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Method Article
Questo protocollo descrive la produzione di un anticorpo terapeutico in un sistema di espressione di mammifero. I metodi descritti includono la preparazione del DNA vettore, trasfezione stabile e libero adattamento di siero di una linea di cellule embrionali renali 293 umana, messa a punto di culture su larga scala e la purificazione mediante cromatografia di affinità.
Ensuring the successful production of a therapeutic antibody begins early on in the development process. The first stage is vector expression of the antibody genes followed by stable transfection into a suitable cell line. The stable clones are subjected to screening in order to select those clones with desired production and growth characteristics. This is a critical albeit time-consuming step in the process. This protocol considers vector selection and sourcing of antibody sequences for the expression of a therapeutic antibody. The methods describe preparation of vector DNA for stable transfection of a suspension variant of human embryonic kidney 293 (HEK-293) cell line, using polyethylenimine (PEI). The cells are transfected as adherent cells in serum-containing media to maximize transfection efficiency, and afterwards adapted to serum-free conditions. Large scale production, setup as batch overgrow cultures is used to yield antibody protein that is purified by affinity chromatography using an automated fast protein liquid chromatography (FPLC) instrument. The antibody yields produced by this method can provide sufficient protein to begin initial characterization of the antibody. This may include in vitro assay development or physicochemical characterization to aid in the time-consuming task of clonal screening for lead candidates. This method can be transferable to the development of an expression system for the production of biosimilar antibodies.
Il successo di anticorpi terapeutici continua a guidare notevoli investimenti nello sviluppo di anticorpi come un'onda di terapie di nuova generazione ha inizio. Il mercato degli anticorpi dovrebbe essere rimodellato da frammenti di anticorpi 1, anticorpo-farmaco coniugati 2, anticorpi bispecifici 3 e anticorpi ingegnerizzati con proprietà favorevoli 4. Un'altra classe guadagnando interesse farmaceutico sono biosimilari. Gli anticorpi biosimilari sono 'molto simile' replicare i prodotti di un anticorpo terapeutico che ha già ricevuto l'approvazione normativa. Un biosimilare proposto deve essere comparabile con l'anticorpo creatore rispetto alla sua struttura, la funzione, la tossicità animale, la sicurezza e l'efficacia clinica, la farmacocinetica umani (PK), farmacodinamica (PD) e l'immunogenicità 5, 6.
L'approvazione RAtes di anticorpi biosimilari sono stati lenti a causa dei rigidi vincoli sulla qualità finale del prodotto. I processi di produzione esatte, come linee cellulari e condizioni di coltura specifici attraverso le fasi di lavorazione finali possono rimanere proprietaria. Inoltre, la produzione di anticorpi comporta intrinsecamente una certa variabilità che può aggiungere alla sfida di produrre un prodotto altamente simile. Una caratterizzazione fisico-chimiche e biofisica completa e il confronto è abbastanza difficile, ma una serie di studi che dimostrano le caratteristiche di anticorpi biosimilari stanno emergendo nella letteratura 7, 8, 9.
Generazione di un anticorpo terapeutico inizia con la trasfezione di cellule ospiti di mammifero con un vettore che trasporta i geni per il rispettivo anticorpo. disegno vettoriale, condizioni della linea e di coltura cellulare sono considerazioni chiave per la creazione di exsistema di pressione.
Le sequenze di DNA di anticorpi possono essere di provenienza da Drug Bank (www.drugbank.ca), IMGT (www.igmt.org) o pubblicazioni di ricerca, tra cui brevetti. Ad esempio, la sequenza di trastuzumab è disponibile attraverso Drug Bank (DB ID: DB00072). La sequenza aminoacidica delle regioni variabili può subire Gene design e di ottimizzazione per la sintesi nella specie ospite desiderati. E 'importante per un anticorpo biosimilare che nessuna modifica è finalizzata sequenza amminoacidica. Una volta sintetizzato, geni anticorpali possono essere subclonate nel caso vettore di scelta.
anticorpi IgG umane sono costituite da due catene pesanti identiche e due catene leggere identici. Espressione strettamente regolata entrambe le catene è essenziale per la produzione ottimale di proteine IgG eterologa in cellule di mammifero 10. Intra nonché legami disolfuro inter-catena deve essere formato e una serie di modificazioni post-traduzionali devono essere introdotti durante biosintesi delle proteine. Un certo numero di vettori sono disponibili che sono stati progettati specificamente per esprimere geni anticorpali (fare riferimento alla tabella dei materiali). Questi vettori specifici anticorpi di solito esprimono le regioni costanti per catene sia pesanti e leggere in modo che solo le regioni variabili di ogni catena richiedono clonazione.
Trasfezione delle cellule con due costrutti indipendenti (co-trasfezione) è l'approccio più comune per la distribuzione di geni pesanti e leggeri a catena-codifica. Cioè, ogni gene è azionato da un proprio promotore e trascritto come catene anticorpali separati prima di essere assemblato nel reticolo endoplasmatico. D'altra parte, vettori multi-cistronic hanno elementi interni voce sito ribosoma (IRES) incorporate che consentono l'espressione di geni multipli come un singolo mRNA trascritto con traduzione consentita dalle regioni interne del mRNA 11. In questo esempio, i geni pesanti e leggere catena codificanti sono accoppiati in un arrangement per ottenere co-espressione di entrambe le catene di anticorpi 10, 12.
Mentre le cellule trasfettate producono proteine sufficiente per eseguire un numero limitato di esperimenti, linee cellulari stabilmente transfettate che sono sottoposti a selezione per l'integrazione del genoma possono fornire rese più elevate. Importi proteico superiore consentono sviluppo di saggi relativi alla caratterizzazione in vitro e possono fornire un'indicazione della qualità anticorpi in considerazione per applicazioni a valle come linea cellulare clonale e selezione dei candidati piombo.
L'obiettivo di questo articolo è descrivere l'espressione stabile e purificazione di un anticorpo terapeutico prodotta in un sistema di espressione di mammifero. Infatti, questo metodo può essere applicato per l'espressione di un anticorpo biosimilare. Il metodo può essere utilizzato per la caratterizzazione iniziale di anticorpi prima di procedere alla critica, seppur ste tempops di identificare un clone auspicabile per ingrandire fabbricazione scala. Inoltre, questo metodo può essere usato per esprimere altre proteine e non solo anticorpi.
Il seguente protocollo dettagliato descrive l'espressione di terapeutica trastuzumab anticorpi. Questa consiste nella preparazione del DNA vettoriale seguita da trasfezione stabile in cellule HEK-293 e purificazione di proteine anticorpi con un metodo cromatografico automatizzato.
Nota: un adeguato mammiferi vettore di espressione deve essere utilizzato per questo protocollo. Qui, viene utilizzato un singolo costrutto contenente due cassette di espressione (cioè espressione catena pesante e leggera è guidato dai promotori separate). Trastuzumab catene pesanti e leggere sono stati precedentemente clonati nel vettore. Questo vettore è stato un regalo da Andrew Beavil, ottenuta attraverso un repository plasmide profitto non-per-13.
1. Il recupero e scale-up di vettore DNA
NOTA: Vector DNA è stato ricevuto come una cultura pugnalata soft agar in Escherichia coli XL-1 Blue ceppo; vettore trasporta resistenza Hygromycin.
2. Trasfezione stabile di cellule HEK-293
3. Large Scale produzione di anticorpi da lotto Erbaiuto Cultura
NOTA: La produzione di anticorpi può essere seguita su dal punto 2.11 dove le cellule esistenti vengono espanse per la densità cellulare desiderato in base al volume della cultura overgrow batch per essere messa a punto. Altrimenti, le cellule che sono stati scongelati da crioconservazione iniziano in questa fase, una volta espanso ad una densità cellulare appropriata e volume. Vari supplementi di coltura possono essere utilizzate per ottimizzare la produzione di anticorpi; l'uso di triptone per aumentare la resa degli anticorpi è dimostrato in questo protocollo.
4. Anticorpo Purificazione per affinità e cromatografia utilizzo di un cromatografia liquida automatica veloce Protein (FPLC) Sistema
NOTA: La seguente procedura può essere generalmente applicata a sistemi più automatizzati. La purificazione può essere eseguita a temperatura ambiente oa 4 ° C (se il sistema FPLC è conservato in una camera fredda).Una serie di test di scouting può essere eseguita per individuare le condizioni ottimali di depurazione tra cui matrice colonna appropriata, tampone, tampone di eluizione e pH vincolante per garantire il massimo recupero di anticorpo purificato dai media condizionati (fare riferimento alla sezione Risultati). Le condizioni ottimali dipendono anticorpi o proteine di essere purificati. Purificazioni sono stati eseguiti su un sistema FPLC automatizzato. Purificazioni state eseguite a temperatura ambiente usando una proteina 5 ml Una colonna.
Produzione stabile di trastuzumab per trasfettate cellule HEK-293 è stata confermata mediante interferometria bio-layer (BLI), come illustrato nella figura 1. Una curva standard IgG è stato generato misurando il tasso di legame tra un anticorpo standard di IgG e proteina A biosensore (Figura 1A). Il campione supernatante grezzo viene misurata analogamente, quindi la sua concentrazione interpolati dalla curva standard (Figura 1B). La co...
Dettagli Questo protocollo transfezione, espressione stabile e la purificazione di un anticorpo terapeutico in cellule HEK-293. espressione stabile di geni anticorpali è il primo passo nel generare una linea cellulare anticorpo-producendo per lo sviluppo e la fabbricazione di un anticorpo terapeutico. Mentre ovariche di criceto cinese (CHO) cellule rimangono la piattaforma espressione di scelta per le proteine terapeutiche, la linea di cellule HEK-293 sta guadagnando importanza con la consapevolezza che le protei...
The authors declare that they have no competing financial interests.
The research was supported by the University of Sydney. pVITRO1-Trastuzumab-IgG1/κ was a gift from Andrew Beavil (Addgene plasmid # 61883). We thank Tihomir S. Dodev for useful discussions regarding pVITRO1-Trastuzumab-IgG1/κ.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
pFUSE vector series | InvivoGen | N/A | Heavy and light antibody genes expressed in separate vectors that require co-transfection. |
mAbXpress vector series | ACYTE Biotech Pty Ltd. | Heavy and light antibody genes expressed in separate vectors that require co-transfection. Refer to: Jones, M. L. et al. A method for rapid, ligation-independent reformatting of recombinant monoclonal antibodies. J Immunol Methods. 354 (1-2), 85-90, doi:10.1016/j.jim.2010.02.001, (2010). | |
pVITRO1 vector | N/A | N/A | Heavy and light antibody genes are each driven by a separate promoter in a single vector. Refer to: Dodev, T. S. et al. A tool kit for rapid cloning and expression of recombinant antibodies. Sci Rep. 4 5885, doi:10.1038/srep05885, (2014). |
GS vector series | Lonza | Multi-cistronic vector with heavy and light antibody genes co-expressed and translated as single transcript. | |
Multi-cistronic vector series 1 | N/A | N/A | Multi-cistronic vector with heavy and light antibody genes co-expressed and translated as single transcript. Refer to: Li, J. et al. A comparative study of different vector designs for the mammalian expression of recombinant IgG antibodies. J Immunol Methods. 318 (1-2), 113-124, doi:10.1016/j.jim.2006.10.010, (2007). |
Multi-cistronic vector series 2 | N/A | N/A | Multi-cistronic vector with heavy and light antibody genes co-expressed and translated as single transcript. Refer to: Ho, S. C. et al. IRES-mediated Tricistronic vectors for enhancing generation of high monoclonal antibody expressing CHO cell lines. J Biotechnol. 157 (1), 130-139, doi:10.1016/j.jbiotec.2011.09.023, (2012). |
pVITRO1-Trastuzumab-IgG1/κ | Addgene | 61883 | Mammalian expression vector containing trastuzumab antibody genes with hygromycin resistance gene; pVITRO1-Trastuzumab-IgG1/κ was a gift from Andrew Beavil. |
Fast-Media Hygro Agar | Jomar Life Research | fas-hg-s | Used to prepare low salt LB agar containing 75 µg/ml hygromycin. |
Fast-Media Hygro TB | Jomar Life Research | fas-hg-l | Used to prepare low salt TB broth containing 75 µg/ml hygromycin. |
Glycerol, BioXtra, ≥99% | Sigma-Aldrich | G6279 | Prepare to 80% with water and autoclave. Store at room temperature. |
Jestar 2.0/LFU Plasmid Maxi Kit | Astral Scientific | G221020 | Plasmid Maxi Prep Kit; elute or resuspend DNA in water (pH 7.0-8.5). |
FreeStyle 293-F Cells | Life Technologies | R790-07 | HEK-293 cell line adapted to suspension culture in serum-free media. |
FreeStyle 293 Expression Medium | Life Technologies | 12338-018 | Serum-free media specially formulated for maintaing 293-F cell line and high protein expression. |
Kolliphor P188 | Sigma-Aldrich | K4894 | Non-ionic surfactant; pluronic F-68; prepare to 10% in water and filter-sterilize using 0.22 μm filter. Store at 4 °C. |
DMEM, high glucose | Life Technologies | 11995-065 | |
Heat-Inactivated Foetal Bovine Serum | Life Technologies | 10082-147 | |
Polyethylenimine, Linear, MW 25,000 | Polysciences, Inc. | 23966 | Prepare to 1 mg/ml in water. Adjust to pH 7.0 with 1 M HCl (solution becomes clear) and filter-sterilize using 0.22 μm filter. Store at -80 °C until use. |
OptiPro SFM | Life Technologies | 12309-050 | Transfection formulated serum-free media |
Hygromycin B Solution | Jomar Life Research | ant-hg-1 | |
Dimethylsulphoxide (DMSO) | Thermo Fisher Scientific | AJA2225 | |
Tryptone (casein peptone) | Thermo Fisher Scientific | LP0042B | Prepare to 20% in PBS and filter-sterilize using 0.22 μm filter. Store at 4 °C. |
Phosphate Buffered Saline (PBS) Tablets, pH 7.4, 100 ml | Astral Scientific | 09-2051-100 | |
HiTrap Protein A High Performance, 1 x 5 ml column | Sigma-Aldrich | GE17-0403-01 | |
AKTApurifier 100 | GE Healthcare | 28406266 | Automated FPLC system, which can include a P-960 sample pump and Frac-920 fraction collector. |
Glycine-HCl | Sigma-Aldrich | G2879 | |
Citric Acid, monohydrate | Astral Scientific | BIOC2123 | |
Sodium Citrate, trisodium salt dihydrate | Astral Scientific | BIOCB0035 | |
1 M Tris-HCl solution pH 9.0 | Astral Scientific | BIOSD8146 | |
Amicon Ultra Centrifugal Filters (30 MWCO) | Merck Millipore | UFC803008/UFC903008 | Used to buffer exchange and concentrate purified protein. |
Pierce Bicinchoninic Acid (BCA) Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23227 | |
BLItz System | fortéBIO | 45-5000 | Instrument used for bio-layer interferometry (BLI) measurements. |
Protein A biosensors | fortéBIO | 18-5010 | |
Acrylamide/Bisacrylamide (37.5:1), 40% solution | Astral Scientific | 786-502 | |
Ammonium Persulfate (APS) | Astral Scientific | AM0486 | |
TEMED | Astral Scientific | AM0761 | |
Coomassie Brilliant Blue R-250 | Astral Scientific | 786-498 | |
Precision Plus Dual-Color Protein Standard | Bio-Rad | 1610374 |
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