Le linee cellulari di mammifero progettate per produrre farmaci proteici ricombinanti di alto valore producono anche proteine ​​indesiderate che fanno aumentare il costo complessivo per la produzione di questi farmaci. Queste stesse proteine ​​possono anche ridurre la qualità del farmaco. In un nuovo giornale in Comunicazioni sulla natura , ricercatori dell'Università della California di San Diego e della Technical University of Denmark hanno dimostrato che le loro tecniche di modifica del genoma potrebbero eliminare fino al 70 percento della massa proteica contaminante nei farmaci a proteine ​​ricombinanti prodotti dai cavalli di battaglia delle cellule di mammifero:l'ovaio di criceto cinese ( CHO) cellule.

Con l'approccio di editing genetico mediato da CRISPR-Cas del team, i ricercatori dimostrano una significativa diminuzione delle richieste di purificazione attraverso le linee cellulari di mammifero che hanno studiato. Questo lavoro potrebbe portare sia a costi di produzione inferiori che a farmaci di qualità superiore.

Le proteine ​​ricombinanti rappresentano attualmente la maggior parte dei migliori farmaci per vendita, compresi farmaci per il trattamento di malattie complesse che vanno dall'artrite al cancro e persino per combattere malattie infettive come il COVID-19 neutralizzando gli anticorpi. Però, il costo di questi farmaci li mette fuori dalla portata di gran parte della popolazione mondiale. L'alto costo è dovuto in parte al fatto che sono prodotti in cellule coltivate in laboratorio. Uno dei costi maggiori è la purificazione di questi farmaci, che può rappresentare fino all'80% dei costi di produzione.

In una collaborazione internazionale, i ricercatori dell'Università della California di San Diego e della Technical University of Denmark hanno recentemente dimostrato il potenziale per proteggere la qualità dei farmaci proteici ricombinanti aumentando sostanzialmente la loro purezza prima della purificazione, come riportato nello studio intitolato "L'ingegneria del secretoma multiplo migliora la produzione e la purezza delle proteine ​​ricombinanti" pubblicato nell'aprile 2020 sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Cellule, come le cellule dell'ovaio di criceto cinese (CHO), sono coltivate e utilizzate per produrre molti farmaci leader, " ha spiegato Nathan E. Lewis, Professore Associato di Pediatria e Bioingegneria presso la University of California San Diego, e co-direttore del CHO Systems Biology Center presso l'UC San Diego. "Però, oltre ai farmaci che vogliamo, le cellule producono e secernono anche almeno centinaia delle proprie proteine ​​nel brodo. Il problema è che alcune di queste proteine ​​possono degradare la qualità dei farmaci o provocare effetti collaterali negativi in ​​un paziente. Ecco perché ci sono regole così rigide per la purificazione, poiché vogliamo i farmaci più sicuri ed efficaci possibili".

Queste proteine ​​delle cellule ospiti (HCP) che vengono secrete vengono accuratamente rimosse da ogni lotto di farmaco, ma prima che vengano rimossi, possono degradare la qualità e la potenza dei farmaci. Le varie fasi di purificazione possono rimuovere o danneggiare ulteriormente i farmaci.

"Già in una fase iniziale del nostro programma di ricerca, ci siamo chiesti quante di queste proteine ​​​​della cellula ospite contaminanti secrete potrebbero essere rimosse, " ha raccontato il direttore Bjorn Voldborg, Responsabile della struttura CHO Core presso il Centro di biosostenibilità presso l'Università tecnica della Danimarca.

Nel 2012 la Fondazione Novo Nordisk ha assegnato un cospicuo contributo, che ha finanziato un lavoro pionieristico nel campo della genomica, biologia dei sistemi e modifica del genoma su larga scala per la ricerca e lo sviluppo tecnologico delle cellule CHO presso il Centro per la biosostenibilità presso la Danish Technical University (DTU) e l'Università della California a San Diego. Questo ha finanziato le prime sequenze genomiche accessibili al pubblico per le cellule CHO, e ha fornito un'opportunità unica di combinare la biologia sintetica e quella dei sistemi per ingegnerizzare razionalmente le cellule CHO per la produzione biofarmaceutica.

"Le proteine ​​delle cellule ospiti possono essere problematiche se rappresentano una richiesta metabolica significativa, degradare la qualità del prodotto, o sono mantenuti per tutta la depurazione a valle, " ha spiegato Stefan Kol, autore principale dello studio che ha eseguito questa ricerca mentre era alla DTU. "Abbiamo ipotizzato che con più cicli di editing genetico mediato da CRISPR-Cas, potremmo diminuire i livelli di proteine ​​della cellula ospite in modo graduale. A questo punto, non ci aspettavamo di avere un grande impatto sulla secrezione di HCP considerando che ci sono migliaia di singoli HCP che sono stati precedentemente identificati."

Questo lavoro si basa su un promettente lavoro computazionale pubblicato all'inizio del 2020.

I ricercatori della UC San Diego avevano sviluppato un modello computazionale della produzione di proteine ​​ricombinanti nelle cellule CHO, pubblicato all'inizio di quest'anno in Comunicazioni sulla natura . Jahir Gutiérrez, un ex dottorato di ricerca in bioingegneria. uno studente della UC San Diego ha utilizzato questo modello per quantificare il costo metabolico della produzione di ciascuna proteina della cellula ospite nel secretoma CHO, e con l'aiuto di Austin Chiang, uno scienziato di progetto presso il Dipartimento di Pediatria dell'UC San Diego, hanno mostrato che un numero relativamente piccolo di proteine ​​secrete rappresenta la maggior parte dell'energia e delle risorse cellulari. Pertanto, l'idea di eliminare le proteine ​​contaminanti dominanti aveva il potenziale per liberare una quantità non trascurabile di risorse cellulari e proteggere la qualità dei farmaci. Gli autori hanno identificato e rimosso 14 proteine ​​contaminanti della cellula ospite nelle cellule CHO. In questo modo hanno eliminato fino al 70% della massa proteica contaminante e hanno dimostrato una significativa diminuzione delle richieste di purificazione.

Queste modifiche possono essere combinate con ulteriori modifiche genetiche vantaggiose identificate dal team nel tentativo di ottenere farmaci di qualità superiore a costi inferiori.