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利用新工具优化CHO细胞系,制造生物制剂药物

来源:生物谷 2017-04-17 09:54

2017年4月17日/生物谷BIOON/---中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)经常被用来制造生物制剂,即基于蛋白的药物,可用来治疗癌症、自身免疫疾病以及很多其他的疾病。如今,市场上一半以上最为畅销的生物制剂是由CHO细胞产生的。举几个例子来说,阿达木单抗(Humira)、贝伐单抗(Avastin)和利妥昔单抗(Rituxan)。

尽管得到广泛的使用,研究人员面临的挑战是对利用CHO细胞产生生物制剂进行优化。比如,CHO细胞的蛋白产量有时是较低的,这一因素导致这些药物具有比较高的成本。

来自美国加州大学圣地亚哥分校CHO系统生物学中心(以下简称CHO中心)的研究人员开创性地付出各种努力以便更加深入地理解CHO细胞和推进细胞工程研究。CHO中心研究人员与来自加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院、加州大学圣地亚哥分校医学院和桑福德-伯纳姆-普利贝斯医学探索研究所(Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute)的研究人员组建成一个跨学科小组。

提高产品产量

在去年发表在Cell Systems期刊上的一篇论文中,CHO中心研究人员与全世界的几个团队合作开发出一种综合的全基因组水平的CHO细胞代谢模型,并且鉴定出让蛋白产生最大化的特定途径。这个项目是由CHO中心联合主任、加州大学圣地亚哥分校儿科教授Nathan Lewis领导的。
研究人员利用这种模型预测当遭受行业上经常用来增加蛋白产生的两种处理方法时,CHO细胞实际上能够产生多少数量的蛋白。一种处理方法涉及降低培养温度,另一种处理方法涉及往培养基中加入丁酸钠。

这种模型预测这些处理方法差强人心地增加蛋白产生,但这是以牺牲细胞生长为代价的。Lewis说,“这种权衡是非常不高效的”,这是因为细胞生长下降仅换来蛋白产量少量增加。

研究人员利用这种模型模拟CHO细胞发生的其他变化。特别地,他们研究了基因变化提高CHO细胞中的分泌途径流动的效率,这种分泌途径会产生治疗性蛋白,并将这些蛋白释放到细胞外。这种模型预测这些细胞变化能够比经常使用的行业处理方法3倍地增加蛋白产生。

Lewis说,“这一发现证实这种分泌途径是细胞机器中的一种重要的管线,我们能够对它进行改造来产生更多的蛋白。”

在今年早期发表在Scientific Reports期刊上的一项研究中,Lewis和同事们证实一种不同的方法能够增加蛋白产生,也能够增加细胞生长率。这种方法涉及当CHO细胞产生一种治疗性抗体时,绘制它们当中所有核糖体的活性。在这种过程中,研究人员发现沉默一种基因不仅改善细胞生长,而且导致抗体产生增加了18%。

质量控制

糖基化,即将糖链附着到蛋白上,是CHO中心研究人员正在深入研究的另一种细胞过程。控制糖基化,如将哪些糖分子或多少数量的糖分子加入到所需的蛋白上,对产生高质量药物产品是至关重要的,但是它是极其充满挑战的。

在发表在Biotechnology Journal期刊上的一项研究中,研究人员开发出一种算法来预测当制造生物制剂和它们的生物仿制药时,他们如何能够修饰CHO细胞来获得所需的糖基化模式。Lewis说,这项研究能够加快显著降低主要的蛋白药物成本的努力。

正在开展的研究

CHO中心研究人员正在开发和改进其他的一流资源来合理地设计和优化用于药物开发的CHO细胞系。这些资源包括CHO细胞系的高质量基因组序列,下一代基因组编辑技术,不断增加的工程CHO细胞系库,改良的不含污染物的“清洁”CHO细胞系,“安全港”整合位点(即CHO细胞基因组上的位点,能够将人基因安全地插入到这些位点上来改善蛋白表达)图谱,以及分析和理解组学数据的复杂方法。(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Researchers develop new tools to optimize CHO cell lines for making biologic drugs

Hooman Hefzi, Kok Siong Ang, Michael Hanscho et al. A Consensus Genome-scale Reconstruction of Chinese Hamster Ovary Cell Metabolism. Cell Systems, 23 November 2016, 3(5):434-443, doi:10.1016/j.cels.2016.10.020

Thomas Beuchert Kallehauge, Shangzhong Li, Lasse Ebdrup Pedersen et al. Ribosome profiling-guided depletion of an mRNA increases cell growth rate and protein secretion. Scientific Reports, Published online:16 January 2017, doi:10.1038/srep40388

Philipp N. Spahn, Anders H. Hansen, Stefan Kol et al. Predictive glycoengineering of biosimilars using a Markov chain glycosylation model. Biotechnology Journal, February 2017, 12(2), doi:10.1002/biot.201600489

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