De zoogdiercellijnen die zijn ontworpen om hoogwaardige recombinant-eiwitgeneesmiddelen te produceren, produceren ook ongewenste eiwitten die de totale kosten voor de productie van deze geneesmiddelen opdrijven. Deze zelfde eiwitten kunnen ook de kwaliteit van geneesmiddelen verlagen. In een nieuwe krant in Natuurcommunicatie , onderzoekers van de Universiteit van Californië in San Diego en de Technische Universiteit van Denemarken toonden aan dat hun genoombewerkingstechnieken tot 70 procent van het verontreinigende eiwit massaal konden elimineren in recombinante eiwitgeneesmiddelen die worden geproduceerd door de werkpaarden van zoogdiercellen - de eierstok van de Chinese hamster ( CHO) cellen.

Met de CRISPR-Cas-gemedieerde benadering van genbewerking van het team, de onderzoekers tonen een significante afname van de zuiveringseisen aan over de zoogdiercellijnen die ze hebben onderzocht. Dit werk zou kunnen leiden tot zowel lagere productiekosten als medicijnen van hogere kwaliteit.

Recombinante eiwitten zijn momenteel verantwoordelijk voor de meerderheid van de topgeneesmiddelen, gemeten naar verkoop, waaronder geneesmiddelen voor de behandeling van complexe ziekten variërend van artritis tot kanker en zelfs voor de bestrijding van infectieziekten zoals COVID-19 door antilichamen te neutraliseren. Echter, de kosten van deze medicijnen maken ze buiten het bereik van een groot deel van de wereldbevolking. De hoge kosten zijn deels te wijten aan het feit dat ze in het laboratorium in gekweekte cellen worden geproduceerd. Een van de belangrijkste kosten is de zuivering van deze medicijnen, die tot 80 procent van de productiekosten kunnen uitmaken.

In een internationale samenwerking, onderzoekers van de University of California San Diego en de Technical University of Denmark hebben onlangs het potentieel aangetoond om de kwaliteit van recombinante eiwitgeneesmiddelen te beschermen en tegelijkertijd hun zuiverheid aanzienlijk te verhogen voorafgaand aan zuivering, zoals gerapporteerd in de studie getiteld "Multiplex secretome engineering verbetert de productie en zuiverheid van recombinante eiwitten", gepubliceerd in april 2020 in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Cellen, zoals ovariumcellen van de Chinese hamster (CHO), worden gekweekt en gebruikt om veel toonaangevende medicijnen te produceren, " legde Nathan E. Lewis uit, Universitair hoofddocent kindergeneeskunde en bio-engineering aan de University of California San Diego, en co-directeur van het CHO Systems Biology Center aan de UC San Diego. "Echter, naast de medicijnen die we willen, de cellen produceren en scheiden ook ten minste honderden van hun eigen eiwitten af ​​in de bouillon. Het probleem is dat sommige van deze eiwitten de kwaliteit van de medicijnen kunnen verminderen of negatieve bijwerkingen kunnen veroorzaken bij een patiënt. Daarom zijn er zulke strikte regels voor zuivering, omdat we de veiligste en meest effectieve medicijnen willen die mogelijk zijn."

Deze gastheerceleiwitten (HCP's) die worden uitgescheiden, worden zorgvuldig verwijderd uit elke batch geneesmiddel, maar voordat ze worden verwijderd, ze kunnen de kwaliteit en potentie van de medicijnen aantasten. De verschillende zuiveringsstappen kunnen de medicijnen verwijderen of verder beschadigen.

"Al in een vroeg stadium van ons onderzoeksprogramma, we vroegen ons af hoeveel van deze uitgescheiden verontreinigende gastheerceleiwitten konden worden verwijderd, " vertelde directeur Bjorn Voldborg, Hoofd van de CHO Core-faciliteit bij het Center of Biosustainability van de Technische Universiteit van Denemarken.

In 2012 kende de Novo Nordisk Foundation een grote subsidie ​​toe, die baanbrekend werk op het gebied van genomica heeft gefinancierd, systeembiologie en grootschalige genoombewerking voor onderzoek en technologische ontwikkeling van CHO-cellen in het Center for Biosustainability van de Deense Technische Universiteit (DTU) en de Universiteit van Californië in San Diego. Dit financierde de eerste openbaar toegankelijke genoomsequenties voor CHO-cellen, en heeft een unieke kans geboden om synthetische en systeembiologie te combineren om CHO-cellen rationeel te ontwikkelen voor biofarmaceutische productie.

"Gastceleiwitten kunnen problematisch zijn als ze een aanzienlijke metabolische vraag vormen, de productkwaliteit verslechteren, of worden gehandhaafd tijdens de stroomafwaartse zuivering, " legde Stefan Kol uit, hoofdauteur van de studie die dit onderzoek heeft uitgevoerd tijdens DTU. "We veronderstelden dat met meerdere rondes van door CRISPR-Cas gemedieerde genbewerking, we zouden de eiwitniveaus van de gastheercel stapsgewijs kunnen verlagen. Op dit punt, we hadden niet verwacht dat we een grote impact zouden hebben op de secretie van HCP's, aangezien er duizenden individuele HCP's zijn die eerder zijn geïdentificeerd."

Dit werk bouwt voort op veelbelovend computerwerk dat eerder in 2020 werd gepubliceerd.

Onderzoekers van UC San Diego hadden een computermodel ontwikkeld voor de productie van recombinante eiwitten in CHO-cellen, eerder dit jaar gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Jahir Gutiérrez, een voormalig bio-ingenieur Ph.D. student aan UC San Diego gebruikte dit model om de metabolische kosten te kwantificeren van het produceren van elk gastheerceleiwit in het CHO-secretoom, en met de hulp van Austin Chiang, een projectwetenschapper bij de afdeling Kindergeneeskunde van UC San Diego, toonde aan dat een relatief klein aantal uitgescheiden eiwitten verantwoordelijk is voor het grootste deel van de celenergie en -bronnen. Dus het idee om de dominante vervuilende eiwitten te elimineren had het potentieel om een ​​niet te verwaarlozen hoeveelheid cellulaire hulpbronnen vrij te maken en de kwaliteit van het geneesmiddel te beschermen. De auteurs identificeerden en verwijderden 14 verontreinigende gastheerceleiwitten in CHO-cellen. Door dit te doen elimineerden ze tot 70 procent van het verontreinigende eiwit in massa en vertoonden ze een significante afname van de zuiveringseisen.

Deze modificaties kunnen worden gecombineerd met aanvullende voordelige genetische modificaties die door het team worden geïdentificeerd in een poging om medicijnen van hogere kwaliteit te verkrijgen tegen lagere kosten.