As linhas de células de mamíferos que são projetadas para produzir drogas de proteína recombinante de alto valor também produzem proteínas indesejadas que aumentam o custo geral de fabricação dessas drogas. Essas mesmas proteínas também podem diminuir a qualidade do medicamento. Em um novo jornal em Nature Communications , pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego e da Universidade Técnica da Dinamarca mostraram que suas técnicas de edição de genoma podem eliminar até 70 por cento da proteína contaminante em massa em drogas de proteína recombinante produzidas pelos burros de carga de células de mamíferos - Ovário de Hamster Chinês ( CHO) células.

Com a abordagem de edição de genes mediada por CRISPR-Cas da equipe, os pesquisadores demonstraram uma diminuição significativa nas demandas de purificação em todas as linhas de células de mamíferos que investigaram. Este trabalho pode levar a custos de produção mais baixos e medicamentos de melhor qualidade.

As proteínas recombinantes representam atualmente a maioria dos principais medicamentos em vendas, incluindo drogas para o tratamento de doenças complexas que variam de artrite a câncer e até mesmo o combate a doenças infecciosas como COVID-19 por anticorpos neutralizantes. Contudo, o custo desses medicamentos os coloca fora do alcance de grande parte da população mundial. O alto custo se deve em parte ao fato de serem produzidos em células cultivadas em laboratório. Um dos principais custos é a purificação dessas drogas, que pode representar até 80 por cento dos custos de fabricação.

Em uma colaboração internacional, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego e da Universidade Técnica da Dinamarca demonstraram recentemente o potencial de proteger a qualidade das drogas de proteína recombinante enquanto aumentam substancialmente sua pureza antes da purificação, conforme relatado no estudo intitulado "Engenharia de secretoma multiplex melhora a produção e pureza da proteína recombinante" publicado em abril de 2020 na revista Nature Communications .

"Células, como células de ovário de hamster chinês (CHO), são cultivados e usados ​​para produzir muitos medicamentos importantes, "explicou Nathan E. Lewis, Professor Associado de Pediatria e Bioengenharia da Universidade da Califórnia em San Diego, e Co-Diretor do CHO Systems Biology Center da UC San Diego. "Contudo, além dos medicamentos que queremos, as células também produzem e secretam pelo menos centenas de suas próprias proteínas no caldo. O problema é que algumas dessas proteínas podem degradar a qualidade dos medicamentos ou provocar efeitos colaterais negativos em um paciente. É por isso que existem regras tão rígidas para a purificação, já que queremos os medicamentos mais seguros e eficazes possíveis. "

Essas proteínas da célula hospedeira (HCPs) que são secretadas são cuidadosamente removidas de cada lote de drogas, mas antes de serem removidos, eles podem degradar a qualidade e a potência dos medicamentos. As várias etapas de purificação podem remover ou danificar ainda mais os medicamentos.

"Já em um estágio inicial de nosso programa de pesquisa, nos perguntamos quantas dessas proteínas de células hospedeiras contaminantes secretadas poderiam ser removidas, "relatou o diretor Bjorn Voldborg, Chefe da instalação CHO Core no Centro de Biossustentabilidade da Universidade Técnica da Dinamarca.

Em 2012, a Fundação Novo Nordisk concedeu uma grande doação, que financiou um trabalho inovador em genômica, biologia de sistemas e edição de genoma em grande escala para pesquisa e desenvolvimento de tecnologia de células CHO no Center for Biosustainability da Danish Technical University (DTU) e na University of California San Diego. Isso financiou as primeiras sequências de genoma acessíveis ao público para células CHO, e forneceu uma oportunidade única de combinar biologia sintética e de sistemas para projetar racionalmente células CHO para produção biofarmacêutica.

"As proteínas da célula hospedeira podem ser problemáticas se apresentarem uma demanda metabólica significativa, degradam a qualidade do produto, ou são mantidos ao longo da purificação downstream, "explicou Stefan Kol, autor principal do estudo que realizou esta pesquisa enquanto estava na DTU. "Nossa hipótese é que, com várias rodadas de edição de genes mediada por CRISPR-Cas, poderíamos diminuir os níveis de proteína da célula hospedeira de forma gradual. Neste ponto, não esperávamos causar um grande impacto na secreção de HCP, considerando que existem milhares de HCPs individuais que foram identificados anteriormente. "

Este trabalho se baseia em um trabalho computacional promissor publicado no início de 2020.

Pesquisadores da UC San Diego desenvolveram um modelo computacional de produção de proteína recombinante em células CHO, publicado no início deste ano em Nature Communications . Jahir Gutierrez, um ex-Ph.D. em bioengenharia estudante da UC San Diego usou este modelo para quantificar o custo metabólico de produção de cada proteína da célula hospedeira no secretoma CHO, e com a ajuda de Austin Chiang, um cientista de projeto no Departamento de Pediatria da UC San Diego, mostraram que um número relativamente pequeno de proteínas secretadas é responsável pela maioria dos recursos e energia celular. Assim, a ideia de eliminar as proteínas contaminantes dominantes tinha o potencial de liberar uma quantidade não desprezível de recursos celulares e proteger a qualidade do medicamento. Os autores identificaram e removeram 14 proteínas de células hospedeiras contaminantes em células CHO. Ao fazer isso, eles eliminaram até 70 por cento da proteína contaminante em massa e demonstraram uma diminuição significativa nas demandas de purificação.

Essas modificações podem ser combinadas com modificações genéticas vantajosas adicionais identificadas pela equipe em um esforço para obter medicamentos de maior qualidade a custos mais baixos.