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Applications de la résine d'affinité nouvelle
Nous avons montré que les résines de chromatographie d'affinité personnalisées pour la capture des mAbs peuvent être fabriquées en immobilisant un ligand contenant un épitope spécifique au mAb à l'agarose interconnectée activée par le NHS. Pour concevoir une telle résine, il était nécessaire de connaître la séquence de l'épitope et d'utiliser un épitope linéaire. Les résines résultantes sont avantageuses pour la capture des mAbs parce qu'elles pourraient potentiellement remplacer les étapes coûteuses de chromatographie d'affinité de protéine A. L'interaction entre 2F5 et DFE dans notre étude de cas a été négociée par la liaison d'épitope-paratope, ainsi notre ligand devrait être plus sélectif que la protéine A, qui se lie à la région de Fc de la plupart des IgGs murines et humains. Étant donné que des ligands individuels sont nécessaires pour chaque abor, notre méthode peut sembler d'abord adaptée principalement aux anticorps qui sont produits à très grande échelle. Cependant, en combinant notre approche avec l'expression rapide de protéine transitoire à base de plantes, de nouveaux ligands d'affinité peuvent être préparés en moins de 2 semaines27 avec un effort minimal28. Par conséquent, la méthode est également adaptée pour la purification à petite échelle mAb.
Production et améliorations potentielles du ligand d'affinité
Les plantes offrent une plate-forme de production rapide et sûre pour les ligands d'affinité5,29,30, comme la protéine de fusion DFE en vedette dans notre étude de cas. Blanchir le matériel végétal a considérablement réduit la quantité de protéines cellulaires hôtes en une seule étape et a été facilement intégré dans une routine de clarification standard. Cependant, la récupération du ligand a été faible dans la configuration actuelle, probablement en raison de sa stabilité thermique modérée et une certaine liaison non spécifique aux couches de filtre, comme indiqué pour d'autres produits31,32,33. L'ingénierie du transporteur pour augmenter sa stabilité thermique peut donc aider à améliorer le rendement ligand à l'avenir, comme décrit pour le vaccin antipaludique candidat CCT, l'enzyme antitumorale PpADI ou un mésophile -glucosidase34, 35,36. Il en va de même pour l'étape de filtration en profondeur, où l'ingénierie des protéines peut aider à réduire la liaison non spécifique au matériau filtrant37. Les coûts de production de DFE et de ligands similaires pourraient également être réduits en améliorant l'efficacité globale de la clarification à l'aide de flocculants ou d'additifs de filtre38,39.
Lorsque DsRed est utilisé comme transporteur, il forme un complexe tétratérique. Ceci est avantageux parce qu'il augmente le nombre d'épitopes par ligand, mais il peut également rendre le ligand plus susceptible de démontage ou de dénaturation pendant la chromatographie d'affinité. Une protéine porteuse monomérique telle que mCherry peut donc être préférable, parce qu'elle est stable à faible pH40, et l'inclusion de répétitions en tandem de l'épitopie augmenterait l'avidité du ligand et augmenterait ainsi la capacité de résine5, 26 Annonces , 41. Pour les protéines simples de porteur-épitope (c.-à-d., celles sans liaisons de disulfure ou modifications post-traductionnelles), les systèmes de production microbiennepeuvent peuvent réduire les coûts de fabrication et rendre les ligands plus compétitifs par rapport aux protéines A. Par exemple, la protéine fluorescente verte a été exprimée dans les cellules bactériennes avec un rendement de 1 gkg-1 biomasse, ce qui réduirait considérablement les coûts de production de ligand42 .
Indépendamment de l'hôte d'expression, un ligand purifié d'affinité a été exigé pendant l'accouplement pour réduire au minimum l'immobilisation des protéines de cellules d'hôte ou des composants de médias qui peuvent autrement réduire la sélectivité et la capacité de résine. L'inclusion d'une étiquette de poly-histidine pour la purification IMAC a augmenté la pureté à 90% en une seule étape, facilitant la production rapide et peu coûteuse de ligand5,43,44. Cependant, la position de l'étiquette de fusion est importante parce qu'elle a le potentiel d'entraver stérilement la liaison d'épitope ou d'induire le clivage de l'étiquette ou de l'épitope du porteur45,46.
Immobilisation du ligand d'affinité sur les colonnes de chromatographie activées par le NHS
L'immobilisation a été effectuée manuellement ou à l'aide d'un système de chromatographie. Les petits volumes tampons par colonne semblaient favoriser la manipulation manuelle (par exemple, en raison des volumes de déchets minimes). Toutefois, si des colonnes multiples/plus grandes sont nécessaires, le système de chromatographie facilite le couplage des conditions de couplage (p. ex., les débits réglementés) et est donc plus susceptible d'obtenir des résultats reproductibles en termes de DBC. Nos données suggèrent que le tampon de couplage et le pH ont un effet important sur l'efficacité du couplage et les coûts globaux de la colonne. Les facteurs de dépistage qui influencent la réaction d'accouplement et leur ajustement pour chaque protéine porteuse (ou même pour chaque fusion transporteur-ligand) pourraient donc améliorer l'efficacité du couplage et la performance de la résine, et nous recommandons cette approche.
Test de l'isolement 2F5 à l'aide de la résine d'affinité DFE
Le rendement et la pureté du produit sont des aspects importants de la performance de la résine, et dans le cas de DFE, nous avons obtenu un rendement de 105 à 11 % (SD, n-3) et une pureté de 97 à 3 % (SD, n-3), ce qui est comparable à la performance des résines de référence de protéines A25. ,26. Un autre indicateur de performance clé pour les résines en général (et en particulier pour celles basées sur les ligands d'affinité) est le DBC à 10% percée du produit, parce que ce paramètre affecte la quantité de résine nécessaire pour un processus spécifique et donc les coûts. Pour le ligand DFE, le DBC initial était de 4 g La résine L-1, qui est de 13 % de la valeur correspondante de la protéine A dans des conditions similaires (seulement 2 min de temps de contact)25,47, mais environ 15 fois plus élevée par rapport à d'autres résines d'affinité personnalisées telles que le ligand anti-FSH-immunoaffinity utilisant le même temps de résidence de 2 min48. Le DBC de DFE a diminué à 15% de la valeur de départ après 25 cycles de liaison et d'elute, tandis que plus de 50 cycles sont nécessaires pour la même perte de DBC dans les résines commerciales de protéine A49. Cependant, il est important de noter que notre transporteur n'a pas encore été optimisé dans la même mesure que la protéine A, qui a fait l'objet d'une enquête approfondie et a été améliorée au cours des quatre dernières décennies8.
Jusqu'à présent, nous avons amélioré la stabilité de la résine et la récupération du produit en passant d'un tampon d'élution à faible pH à une forte concentration de chlorure de magnésium (Figure 3), comme recommandé dans les études antérieures13. La couleur rouge caractéristique du ligand d'affinité ne s'est pas fondue sensiblement pendant les 25 cycles de liaison-et-elute, ainsi nous spéculons que les protéases endogènes de plante dans les extraits clarifiés de plante31 ont pu tronqué et ainsi inactivé l'épitope de le ligand. Par conséquent, la conception de liaisons résistantes à la protéase pour connecter le transporteur et l'épitographe peut aider à maintenir le DBC initial sur un nombre prolongé de cycles. Compte tenu de l'expression rapide et simple et la purification de la ligand DFE, son couplage simple à des résines de chromatographie commerciale, et son excellent rendement du produit et la pureté, nous croyons que notre méthode offre une alternative appropriée à la protéine A pour le la purification des mAbs et des dérivés d'anticorps qui ne se lient pas à la protéine A, particulièrement si des améliorations au porteur et au lien peuvent améliorer la stabilité de DBC et de ligand. Cette hypothèse a été soutenue par la petite différence dans la constante de dissociation de DFE-purifié et protéine A-purifié 2F5 anticorps5, indiquant que notre nouvelle ligand d'affinité permet la récupération des mAbs de haute qualité.
Avantages et limites actuelles de la méthode
La production du ligand d'affinité comme fusion génétique avec une protéine porteuse augmente la solubilité dans les tampons aqueux et donc la compatibilité avec les conditions typiques de couplage ligand. En revanche, les peptides vides dérivés de la synthèse de peptide de phase solide peuvent avoir la solubilité limitée dans ces conditions dues à leur séquence50, qui ne peut pas être changée parce qu'elle est dictée par la séquence d'acide aminé de l'épitope identifiée par le mAb à être purifiés. D'autres ont donc utilisé une synthèse sur la résine des ligands peptides51. La capacité de liaison statique de la résine résultante était élevée (80 g L-1), mais le processus de préparation de la résine est long, une capacité de liaison dynamique n'a pas été signalée et la pureté et la récupération obtenues étaient inférieures à celles de notre approche. Un autre avantage d'un ligand de protéine de fusion à l'échelle de laboratoire est que le ligand et les variantes de celui-ci peuvent être rapidement produits, purifiés et éprouvés avec l'effort minimal dans un système d'expression à haute durée facile à utiliser52.
Les deux limites actuelles de la méthode présentée ici sont la faible capacité de liaison dynamique de 3 g L-1 et sa réduction de 90% au cours de 25 cycles de liaison et d'elute5. Ces limitations peuvent être corrigées à l'avenir en appliquant des conditions de chargement moins strictes et en remplaçant le transporteur DsRed actuel par une variante modifiée et plus stable respectivement. Par exemple, doubler le temps de contact actuel de 2 à 4 minutes a le potentiel de doubler la capacité de liaison dynamique comme cela a été montré pour certaines résines de protéine A26.
dépannage
Le tableau suivant met en évidence les problèmes potentiels qui peuvent être rencontrés au cours de ce protocole et fournit des conseils sur la façon de les résoudre (tableau 1).
| Tableau 1 : Problèmes potentiels qui peuvent être rencontrés et solutions possibles. |
| Étape du protocole | problème | Couse | réparer |
| 1 | Les plantes ne poussent pas | Conditions de croissance compromises | Vérifier le pH et la conductivité de l'engrais |
| | | Vérifier la température et les conditions de lumière |
| 2 et 3 | De grandes quantités de protéines cellulaires hôtes sont présentes après extraction | Précipitations incomplètes | Vérifier la température pendant le blanchiment |
| | | Vérifier l'agitation dans le bain blanchissant |
| 2 et 3 | Aucun produit trouvé dans l'extrait de plante | Température de blanchiment trop élevée | Vérifier la température et le pH pendant le blanchiment |
| | pH dans le tampon de blanchiment trop bas | |
| 3 | De grandes parties de tige ou de feuille restent après extraction | Mélange incomplet dans le mélangeur | Assurez-vous que le matériel végétal ne forme pas de prise dans le mélangeur |
| 3 | Augmentation rapide de la pression pendant la filtration de profondeur | Sélection et/ou orientation incorrectes du filtre | Vérifier le type de filtre et l'orientation |
| 4 | Petite protéine de fusion pendant l'élution / beaucoup de protéine de fusion dans le flux à travers | La résine IMAC n'a pas été accusée d'ions métalliques | Vérifiez si la résine IMAC a été correctement chargée d'ions |
| | La protéine de fusion a perdu l'étiquette d'affinité | Évitez la lumière du soleil intense et les températures élevées pendant la culture des plantes |
| 4 | Protéine de fusion perdue pendant la concentration | Protéine de fusion liée à la membrane | Vérifier le type de membrane |
| | | Assurez-vous que le facteur de concentration n'était pas trop élevé |
| 5 | Faible rendement d'accouplement | Séquence incorrecte de l'ajout de réactif d'accouplement | Vérifier les étiquettes des réactifs et la séquence d'ajout |
| | Préparation incorrecte des colonnes avant le couplage | Vérifier les conditions de la colonne preparaiton |
| 5 et 6 | Faible rendement mAb | Faible expression de mAb dans la biomasse végétale | Expression de mAb d'essai dans la biomasse |
| | Faible densité de ligands | Vérifier la pureté de la préparation des protéines de fusion |
| 7 | Concentrations de protéines très faibles/élevées dans l'état d'œil de Bradford | Formation de bulle pendant le tuyauterie | Vérifiez les bulles dans le 96-well palte |
| 7 | Faible concentration de mAb pendant la mesure SPR | Protéines compromises Une puce | Comparer avec les résultats du mAb standard avec concentration connue |
| | Dilution incorrecte de l'échantillon | Vérifier le taux de dilution et le tampon |
Tableau 1 : Dépannage.