加州大学圣地亚哥分校的丹尼尔·凯恩 净化CHO细胞以提高药物产量需要跨学科的研究方法
通过清理生产重组蛋白药物的哺乳动物细胞系，研究人员开辟了一条更纯、更便宜的治疗癌症、关节炎和其他复杂疾病的药物之路
学分:加州大学圣地亚哥分校 被设计用来生产高价值重组蛋白药物的哺乳动物细胞系也会产生不需要的蛋白质，从而推高生产这些药物的总成本
这些相同的蛋白质也会降低药物质量
在《自然通讯》的一篇新论文中，加州大学圣地亚哥分校和丹麦技术大学的研究人员表明，他们的基因组编辑技术可以消除哺乳动物细胞的主要组成部分——中国仓鼠卵巢(CHO)细胞产生的重组蛋白药物中高达70%的污染蛋白
通过该团队的CRISPR-Cas介导的基因编辑方法，研究人员证明了他们研究的哺乳动物细胞系的纯化需求显著降低。
这项工作可以降低生产成本，提高药品质量
目前，重组蛋白在销售额最高的药物中占大多数，包括用于治疗从关节炎到癌症等复杂疾病的药物，甚至通过中和抗体对抗新冠肺炎等传染病的药物
然而，这些药物的价格使世界上大多数人都买不起
高成本部分是由于它们是在实验室的培养细胞中生产的
主要成本之一是这些药物的纯化，这可能占到制造成本的80%
在一项国际合作中，加州大学圣地亚哥分校和丹麦技术大学的研究人员最近展示了保护重组蛋白药物质量的潜力，同时在纯化前大幅提高其纯度，这在2020年4月发表在《自然通讯》杂志上的题为“多重分泌工程提高重组蛋白产量和纯度”的研究中有所报道
“细胞，如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞，被培养并用于生产许多主要药物，”内森解释说
刘易斯，加州大学圣地亚哥分校儿科和生物工程副教授，加州大学圣地亚哥分校CHO系统生物学中心联合主任
“然而，除了我们需要的药物，细胞还会产生并向肉汤中分泌至少数百种自己的蛋白质
问题是这些蛋白质中的一些会降低药物的质量，或者会对患者产生负面的副作用
这就是为什么有如此严格的净化规则，因为我们想要尽可能最安全和最有效的药物
" 这些分泌的宿主细胞蛋白被小心地从每批药物中去除，但是在去除之前，它们会降低药物的质量和效力
纯化的各个步骤可以除去或进一步破坏药物
“在我们研究项目的早期阶段，我们就想知道有多少这种分泌的污染性宿主细胞蛋白可以被去除，”丹麦技术大学生物可持续性中心的CHO核心设施负责人比约恩·沃尔德堡主任回忆道
2012年，诺和诺德基金会授予一大笔赠款，资助丹麦技术大学(DTU)生物可持续性中心和加州大学圣地亚哥分校在基因组学、系统生物学和大规模基因组编辑方面的开创性工作，用于CHO细胞的研究和技术开发
这资助了第一个可公开获取的CHO细胞基因组序列，并提供了一个独特的机会，将合成生物学和系统生物学相结合，合理地设计用于生物制药生产的CHO细胞
“如果宿主细胞蛋白质构成了显著的代谢需求，降低了产品质量，或者在整个下游纯化过程中保持不变，那么它们可能会有问题，”该研究的主要作者斯特凡·科尔解释说，他在DTU时进行了这项研究
“我们假设，通过多轮CRISPR-Cas介导的基因编辑，我们可以逐步降低宿主细胞蛋白质水平
在这一点上，考虑到之前已经鉴定了数以千计的单个六氯环己烷，我们不期望对HCP分泌产生大的影响
" 这项工作建立在2020年初发表的有前途的计算工作的基础上
加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种在CHO细胞中生产重组蛋白的计算模型，并于今年早些时候发表在《自然通讯》上
贾希尔·古铁雷斯，前生物工程博士
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加州大学圣地亚哥分校的学生使用这个模型来量化在CHO分泌细胞中产生每种宿主细胞蛋白质的代谢成本，在加州大学圣地亚哥分校儿科项目科学家奥斯汀·蒋的帮助下，他发现相对少量的分泌蛋白质占据了细胞能量和资源的大部分
因此，消除主要污染蛋白的想法有可能释放出不可忽略的细胞资源，并保护药物质量
作者在CHO细胞中鉴定并去除了14种污染的宿主细胞蛋白
通过这样做，他们消除了高达70%的污染蛋白质，并证明了纯化需求的显著降低
这些修饰可以与团队正在鉴定的额外的有利基因修饰相结合，以努力以较低的成本获得更高质量的药物
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