CHOgro® High Yield Expression系統(tǒng)應(yīng)用于穩(wěn)步提升CHO細(xì)胞蛋白表達(dá)

中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢（CHO）細(xì)胞，已成為治療用蛋白類生物制品生產(chǎn)的主要細(xì)胞類型。隨著瞬時(shí)轉(zhuǎn)染技術(shù)(transient transfection)的進(jìn)步，搭配CHO細(xì)胞進(jìn)行毫克至克級(jí)別蛋白的快速、高效生產(chǎn)，幫助推動(dòng)藥物研發(fā)階段進(jìn)程，允許更早的評(píng)估候選藥物是否具備理想屬性，從而投入更多資源生成穩(wěn)定的克隆細(xì)胞系，用于后續(xù)藥物的臨床開發(fā)。
   
       憑借20年在核酸遞轉(zhuǎn)領(lǐng)域的深耕細(xì)作，Mirus推出了用于CHO細(xì)胞蛋白/抗體生產(chǎn)的完整瞬轉(zhuǎn)系統(tǒng)——CHOgro® High Yield Expression System。通過整合Mirus獨(dú)有的專利轉(zhuǎn)染技術(shù)及優(yōu)化的CHO培養(yǎng)基，相比于現(xiàn)有技術(shù)方案，可將蛋白表達(dá)量提升2-10倍。除此之外，該系統(tǒng)不含動(dòng)物源性成分，致力于穩(wěn)定的提高懸浮CHO細(xì)胞的蛋白質(zhì)產(chǎn)量。本文首先就影響CHO細(xì)胞在蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵影響因素進(jìn)行討論，包括轉(zhuǎn)染試劑、培養(yǎng)基選擇、增強(qiáng)子使用及培養(yǎng)溫度優(yōu)化；Mirus CHOgro® High Yield Expression System體系，綜合考慮上述影響CHO蛋白表達(dá)的關(guān)鍵因素，并且將轉(zhuǎn)染試劑、培養(yǎng)基及增強(qiáng)子進(jìn)行優(yōu)化、整合；最后，結(jié)合Mirus CHOgro® High Yield Expression System針對(duì)不同蛋白/抗體類型的表達(dá)產(chǎn)量、體系放大以及細(xì)胞類型適配性數(shù)據(jù)，充分證明了Mirus CHOgro® High Yield Expression System具備高產(chǎn)量、高穩(wěn)定性、廣泛的適配性以及操作靈活性等優(yōu)勢(shì)。

 

 

Mirus CHOgro® High Yield Expression System（產(chǎn)品貨號(hào)：MIR 6270）中包括了以下組分：
 

產(chǎn)品名稱	規(guī)格	單組分貨號(hào)
TransIT-PRO® 轉(zhuǎn)染試劑	1 x 1 mL	MIR 5740
CHOgro® Titer Enhancer	1 x 20 mL	MIR 6220
CHOgro® Expression Medium	2 x 1 L	MIR 6200
CHOgro® Complex Formation Solution	1 x 100 mL	MIR 6210
Poloxamer 188, 10%	1 x 100 mL	MIR 6230
L-glutamine, 200 mM	1 x 100 mL	MIR 6240

CHO細(xì)胞蛋白表達(dá)關(guān)鍵影響因素之轉(zhuǎn)染試劑
 

CHOgro® High Yield Expression System系統(tǒng)中關(guān)鍵組分TransIT-PRO®轉(zhuǎn)染試劑，通過優(yōu)化瞬時(shí)轉(zhuǎn)染效率，可進(jìn)一步提高目標(biāo)蛋白/抗體產(chǎn)量。同樣的，該轉(zhuǎn)染試劑不含動(dòng)物源成分，可以與懸浮CHO或者293細(xì)胞搭配使用，并且可以兼容不同種類的培養(yǎng)基，旨在提高生產(chǎn)蛋白/抗體產(chǎn)量及穩(wěn)定性。

測(cè)試使用CHOgro® High Yield Expression System系統(tǒng)中TransIT-PRO®轉(zhuǎn)染試劑（試劑:DNA比例為1:1），在CHO-S細(xì)胞瞬轉(zhuǎn)表達(dá)GFP熒光蛋白。轉(zhuǎn)染后48小時(shí)，分別使用流式細(xì)胞儀和熒光顯微鏡檢測(cè)試劑轉(zhuǎn)染效率和細(xì)胞活力。結(jié)果表明，單獨(dú)使用TransIT-PRO®轉(zhuǎn)染試劑，可達(dá)到高水平的轉(zhuǎn)染效率（圖1）。
 

圖1. 單獨(dú)使用Mirus CHOgro® High Yield Expression系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)染試劑（TransIT-PRO® 轉(zhuǎn)染試劑），也有著高水平的轉(zhuǎn)染效率。

 

CHO細(xì)胞蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵影響因素之培養(yǎng)基
 

CHOgro® High Yield Expression System中的另一關(guān)鍵組分CHOgro® Expression Medium，也是提升CHO細(xì)胞蛋白/抗體表達(dá)量的重要因素。細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)、是否結(jié)團(tuán)、細(xì)胞密度等都是評(píng)估CHO細(xì)胞培養(yǎng)基的關(guān)鍵參數(shù)。

在細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)方面，轉(zhuǎn)染FreeStyle™ CHO-S細(xì)胞后，分別在CHOgro® Expression Medium和其他品牌培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。轉(zhuǎn)染后六天，用CHOgro® High Yield Expression System中的CHOgro® Expression Medium培養(yǎng)的細(xì)胞結(jié)團(tuán)數(shù)量明顯少于其他品牌培養(yǎng)基（圖2）。
 

圖2. 使用Mirus CHOgro® High Yield Expression System中的CHOgro® Expression Medium進(jìn)行培養(yǎng)（左），細(xì)胞結(jié)塊數(shù)量顯著少于其他培養(yǎng)基培養(yǎng)的CHO-S細(xì)胞（右）。

 

同樣的，使用相同細(xì)胞系（FreeStyle™ CHO-S）及細(xì)胞密度（0.5×106 cells/ml），平行比較Mirus CHOgro® Expression培養(yǎng)基及其他品牌培養(yǎng)基。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在Mirus CHOgro® Expression培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的細(xì)胞，有著更高的細(xì)胞密度，這也是提高CHO細(xì)胞蛋白/抗體產(chǎn)量的重要前提。并且，在更高的細(xì)胞密度條件下，仍保持較高的細(xì)胞活性（圖3）。
 

圖3. 使用CHOgro® Expression Medium培養(yǎng)，CHO細(xì)胞密度更高，并且保持著較高細(xì)胞活性。

 

CHO細(xì)胞蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵影響因素之增強(qiáng)子
 

使Mirus研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同應(yīng)用或者細(xì)胞類型，開發(fā)出多種相適配增強(qiáng)子，例如針對(duì)CHO細(xì)胞蛋白/抗體生產(chǎn)的增強(qiáng)子CHOgro® Titer Enhancer，也是包含在CHOgro® High Yield Expression System中的一個(gè)關(guān)鍵組分。其作用機(jī)制并非直接增加細(xì)胞的轉(zhuǎn)染效率，而是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)特定的信號(hào)通路來(lái)增加CHO細(xì)胞的蛋白表達(dá)滴度。平行實(shí)驗(yàn)分別對(duì)比了CHO細(xì)胞對(duì)Fc融合蛋白與IgG的表達(dá)量，結(jié)果表明，與單獨(dú)使用TransIT-PRO® 轉(zhuǎn)染試劑相比，加入CHOgro® Titer Enhancer后，CHO細(xì)胞Fc融合蛋白的產(chǎn)量有顯著提升（圖4）。此外，與PEI轉(zhuǎn)染體系相比，使用CHOgro系統(tǒng)的轉(zhuǎn)染試劑和增強(qiáng)子，CHO細(xì)胞IgG的表達(dá)量可提高約3倍（圖5）。
 

圖4. 加入CHOgro® Titer Enhancer后，CHO細(xì)胞Fc融合蛋白的產(chǎn)量有顯著提升
 

圖5. TransIT -PRO®轉(zhuǎn)染試劑搭配CHOgro® Titer Enhancer，相較于PEI轉(zhuǎn)染體系，CHO細(xì)胞IgG的表達(dá)量可提高約3倍

 

CHO細(xì)胞蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵影響因素之培養(yǎng)溫度
 

Mirus CHOgro® High Yield Expression System除了通過培養(yǎng)基、轉(zhuǎn)染試劑以及增強(qiáng)子三者的優(yōu)化結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)流程上也可以進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高蛋白產(chǎn)量。根據(jù)科研或者不同應(yīng)用需求，Mirus CHOgro® High Yield Expression System有著多種靈活實(shí)驗(yàn)方案供選擇：

方案一：Mirus CHOgro® High Yield Expression System實(shí)驗(yàn)方案中所推薦的標(biāo)準(zhǔn)流程，即在轉(zhuǎn)染當(dāng)天加入CHOgro® Titer Enhancer，并立刻將細(xì)胞培養(yǎng)溫度從37℃轉(zhuǎn)移至32℃，轉(zhuǎn)染后7-8天內(nèi)收獲蛋白，細(xì)胞活性仍可保持70%以上；

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上通過添加補(bǔ)料來(lái)延長(zhǎng)細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間，保證細(xì)胞更長(zhǎng)時(shí)間維持較高的密度和活率，將蛋白收獲時(shí)間延長(zhǎng)至7-11天；

方案三：轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞仍維持在37℃條件下培養(yǎng)，不加入補(bǔ)料，并在最短時(shí)間（4-5天）收獲蛋白；

方案四：轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞仍維持在37℃條件下培養(yǎng)，通過在轉(zhuǎn)染后18-24小時(shí)添加補(bǔ)料維持細(xì)胞密度和活率，將蛋白收獲時(shí)間延長(zhǎng)至4-7天。（有關(guān)添加細(xì)胞培養(yǎng)補(bǔ)料以維持細(xì)胞活率的建議，請(qǐng)參閱完整版實(shí)驗(yàn)方案）（圖6）。
 

圖6. CHOgro® High Yield Expression System的多種細(xì)胞培養(yǎng)方案
 

基于以上四種實(shí)驗(yàn)方案，分別測(cè)試了在轉(zhuǎn)染后32℃和37℃培養(yǎng)條件下，以及是否添加補(bǔ)料對(duì)CHO細(xì)胞IgG產(chǎn)量的影響。實(shí)驗(yàn)使用CHOgro® High Yield Expression System，加入轉(zhuǎn)染復(fù)合物及CHOgro® Titer Enhancer后，立即將CHO細(xì)胞轉(zhuǎn)移至32℃（左）或保持在37℃（右）。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)染后將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到32℃條件下培養(yǎng)，IgG產(chǎn)量更高且細(xì)胞存活時(shí)間更長(zhǎng)（圖7）。
 

圖7. 轉(zhuǎn)染后將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到32℃條件下培養(yǎng)，IgG產(chǎn)量更高且細(xì)胞存活時(shí)間更長(zhǎng)

 

盡管Mirus CHOgro® High Yield Expression System從CHO細(xì)胞蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵組分即轉(zhuǎn)染試劑、培養(yǎng)基和增強(qiáng)子進(jìn)行了優(yōu)化整合，并提供了靈活的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用方案來(lái)提升CHO細(xì)胞的蛋白產(chǎn)量，那么在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該系統(tǒng)針對(duì)不同類型蛋白/抗體的產(chǎn)量、體系放大以及細(xì)胞類型適配性如何呢？

Mirus CHOgro® High Yield Expression System針對(duì)不同類型蛋白/抗體的表達(dá)，有著更高產(chǎn)量

使用相同的細(xì)胞類型（FreeStyle™ CHO-S cells）和質(zhì)粒骨架，分別表達(dá)六種不同的治療性抗體，比較測(cè)試了Mirus CHOgro® High Yield Expression System和其他品牌表達(dá)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所有測(cè)試的六種抗體類型中，使用Mirus CHOgro® High Yield Expression System的CHO細(xì)胞表達(dá)的蛋白滴度更高，并且轉(zhuǎn)染試劑用量更少，蛋白生產(chǎn)成本更低（圖8）。

圖8. 相比其他品牌CHO轉(zhuǎn)染表達(dá)系統(tǒng)，Mirus CHOgro® High Yield Expression System有著更高的蛋白產(chǎn)量

 

CHOgro® High Yield Expression System生產(chǎn)規(guī)模的可擴(kuò)展性

通過對(duì)6孔板（細(xì)胞培養(yǎng)體積2mL）至5L搖瓶（細(xì)胞培養(yǎng)體積2L）等不同培養(yǎng)體積進(jìn)行轉(zhuǎn)染，對(duì)CHOgro® High Yield Expression System生產(chǎn)規(guī)模的可擴(kuò)展性進(jìn)行評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從最小反應(yīng)體系（6孔板）至最大反應(yīng)體系（5L搖瓶），生產(chǎn)體系放大了1000倍，都有著近似的蛋白滴度，意味著CHOgro® High Yield Expression System可以整合到不同CHO細(xì)胞蛋白/抗體研究和生產(chǎn)工作流中（圖9）。
 

圖9. Mirus CHOgro® High Yield Expression System的生產(chǎn)體系擴(kuò)大1000倍，依然保持著近似的蛋白產(chǎn)量。

 

CHOgro® High Yield Expression System不同CHO細(xì)胞適配性

選擇兩種常用于蛋白/抗體生產(chǎn)的CHO懸浮細(xì)胞CHO-S和ExpiCHOTM，評(píng)估CHOgro® High Yield Expression System對(duì)不同CHO細(xì)胞類型的適配性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CHOgro® High Yield Expression System可適配多種CHO細(xì)胞類型，在不同CHO細(xì)胞中的蛋白表達(dá)也有著近似的產(chǎn)量（圖10）。

圖10. Mirus CHOgro® High Yield Expression System可適配不同CHO細(xì)胞類型

 

綜合上述，通過上述Mirus CHOgro® High Yield Expression System的測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)，表明了該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：

• 更高的蛋白產(chǎn)量：可將CHO細(xì)胞瞬轉(zhuǎn)的蛋白表達(dá)量提升2-10倍
• 可穩(wěn)定放大生產(chǎn)體系：將轉(zhuǎn)染體系放大1000倍，其蛋白表達(dá)量依然保持穩(wěn)定
• 適配不同類型CHO細(xì)胞：搭配不同類型CHO細(xì)胞也可得到近似蛋白產(chǎn)量

 

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Mirus產(chǎn)品年鑒
 

 

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