Däggdjurscellinjerna som är konstruerade för att producera högvärdiga rekombinanta proteindroger producerar också oönskade proteiner som driver upp den totala kostnaden för att tillverka dessa läkemedel. Samma proteiner kan också sänka läkemedlets kvalitet. I ett nytt papper i Naturkommunikation , forskare från University of California San Diego och Danmarks tekniska universitet visade att deras genomredigeringsmetoder kunde eliminera upp till 70 procent av det kontaminerande proteinet i massa i rekombinant-proteinläkemedel som produceras av arbetshästarna i däggdjursceller-Chinese Hamster Ovary ( CHO) -celler.

Med teamets CRISPR-Cas-medierade genredigeringsmetod, forskarna visar en betydande minskning av reningskraven över däggdjurscellinjerna de undersökte. Detta arbete kan leda till både lägre produktionskostnader och läkemedel av högre kvalitet.

Rekombinanta proteiner står för närvarande för majoriteten av de bästa läkemedlen genom försäljning, inklusive läkemedel för behandling av komplexa sjukdomar som sträcker sig från artrit till cancer och till och med bekämpar infektionssjukdomar som COVID-19 genom att neutralisera antikroppar. Dock, kostnaden för dessa läkemedel sätter dem utom räckhåll för mycket av världens befolkning. Den höga kostnaden beror delvis på att de produceras i odlade celler i laboratoriet. En av de stora kostnaderna är rening av dessa läkemedel, som kan stå för upp till 80 procent av tillverkningskostnaderna.

I ett internationellt samarbete, forskare vid University of California San Diego och Danmarks tekniska universitet visade nyligen potentialen att skydda kvaliteten på rekombinanta proteindroger samtidigt som deras renhet avsevärt ökades före rening, som rapporterades i studien "Multiplex secretome engineering enhances rekombinant proteinproduktion och renhet" publicerad i april 2020 i tidskriften Naturkommunikation .

"Celler, såsom äggstocksceller från kinesisk hamster (CHO), odlas och används för att producera många ledande läkemedel, "förklarade Nathan E. Lewis, Docent i pediatrik och bioingenjör vid University of California San Diego, och meddirektör för CHO Systems Biology Center vid UC San Diego. "Dock, förutom de mediciner vi vill ha, cellerna producerar och utsöndrar också åtminstone hundratals egna proteiner i buljongen. Problemet är att några av dessa proteiner kan försämra läkemedlets kvalitet eller kan framkalla negativa biverkningar hos en patient. Det är därför det finns så strikta regler för rening, eftersom vi vill ha de säkraste och mest effektiva medicinerna. "

Dessa värdcellsproteiner (HCP) som utsöndras avlägsnas noggrant från varje sats läkemedel, men innan de tas bort, de kan försämra läkemedlets kvalitet och styrka. De olika reningsstegen kan ta bort eller skada drogerna ytterligare.

"Redan i ett tidigt skede av vårt forskningsprogram, vi undrade hur många av dessa utsöndrade kontaminerande värdcellproteiner som kunde tas bort, "berättade direktören Björn Voldborg, Chef för CHO Core -anläggningen vid Center for Biosustainability vid Danmarks tekniska universitet.

År 2012 beviljade Novo Nordisk Foundation ett stort bidrag, som har finansierat banbrytande arbete inom genomik, systembiologi och storskalig genomredigering för forskning och teknikutveckling av CHO -celler vid Center for Biosustainability vid danska tekniska universitetet (DTU) och University of California San Diego. Detta finansierade de första allmänt tillgängliga genom -sekvenserna för CHO -celler, och har gett en unik möjlighet att kombinera syntetisk och systembiologi för att rationellt konstruera CHO -celler för biofarmaceutisk produktion.

"Värdcellsproteiner kan vara problematiska om de ställer ett betydande metaboliskt behov, försämra produktkvaliteten, eller upprätthålls under reningen nedströms, "förklarade Stefan Kol, huvudförfattare på studien som utförde denna forskning vid DTU. "Vi antog att med flera omgångar med CRISPR-Cas-medierad genredigering, vi skulle kunna minska värdcellsproteinnivåerna stegvis. Vid denna tidpunkt, Vi förväntade oss inte att ha stor inverkan på HCP -utsöndringen med tanke på att det finns tusentals individuella HCP -preparat som tidigare har identifierats. "

Detta arbete bygger på lovande beräkningsarbete som publicerades tidigare 2020.

Forskare vid UC San Diego hade utvecklat en beräkningsmodell för rekombinant proteinproduktion i CHO -celler, publicerades tidigare i år i Naturkommunikation . Jahir Gutierrez, en tidigare bioingenjör Ph.D. student vid UC San Diego använde denna modell för att kvantifiera metabola kostnader för att producera varje värdcellprotein i CHO -sekretomen, och med hjälp av Austin Chiang, en projektvetare vid Institutionen för pediatrik vid UC San Diego, visade att ett relativt litet antal utsöndrade proteiner står för majoriteten av cellens energi och resurser. Således hade tanken att eliminera de dominerande kontaminerande proteinerna potential att frigöra en icke försumbar mängd cellulära resurser och skydda läkemedlets kvalitet. Författarna identifierade och tog bort 14 kontaminerande värdcellsproteiner i CHO-celler. Genom att göra detta eliminerade de upp till 70 procent av det kontaminerande proteinet i massa och visade en signifikant minskning av reningskraven.

Dessa modifieringar kan kombineras med ytterligare fördelaktiga genetiska modifieringar som identifieras av teamet i ett försök att få mediciner av högre kvalitet till lägre kostnader.