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Aplicaciones de la novedosa resina de afinidad
Hemos demostrado que las resinas de cromatografía de afinidad personalizadas para la captura de mAbs se pueden fabricar inmovilizando un ligando que contiene un epítopo específico de mAb a agarosa reticulada activada por el NHS. Para diseñar una resina de este tipo, era necesario conocer la secuencia del epítopo y utilizar un epítopo lineal. Las resinas resultantes son ventajosas para la captura de mAbs porque potencialmente podrían reemplazar costosas etapas de cromatografía de afinidad de proteína A. La interacción entre 2F5 y DFE en nuestro estudio de caso fue mediada por la unión epítopo-paratopo, por lo que nuestro ligando debe ser más selectivo que la proteína A, que se une a la región Fc de la mayoría de los IgG muriyenos. Debido a que se necesitan ligandos individuales para cada mAb, nuestro método puede parecer inicialmente adecuado principalmente para anticuerpos que se producen a gran escala. Sin embargo, al combinar nuestro enfoque con la expresión rápida de proteínas transitorias a base de plantas, se pueden preparar nuevos ligandos de afinidad en menos de 2 semanas27 con un esfuerzo mínimode 28. Por lo tanto, el método también es adecuado para la purificación de mAb a pequeña escala.
Producción y posibles mejoras del ligando de afinidad
Las plantas ofrecen una plataforma deproducción rápida y segura para ligandos de afinidad 5,29,30,como la proteína de fusión DFE que aparece en nuestro caso práctico. El blanqueamiento del material vegetal redujo en gran medida la cantidad de proteínas de células huésped en un solo paso y se integró fácilmente en una rutina de clarificación estándar. Sin embargo, la recuperación del ligando fue baja en la configuración actual, probablemente debido a su moderada estabilidad térmica y alguna unión no específica a las capas de filtro, como se informó para otros productos31,32,33. Por lo tanto, la ingeniería del portador para aumentar su estabilidad térmica puede ayudar a mejorar el rendimiento del ligando en el futuro, como se describe para la vacuna contra la malaria candidata CCT, la enzima antitumoral PpADI o una mesofílica -glucosidasa34, 35,36. Lo mismo se aplica para el paso de filtración de profundidad, donde la ingeniería de proteínas puede ayudar a reducir la unión no específica al material filtrante37. Los costes de producción de DFE y ligandos similares también podrían reducirse mejorando la eficiencia general de la clarificación utilizando floculantes o aditivos filtrantes38,39.
Cuando DsRed se utiliza como portador, forma un complejo tetramírico. Esto es ventajoso porque aumenta el número de epítopos por ligando, pero también puede hacer que el ligando sea más susceptible al desmontaje o desnaturalización durante la cromatografía de afinidad. Por lo tanto, puede ser preferible una proteína portadora monomérica como mCherry, ya que es estable a un pH bajode 40,y la inclusión de repeticiones en tándem del epítopo aumentaría la avidez del ligando y, por lo tanto, aumentaría la capacidad de resina5, 26 , 41. Para proteínas simples portadoras-epítopos (es decir, aquellas sin enlaces dissulfuros o modificaciones post-traduccionales), los sistemas de producción microbiana pueden reducir los costos de fabricación y hacer que los ligandos sean más competitivos con la proteína A. Por ejemplo, la proteína fluorescente verde se ha expresado en células bacterianas con un rendimiento de 1 kg de peso-1 de biomasa, lo que reduciría significativamente los costes de producción de ligandos42.
Independientemente del host de expresión, se requería un ligando de afinidad purificado durante el acoplamiento para minimizar la inmovilización de proteínas de células huésped o componentes de medios que de otro modo podrían reducir la selectividad y la capacidad de resina. La inclusión de una etiqueta de polihistidina para la purificación IMAC aumentó la pureza al 90% en un solo paso, facilitando una producción rápida y económica de ligandos5,43,44. Sin embargo, la posición de la etiqueta de fusión es importante porque tiene el potencial de obstaculizar stericamente la unión de epítopos o para inducir el escote de la etiqueta o el epítopo del portador45,46.
Inmovilización del ligando de afinidad en columnas de cromatografía activadas por el NHS
La inmovilización se llevó a cabo manualmente o utilizando un sistema de cromatografía. Los pequeños volúmenes de búfer por columna parecían favorecer la manipulación manual (por ejemplo, debido a los volúmenes mínimos de residuos). Sin embargo, si se necesitan columnas múltiples/más grandes, el sistema de cromatografía facilita el control de las condiciones de acoplamiento (por ejemplo, caudales regulados) y, por lo tanto, es más probable que obtenga resultados reproducibles en términos de DBC. Nuestros datos sugieren que el búfer de acoplamiento y el pH tienen un efecto importante en la eficiencia del acoplamiento y los costos generales de las columnas. Por lo tanto, los factores de cribado que influyen en la reacción de acoplamiento y su ajuste para cada proteína portadora (o incluso para cada fusión portadora-ligand) podrían mejorar la eficiencia del acoplamiento y el rendimiento de la resina, y recomendamos este enfoque.
Prueba del aislamiento 2F5 con la resina de afinidad DFE
El rendimiento y la pureza del producto son aspectos importantes del rendimiento de la resina, y en el caso de DFE logramos un rendimiento de 105 a 11% (SD, n-3) y una pureza de 97 a 3% (SD, n-3), que es comparable con el rendimiento de las resinas de referencia de proteína A25 ,26. Otro indicador clave de rendimiento para las resinas en general (y particularmente para aquellas basadas en ligandos de afinidad) es el DBC en el 10% de avance del producto, ya que este parámetro afecta a la cantidad de resina necesaria para un proceso específico y, por lo tanto, a los costos. Para el ligando DFE, el DBC inicial era de 4 g L-1 resina, que es el 13% del valor correspondiente para la proteína A en condiciones similares (sólo 2 min de tiempo de contacto)25,47 pero aproximadamente 15 veces más alto en comparación con otras resinas de afinidad personalizadas como la ligando anti-FSH-inmunoafinidad utilizando el mismo tiempo de residencia de 2 min48. El DBC de DFE disminuyó al 15% del valor inicial después de 25 ciclos de unión y eluto, mientras que se requieren más de 50 ciclos para la misma pérdida de DBC en resinas comerciales de proteína A49. Sin embargo, es importante tener en cuenta que nuestro transportista aún no ha sido optimizado en la misma medida que la proteína A, que ha sido investigada y mejorada exhaustivamente en las últimas cuatro décadas8.
Hasta ahora hemos mejorado la estabilidad de la resina y la recuperación del producto al cambiar de un tampón de elución de bajo pH a una alta concentración de cloruro de magnesio (Figura3), como se recomendó en estudios anteriores13. El característico color rojo del ligando de afinidad no se desvaneció sustancialmente durante los 25 ciclos de unión y eluto, por lo que especulamos que las proteasas vegetales endógenas en los extractos vegetales clarificados31 pueden haberse truncado y, por lo tanto, inactivado el epítopo de el ligando. Por lo tanto, el diseño de enlaces resistentes a la proteasa para conectar el portador y el epítopo puede ayudar a mantener el DBC inicial durante un número prolongado de ciclos. Dada la rápida y sencilla expresión y purificación del ligando DFE, su acoplamiento directo a las resinas de cromatografía comercial, y su excelente rendimiento y pureza del producto, creemos que nuestro método ofrece una alternativa adecuada a la Proteína A para el purificación de mAbs y derivados de anticuerpos que no se unen a la proteína A, especialmente si las mejoras en el portador y el vinculador pueden mejorar el DBC y la estabilidad del ligando. Esta suposición fue apoyada por la pequeña diferencia en la constante de disociación de DFE-purificado y proteína A-purificado 2F5 anticuerpo5, lo que indica que nuestro nuevo ligando de afinidad permite la recuperación de mAbs de alta calidad.
Beneficios y limitaciones actuales del método
Producir el ligando de afinidad como fusión genética con una proteína portadora aumenta la solubilidad en los tampones acuosos y, por lo tanto, la compatibilidad con las condiciones típicas de acoplamiento de ligandos. Por el contrario, los péptidos en blanco derivados de la síntesis de péptidos de fase sólida pueden tener solubilidad limitada en estas condiciones debido a su secuencia50,que no se puede cambiar porque está dictada por la secuencia de aminoácidos del epítopo reconocida por el mAb a ser purificado. Otros han utilizado por lo tanto unasíntesis en resina de ligandos peptídor51 . La capacidad de unión estática de la resina resultante fue alta (80 g L-1), pero el proceso de preparación de la resina es largo, no se informó de una capacidad de unión dinámica y la pureza y recuperación obtenidas fueron menores que en nuestro enfoque. Una ventaja adicional de un ligando de proteína de fusión en escala de laboratorio es que el ligando y sus variantes se pueden producir, purificar y probar rápidamente con el mínimo esfuerzo en un sistema de expresión de alta distancia fácil de usar52.
Las dos limitaciones de corriente del método que se presenta aquí son la baja capacidad de unión dinámica de 3 g L-1 y su reducción del 90% en el transcurso de 25 ciclos de enlace y eluto5. Estas limitaciones se pueden abordar en el futuro aplicando condiciones de carga menos estrictas y reemplazando el portaaviones DsRed actual por una variante de ingeniería más estable, respectivamente. Por ejemplo, duplicar el tiempo de contacto actual de 2 a 4 minutos tiene el potencial de duplicar la capacidad de unión dinámica como se mostró para algunas resinas de proteína A26.
Solución de problemas
En la tabla siguiente se destacan los posibles problemas que se pueden encontrar durante este protocolo y se proporcionan sugerencias sobre cómo resolverlos (Tabla 1).
| Tabla 1: Posibles problemas que se pueden encontrar y posibles correcciones. |
| Paso del protocolo | Problema | Couse | Arreglar |
| 1 | Las plantas no crecen | Condiciones de crecimiento comprometidas | Comprobar el pH y la conductividad del fertilizante |
| | | Compruebe las condiciones de temperatura y luz |
| 2 y 3 | Grandes cantidades de proteínas de células huésped están presentes después de la extracción | Precipitaciones incompletas | Compruebe la temperatura durante el blanqueamiento |
| | | Compruebe la agitación en el baño blanqueado |
| 2 y 3 | No se ha encontrado ningún producto en el extracto de la planta | Temperatura de blanqueo demasiado alta | Comprobar la temperatura y el pH durante el blanqueamiento |
| | pH en el tampón de blanqueo demasiado bajo | |
| 3 | Las partes grandes del tallo o de la hoja permanecen después de la extracción | Mezcla incompleta en licuadora | Asegúrese de que el material vegetal no forme un enchufe en la licuadora |
| 3 | Aumento rápido de la presión durante la filtración de profundidad | Selección y/o orientación incorrecta del filtro | Compruebe el tipo de filtro y la orientación |
| 4 | Pequeña proteína de fusión durante la elución / una gran cantidad de proteína de fusión en flujo a través | La resina IMAC no se cargó con iones metálicos | Compruebe si la resina IMAC se cargó correctamente con iones |
| | La proteína de fusión perdió la etiqueta de afinidad | Evite la luz solar intensa y las altas temperaturas durante el cultivo de las plantas |
| 4 | Proteína de fusión perdida durante la concentración | Proteína de fusión unida a la membrana | Compruebe el tipo de membrana |
| | | Asegúrese de que el factor de concentración no fuera demasiado alto |
| 5 | Bajo rendimiento de acoplamiento | Secuencia incorrecta de adición de reactivos de acoplamiento | Compruebe las etiquetas de los reactivos y la secuencia de adición |
| | Preparación incorrecta de las columnas antes del acoplamiento | Compruebe las condiciones de la preparación de la columna |
| 5 y 6 | Bajo rendimiento de mAb | Baja expresión de mAb en la biomasa vegetal | Prueba de expresión de mAb en biomasa |
| | Baja densidad de ligando | Compruebe la pureza de la preparación de proteínas de fusión |
| 7 | Concentraciones de proteínas muy bajas/altas en el ensayo Bradford | Formación de burbujas durante el pipeteo | Compruebe si hay burbujas en el palte de 96 polos |
| 7 | Baja concentración de mAb durante la medición de SPR | Proteína comprometida Un chip | Comparar con los resultados de mAb estándar con concentración conocida |
| | Dilución incorrecta de la muestra | Compruebe la tasa de dilución y el búfer |
Tabla 1: Disparo de problemas.