Las líneas de células de mamíferos que están diseñadas para producir fármacos de proteínas recombinantes de alto valor también producen proteínas no deseadas que aumentan el costo total de fabricación de estos fármacos. Estas mismas proteínas también pueden reducir la calidad del fármaco. En un nuevo documento en Comunicaciones de la naturaleza , Investigadores de la Universidad de California en San Diego y la Universidad Técnica de Dinamarca demostraron que sus técnicas de edición del genoma podrían eliminar hasta el 70 por ciento de la proteína contaminante por masa en fármacos de proteína recombinante producidos por los caballos de batalla de las células de mamíferos:ovario de hámster chino ( CHO) células.

Con el enfoque de edición de genes mediado por CRISPR-Cas del equipo, los investigadores demuestran una disminución significativa en las demandas de purificación en las líneas celulares de mamíferos que investigaron. Este trabajo podría conducir tanto a menores costos de producción como a medicamentos de mayor calidad.

Las proteínas recombinantes representan actualmente la mayoría de los principales medicamentos por ventas, incluyendo fármacos para el tratamiento de enfermedades complejas que van desde la artritis hasta el cáncer e incluso para combatir enfermedades infecciosas como el COVID-19 mediante la neutralización de anticuerpos. Sin embargo, el costo de estos medicamentos los pone fuera del alcance de gran parte de la población mundial. El alto costo se debe en parte al hecho de que se producen en células cultivadas en el laboratorio. Uno de los mayores costos es la purificación de estos medicamentos, que puede representar hasta el 80 por ciento de los costos de fabricación.

En una colaboración internacional, Investigadores de la Universidad de California en San Diego y la Universidad Técnica de Dinamarca demostraron recientemente el potencial para proteger la calidad de los medicamentos de proteínas recombinantes al tiempo que aumentan sustancialmente su pureza antes de la purificación. como se informó en el estudio titulado "La ingeniería de secretomas multiplex mejora la producción y pureza de proteínas recombinantes" publicado en abril de 2020 en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

"Células, como las células de ovario de hámster chino (CHO), se cultivan y se utilizan para producir muchas de las principales drogas, "explicó Nathan E. Lewis, Profesor asociado de pediatría y bioingeniería en la Universidad de California en San Diego, y Co-Director del Centro de Biología de Sistemas CHO en UC San Diego. "Sin embargo, además de los medicamentos que queremos, las células también producen y secretan al menos cientos de sus propias proteínas en el caldo. El problema es que algunas de estas proteínas pueden degradar la calidad de los medicamentos o provocar efectos secundarios negativos en un paciente. Por eso hay reglas tan estrictas para la purificación, ya que queremos los medicamentos más seguros y eficaces posibles ".

Estas proteínas de la célula huésped (HCP) que se secretan se eliminan cuidadosamente de cada lote de fármaco, pero antes de que se quiten, pueden degradar la calidad y la potencia de las drogas. Los diversos pasos de purificación pueden eliminar o dañar aún más los medicamentos.

"Ya en una etapa inicial de nuestro programa de investigación, nos preguntamos cuántas de estas proteínas de la célula huésped contaminantes secretadas podrían eliminarse, "relató el director Bjorn Voldborg, Jefe de la instalación CHO Core en el Centro de Biosostenibilidad de la Universidad Técnica de Dinamarca.

En 2012, la Fundación Novo Nordisk otorgó una gran subvención, que ha financiado trabajos pioneros en genómica, biología de sistemas y edición del genoma a gran escala para la investigación y el desarrollo tecnológico de células CHO en el Centro de Biosostenibilidad de la Universidad Técnica Danesa (DTU) y la Universidad de California en San Diego. Esto financió las primeras secuencias genómicas de acceso público para células CHO, y ha brindado una oportunidad única de combinar biología sintética y de sistemas para diseñar racionalmente células CHO para la producción biofarmacéutica.

"Las proteínas de la célula huésped pueden ser problemáticas si presentan una demanda metabólica significativa, degradar la calidad del producto, o se mantienen durante la purificación posterior, "explicó Stefan Kol, autor principal del estudio que realizó esta investigación mientras estaba en DTU. "Presumimos que con múltiples rondas de edición de genes mediada por CRISPR-Cas, podríamos disminuir los niveles de proteína de la célula huésped de forma escalonada. En este punto, no esperábamos tener un gran impacto en la secreción de HCP considerando que hay miles de HCP individuales que han sido identificados previamente ".

Este trabajo se basa en un prometedor trabajo computacional publicado a principios de 2020.

Investigadores de UC San Diego habían desarrollado un modelo computacional de producción de proteínas recombinantes en células CHO, publicado a principios de este año en Comunicaciones de la naturaleza . Jahir Gutiérrez, un ex Ph.D. en bioingeniería estudiante de UC San Diego utilizó este modelo para cuantificar el costo metabólico de producir cada proteína de la célula huésped en el secretoma de CHO, y con la ayuda de Austin Chiang, un científico del proyecto en el Departamento de Pediatría de UC San Diego, mostró que un número relativamente pequeño de proteínas secretadas representa la mayor parte de la energía y los recursos celulares. Por lo tanto, la idea de eliminar las proteínas contaminantes dominantes tenía el potencial de liberar una cantidad no despreciable de recursos celulares y proteger la calidad de los fármacos. Los autores identificaron y eliminaron 14 proteínas contaminantes de la célula huésped en las células CHO. Al hacer esto, eliminaron hasta el 70 por ciento de la proteína contaminante en masa y demostraron una disminución significativa en las demandas de purificación.

Estas modificaciones pueden combinarse con modificaciones genéticas ventajosas adicionales que el equipo identificará en un esfuerzo por obtener medicamentos de mayor calidad a menores costos.