些细微的条件和技术操作改变均可能显著影响UCMSC的质量。UCMSC的长期储存需要用含有特殊保护剂的溶媒稀释,必须置于-196℃条件下,因此需要建造符合储存条件的UCMSC储存库。在通常情况下,为便于管理和减少中间环节,UCMSC储存与制备、质量检测实验室等一体化设计和建设,按不同的功能区划分区域。细胞质量检测实验室已在UCMSC制备实验室的设计与建造中阐述,这里重点叙述UCMSC储存库的建设与管理。
一、UCMSC储存库的场地选择与设计
UCSM储存库的设计与建设缺乏专门的技术规范和要求,只能根据UCMSC的储存特点和要求,参照生物样本库的要求进行设计和补充,其原则是美观大方、工作方便、便于升级、持久耐用、快速检修和安全性好。UCMSC的储存库可分为种子细胞库和临床制剂库两种。种子细胞库主要储存UCSMC制备过程中的中间产品,即体外分离、扩增获得的原代或传代UCSMC,一般是传代在3代以内的细胞。UCMSC种子细胞库的功能是储存经检测符合UCMSC特性的合格细胞,为UCMSC临床制剂的制备提供种子,通常设计、建造于UCMSC制备实验室内或相邻的地方,种子细胞可在体外继续传代扩增之后用于UCMSC制剂的规模化生产。UCMSC成品库主要是指收集、储存、提供UCMSC成品的机构,相当于UCMSC制剂库或“细胞药房”,主要是收集、储存UCMSC制剂并直接面向用户(科研、临床)提供使用。两种UCMSC储存库的房屋建设可以根据储存规模和发展需要单独设计建设,建成单独的UCMSC储存库,也可与制备、鉴定实验室一起,按流程同步一体化设计、建设,即把UCMSC储存库与制备实验室设计建造于同一楼房内,作为整体设计的一个功能区。随着UCMSC技术的发展和临床推广应用,可能在一个城市或地区建立独立的UCSMC储存库,专职储存UCMSC产品,主要承担向附近或周边的医疗机构提供临床UCMSC制剂的任务,也可能在一些大型综合医疗机构或细胞治疗专科医院内建立一个“UCMSC细胞药房”,专门用于收集、储存UCMSC临床制剂并提供院内临床使用。UCMSC储存库的房屋建设选址与UCMSC制备实验室的要求一致,应符合UCMSC长期低温保存的要求,参照医药工业洁净厂房位置的选择要求进行选址,应选择建造于自然环境好远离污染源、大气含尘低、无有害气体的区域,同时要避开人员嘈杂的地方,远离铁路、码头、机场、交通要道以及散发有害气体发工厂、堆场等严重空气污染、震动或噪声干预的区域。UCMSC储存库的面积大小主要根据储存规模、低温储存容器的种类、容量和放置密度决定。UCMSC储存库的设计遵循生物样本库建设要求实施,主要遵循内容包括:①实验室生物安全通用要求(GBI 9489—2008);②消防安全:配置消防给水系统和无水阻燃剂灭火器;③供电保障:按供电保障设计规范(GB 50052—2009),配备双路供电及应急备用电源;④空间要求:通风良好,足够空间放置设备、满足人员操作和应急处置;⑤室温、空气:根据室内空气质量标准(GB/T 18883—2002)要求设计,温度控制在16~28℃水平;⑥室内消毒:安装配置紫外消毒系统,定期对UCMSC库区进行消毒处理。房屋设计还应考虑的因素包括:①通风条件:通风良好,便于散热和排风,因为液氮在高温条件下体积会迅速膨胀,压力增大导致容器破裂或爆炸。②地面承重能力:储存细胞量越多,要求储存容器越大,储存器的数量越多,由于需要在液态氮中保存,需要添加大量液氮并定期补充,再加上液氮容器的重量,地面需要长期承受一定重量。液氮的沸点为-196.56℃,密度为0.808kg/L,根据液氮储存系统配置数量和UCMSC储存规模,可计算出地面需要承担的重量并留有余地。③方便使用:便于放置、识别和取出细胞,方便定期补充液氮。④留有一定的周围空间:液氮储存系统放置密度不宜过高,长期静置的容器应加固,避免震动,周围留出人行通道,以便人员操作和参观等。⑤符合UCMSC库的功能要求:体现标准化、专业化、信息化、特色化和价值化,相对独立和封闭,抗震、坚固。
二、脐带间充质干细胞储存库的设施、设备条件
UCMSC储存库是指专门用于低温长期储存制备完成并经检验合格的UCMSC种子细胞或临床制剂的场所。因为需要长期保存的UCSMC处于密闭的容器之中,保存过程中处于超低温(-196℃)状态,因此对于UCMSC储存库环境没有洁净度的要求,可以放置于空气净化的洁净环境条件下,也可放置于普通环境之中,但从大规模收储和长期保存的要求看,UCMSC的环境的最低标准应符合生物样本库的要求,UCMSC库的面积应根据储存规模确定,预留有足够的活动空间,设施要齐全,应长期保持干净、整洁,通风良好,室内温度维持在一定范围内。UCMSC储存库通常由基础设施、冻存设备、冻存消耗材料、编码及读码设备、监控系统、管理系统、消毒系统和人员配置组成,要有合理的构架及流程可以保证UCMSC库运行安全、准确、便捷。
(一)基础设施
1.UCMSC储存库面积
主要根据储存规模、UCMSC包装和冻存设备大小计算,储存种子细胞的包装通常用2ml的冻存管分装,临床用UCMSC制剂一般用50~100ml的冻存袋分装。冻存设备有液氮罐和液氮储存箱,容量和体积大小不一。一台美国MVE公司生产的容量为500L的Thermo Fisher储存系统,可储存50ml血袋2000个或者2ml冻存管26 400个;一个LABS序列的400L液氮罐可储存50ml血袋900个或者2ml冻存管19 500个。据此推算,一个100m 2的房间可放置20个(台)以上液氮容器,一个400m 2的UCMSC库可放置液氮容器至少80~199个(台)。建立一个400m 2的UCMSC库可储存2ml冻存管200万个左右,50ml血袋10~20万袋。以储存UCMSC种子细胞为主的UCMSC库一般有200m 2的面积可以满足需要,如果是种子细胞与UCMSC制剂共用,或储存UCMSC制剂库建议面积在400m 2左右。UCMSC库的层高应在3.2m以上,最好建成独立的单层结构。
2.UCMSC储存库装饰
考虑地面承载重量和方便添加液氮及收发UCMSC等因素,UCMSC储存库应建在地面一层,地面应抗压、耐磨,最好铺设花岗岩或水磨石,四个侧面、进出门和屋顶按GMP实验室标准用彩钢板装饰,安装室内控温、控湿空调,可不安装空气净化系统,但应安装紫外消毒灯,定期进行环境消毒。水、电、消防系统按生物样本库要求铺设和配置。四周预留1~1.5m的人行通道,分隔预存室和值班、办公室。预存室主要用于备用、临时存放收发UCMSC样本。
3.智慧细胞库管理系统
基于互联网技术发展起来的物联网管理系统将摄像视屏、图像、电子标签、射频识别(FRID)、定位系统、传感器、数控系统、激光扫描、通信、报警等智能系统串联起来,开发出了各种用于实验室、仓储、物流、生产车间,甚至是城市和地区管理的物联网技术,建立了智慧实验室、智慧制药厂和智慧城市。智慧细胞库管理系统是基于物联网技术,结合细胞库管理要求开发出来的现代化管理系统。安装物联网细胞库管理系统可以使细胞库内的所有设备、器材、细胞、安全设施、维护、温度、湿度、数据、人员等信息关联在一起,工作人员和管理人员可利用自己的权限对细胞进行动态采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,可以提供安全可靠(隐私保护)及个性化的时时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、进程控制、远程维保、统计分析、决策支持、领导桌面、在线升级等管理和服务功能,实现对UCMSC细胞库内的所有人、物和数据信息的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化服务。智慧管理是UCMSC库发展的必然趋势,也是安全、高效、精准管理的必备措施,尤其对长期保存UCMSC质量与安全控制极为重要。
(二)UCMSC库的冻存设备及安装使用
UCMSC储存库的主体设备是液氮冻存系统,一般由独立的储存罐或储存箱组成,由液氮输送管通过电磁阀门与每个液氮保存罐(箱)连接,通过控制电磁阀的开启或关闭进行液氮的输送与添加,以保证容器内的安全液面高度,从而使UCMSC处于安全温度的保存环境之下。在这一系统之下,UCMSC的安全保障主要来自液氮容器、控制阀门和智能控制系统的功能和可靠性。UCMSC储存库选用的液氮储存罐(箱)应配备有液面和温度检测、记录、显示、控制、报警功能的智能装置,还应将智能系统接入物联网,以便动态监控和管理。用于UCMSC长期静态储存的容器选择容量一般应大于400L,选用液氮储存罐还是液氮储存箱没有统一的要求和标准,可根据实际情况确定,国内大多使用液氮储存罐。国产液氮储存罐具有价格便宜的特点,但质量保证和智能监测系统容易出问题。进口液氮储存罐价格昂贵,质量有保证,但维修极不方便。建议选用液氮储存罐时,在国内获得认证的品牌中选择,因为维修方便,配套设备齐全,售后服务方便。选用液氮储存箱时最好选用进口产品,因为这类产品国内生产较少,配套工具不全,维修保养困难。
UCMSC储存库内的液氮储存容器应以正方形或长方形阵列排布,液氮罐(箱)的前后左右间隔应在30cm以上,以便于人工操作,也可以前后间隔大一些,左右小一些,原则是要有足够的间隔满足存取UCMSC和检查、维护等操作要求。UCMSC库中的液氮罐(箱)长期处于静置状态,位置相对固定,为防止位置移动或倾斜,建议单独或联排设计、安装固定装置,但该装置应容易拆卸,以便于更换或维修。新购液氮容器在运输过程中应直立,不能横放和倒置,安装前要认真检查裂缝、蚀斑及密闭性能等。液氮容器不能完全封闭,又不能缝隙过大,应留有自然罐口缝隙。液氮容器只能灌注液氮,不能加水或其他液体,启用前应加少量液氮冷却处理,避免未经预冷而大量灌注液氮,引起膨胀导致罐内压力过大而爆裂。液氮灌分储存罐和运输罐两种,UCMSC库应选用储存罐。首次或定期填充液不宜过满,液面之上应留有1/3左右高度的空间,填充至总体积的2/3即可。
关于液氮储存箱,因为要保证UCMSC长期处于绝对低温状态,要求绝热性能特别好,一般采用具有真空的夹层结构,为避免箱内压力过高,要有压力缓释口,为便于定期补充液氮,还必须有液氮补充口。
在UCMSC旁应安装一定容量的液氮塔,目的是为液氮容器预存液氮和定期添加UCMSC库液氮容器所需的液氮,液氮塔要有一定的增压功能,使塔内液氮能够在一定压力下通过管道输送到液氮容器内。为达到增压目的,一般将液氮塔置于高于液氮容器的台面或塔架上。液氮塔出口处的压力较大,要有较强的安全保障措施。液氮塔还要有良好的保温功能,尽量使预存液氮的自然蒸发损失降低到最低程度。液氮输送管道的功能是将液氮塔中的液氮输送到液氮容器中,同样应具有良好的保温功能,一般采用不锈钢真空管道,因为需要有防腐蚀功能。
在UCMSC库中还应设置一个预存室,室内配置常规细胞冻存程序降温系统、运输罐、超低温冰箱,功能是为临床存取UCMSC周转用。