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Biochemistry

Laboratorio scala di produzione e purificazione di un anticorpo terapeutico

Published: January 24, 2017 doi: 10.3791/55153

Summary

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.

Introduction

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.

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Protocol

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.

  1. Inserire una pugnalata inoculo sterile o ad anello in agar morbido della cultura coltellata poi si depositano su una Luria Bertani (LB) piastra di agar preparata con 75 mg / ml Hygromycin per colonie isolate. Incubare la piastra a 37 ° C per 18-24 ore.
  2. Inoculare una singola colonia in 5 ml di brodo Terrific (TB) contenente 75 mg / ml Hygromycin. Incubate la cultura a 37 ° C per 18-24 ore con 225 giri al minuto agitazione.
  3. Utilizzare la cultura durante la notte per preparare uno stock di glicerolo di DNA vettore mescolando delicatamente 800 ml di cultura con 200 ml 80% glicerolo in una provetta Microbank ™ e congelamento a -80 ° C.
    1. Aggiungere 100 ml di coltura durante la notte a 100 ml TB contenente 75 ug / ml in un pallone Hygromycin agitatore confuso (cioè 1 / 1.000 diluizione). Incubare la coltura a 37 ° C per 18-24 ore con 225 giri al minuto agitazione.
  4. Dopo cultura durante la notte, estrarre e purificare il DNA in base alle istruzioni del kit di preparazione midi / maxi con la seguente eccezione del fabbricante; durante la fase, eluire o risospendere finale del DNA con acqua (pH 7,0-8,5).
  5. Controllare la concentrazione e la purezza di DNA da letture di assorbanza a 260 e 280 nm quindi memorizzare DNA a -20 ° C.
    NOTA: opzionale (altamente consigliato): la sequenza DNA utilizzando primer specifici vettore per confermare l'identità.

2. Trasfezione stabile di cellule HEK-293

  1. Crescere e mantenere HEK-293 cellule (cellule sospensioni) secondo protocolli standard in mezzi privi di siero integrato con 0,1% di tensioattivi non ionici in beute. Mantenere a 2 x 10 5 cellule / ml e sottocultura ogni quarto giorno. Cellule di coltura a 37 ° C con 5% di CO 2 e 120 di rotazione rpm.
    NOTA: Le cellule avrebbero dovuto essere in coltura per non meno di 4 giorni e non più di 4 settimane prima della trasfezione. HEK-293 cellule cresciute in monostrati in mezzi di siero contenenti possono anche essere utilizzati per questa procedura.
  2. Il giorno prima della trasfezione, seme cellule HEK-293 a 3 x 10 5 cellule / ml in pozzetti di una piastra 12 pozzetti in 2 ml di Dulbecco Modified Eagle media (DMEM) supplementato con siero fetale bovino inattivato al calore 10% ( FBS). Il giorno della trasfezione, controllare che le cellule hanno raggiunto 80-90% di confluenza
  3. Diluire il DNA e polietilenimmina (PEI) separatamente nel supporto di transfezione poi mescolare insieme.
    1. Diluire 1,25 mg vettore DNA per bene (15 mg per 12 pozzi) in 300 ml mezzi trasfezione. Incubare a temperatura ambiente per 5 min.
    2. Diluire 2,5 ml di 1 mg / ml soluzione PEI (30 microlitri per 12 pozzi, cioè rapporto 1: 2 del DNA a PEI) in 300 ml mezzi trasfezione. Incubare a temperatura ambiente per 5 min.
    3. Aggiungere DNA diluito al diluito PEI, mescolare delicatamente e incubare a temperatura ambiente per 15 min.
  4. Aggiungere 50 ml di DNA / PEI miscela goccia a goccia a ciascun pozzetto della piastra. Oscillare delicatamente la piastra per distribuire la miscela di trasfezione quindi posizionare la piastra a 37 ° C, 5% CO 2 per 24 ore.
  5. Aggiungere 50 ug / ml Hygromycin B per pozzetto e riportare la piastra a 37 ° C, 5% CO 2 per 10 giorni.
    NOTA: Giorno 10, le cellule non-trasfettate saranno morte e distaccata dalla superficie della piastra, mentre le cellule stabilmente transfettate saranno vitale e attaccato alla piastra.
  6. Sostituire i supporti in pozzi con1/4 media liberi-siero volume e 3/4 del volume DMEM supplementato con 10% FBS (cioè 0,5 ml mezzi privi di siero + 1,5 ml DMEM = 7,5% concentrazione sierica finale) e incubare per 4 giorni.
  7. Sostituire il supporto in pozzi con 1/2 mezzi privi di siero volume e 1/2 del volume DMEM supplementato con 10% FBS (cioè mezzi privi di siero 1 ml + 1 ml di DMEM = concentrazione sierica finale 5%) e incubare per 4 giorni.
  8. Sostituire il supporto in pozzi con 3/4 mezzi privi di siero volume e 1/4 del volume DMEM supplementato con 10% FBS (cioè 1,5 ml mezzi privi di siero + 0,5 ml DMEM = concentrazione sierica di finale 2,5%) e incubare per 4 giorni.
  9. Sostituire il supporto in pozzi con 2 ml di mezzi privi di siero integrato con 0,1% di tensioattivi non ionici (cioè concentrazione sierica di finale 0%) e incubare per 4 giorni.
    NOTA: Mantenere 50 mg / igromicina B pressione selettiva ml su cellule durante l'adattamento privo di siero. Le cellule adattate ai mezzi privi di siero si staccano dalla superficie dei pozzi e possono raggruppare iSospensione n. Fare riferimento al punto 2.1 per condizioni di coltura con il supplemento aggiuntivo di 50 mg / ml igromicina B.
  10. Usando una pipetta, delicatamente mescolare le colture in sospensione nelle cellule piastra e piscina da 12 pozzetti in un tubo separato.
    1. Utilizzando un emocitometro, enumerare cellule pool e sementi in 30 ml mezzi privo di siero in una beuta a 2 x 10 5 cellule / ml. Cellule di coltura a 37 ° C con 5% di CO 2 e 120 di rotazione rpm. Subculture ed espandere ogni quarto giorno.
  11. Continuare a espandere dimensioni coltura a densità cellulare richiesto per ottenere 10 fiale a 1 x 10 7 cellule / fiale per la crioconservazione in azoto liquido. Congelare le cellule in mezzi privi di siero contenente il 10% dimetilsolfossido (DMSO).
    NOTA: condizionata supporti contenenti anticorpi possono essere raccolte ad ogni sottocultura di confermare la produzione di proteine ​​o utilizzati per ottimizzare le condizioni di purificazione. Per raccogliere i media condizionata e mantenere le cellule di sottocultura, centrifugare la coltura a300 xg per 5 minuti poi filtrare-sterilizzare surnatante attraverso un filtro di 0,22 micron. surnatante filtrato può essere conservato a 4 ° C per 1-2 settimane o -20 ° C per una conservazione a lungo termine.

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.

  1. Cellule Seed a 2 x 10 5 cellule / ml in 100 ml di mezzi senza siero in due beute (per confrontare i rendimenti di anticorpi provenienti da culture non-integrato e nutrienti integrazioni). Culture a 37 ° C, 5% CO 2
  2. Dopo 24 ore, aggiungere triptone ad una concentrazione finale di 0,5% alla cultura nutrienti integrato. Pareggiare il volume della cultura non-integrato con mezzi senza siero.
  3. Dal giorno 8, eseguire la conta delle cellule delle culture quotidiane utilizzando un emocitometro per monitorare la vitalità cellulare. Raccogliere le sovranatanti una volta la vitalità cellulare è inferiore al 80%.
    1. Harvest surnatante mediante centrifugazione delle colture a 3.000 xg per 15 min quindi filtrata-sterilizzare il surnatante (contenente anticorpi) attraverso un filtro di 0,22 micron. Conservare il surnatante a 4 ° C (a breve termine) o congelare a -20 ° C (a lungo termine).

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.

  1. Preparare i seguenti tamponi con acqua ultrapura e regolare il pH consigliato poi filtrare attraverso un filtro di 0,22 micron.
    1. Preparare 1 L di tampone fosfato salino (PBS) a pH 7,4 (tampone di legame) mescolando il seguente: 0,14 M NaCl, 0,0027 M KCl, 0,01 M Na 2 HPO 4 e 0,001 M KH 2 PO 4. Aggiustare il pH se necessario prima di filtrare il buffer.
    2. Preparare 500 ml di 0,1 M glicina-HCl pH 2.7 (tampone di eluizione). Regolare il pH prima di filtrare il buffER.
    3. Preparare 50 ml di 1 M Tris pH (tampone di neutralizzazione) 9.0.
  2. Assicurarsi che tutti i collegamenti di alimentazione e di comunicazione del sistema con il computer sono fatti. I dispositivi devono essere visibili nel modulo 'di controllo del sistema' software. Assicurarsi cella UV è impostata a 280 nm di lunghezza d'onda. Opzionale: Calibrare pH-metro se collegato e da utilizzare.
  3. Immergere tubi di ingresso di A, B e pompa di campionamento in acqua ultrapura per lavare il sistema. Spurgare le pompe con una siringa se c'è aria nella tubazione o sospetto di aria nel sistema. Lavare il sistema con acqua mediante operazione manuale tramite il controllore di sistema o tramite un metodo automatizzato. Si osservi che la pressione, conducibilità, tracciamento UV280 e pH rimane costante e che il limite di pressione per la colonna non sia superato secondo le specifiche del produttore.
    NOTA: Le anomalie possono indicare l'aria o il blocco del sistema che dovrebbe essere affrontato prima di procedere.
  4. Nel modulo di controllo del sistema, avviare la portata a 1ml / min manualmente tramite pompa A sia carico (bypassando loop del campione) o iniezione (attraverso il campione loop) grado di iniziare a collegare la colonna. tubing sistema Disconnect all'ingresso posizione di colonna e rimuovere il tappo collegato all'ingresso colonna.
    1. Permettere all'acqua di fluire dal tubo a gocce sistema superiore della colonna quindi fissare il tubo di sistema alla colonna. Avendo l'ingresso della colonna e raccordo di ingresso traboccante di gocce d'acqua garantisce un collegamento privo di bolle d'aria.
  5. Collegare l'uscita della colonna in uscita a valle e verificare tutti i raccordi siano ben fissati. Con la colonna ora collegata al sistema, non superare i limiti di massima pressione e portata come descritto nelle specifiche di colonna.
  6. Lavare colonna con 5 volumi di colonna (CV) di acqua. Se necessario, continuare a lavare colonna fino a UV280 tracciato si è stabilizzata.
  7. Immergere tubi di ingresso di A in Binding Buffer, B in tampone di eluizione e pompa di campionamento in Binding Buffer to riequilibrare il sistema nei buffer corrette. Riempire i tubi di ingresso con il tampone usando PumpWash per il funzionamento manuale.
  8. Nel modulo del software 'Method Editor', utilizzare il metodo guidata per impostare un metodo di cromatografia di affinità per la colonna che è destinato ad essere utilizzato.
    NOTA: e sistemi automatizzati di FPLC sono dotati di metodi di pre-riempita con le impostazioni consigliate (cioè della portata e della pressione limite) ed eseguire operazioni in base alla colonna (produttore, matrice e dimensione) selezionati per la purificazione.
    1. Utilizzare i seguenti passi di esecuzione per proteina A cromatografia di affinità:
      1. Equilibrare sistema con 5 CV di tampone di legame e raccogliere eluato nel contenitore dei rifiuti.
      2. campione di carico nella colonna (volume da caricare viene specificato manualmente nel metodo) e raccogliere eluato in un contenitore separato.
      3. Sistema di lavaggio con 5 CV di tampone Binding raccogli eluato in un contenitore separato.
      4. colonna eluire con 5 CV isocratic frazionamento con tampone di eluizione e raccogliere campioni anticorpo purificato come frazioni di raccoglitore di frazioni.
      5. Equilibrare sistema con 5 CV di tampone di legame e raccogliere eluato nel contenitore dei rifiuti.
  9. Una volta che il metodo è stato impostato, specificare il volume di mezzi condizionati da applicare alla colonna e salvare il metodo.
    NOTA: Il volume specificato nel metodo dovrebbe essere 5-10 ml inferiore al volume reale per evitare l'introduzione di aria durante la corsa del campione. Il volume specificato utilizzato in questo protocollo è 90-120 ml.
  10. Immergere il tubo della pompa campione nel recipiente contenente il supporto condizionata.
  11. Preparare un contenitore separato per raccogliere eluato campione attraverso il tubo di uscita specificato.
    NOTA: E 'importante raccogliere l'eluato, nel caso si verifichi un errore durante la corsa o la capacità di legame della colonna viene superata richiede l'eluato per essere riapplicata alla colonna o la purificazione repeated.
  12. Preparare tubi di raccolta nel raccoglitore di frazioni. Aggiungere 100 ml di tampone di neutralizzazione per 1 ml volume della frazione. Il sistema FPLC si eluire automaticamente le frazioni nei tubi di raccolta.
  13. Nel modulo 'Sistema di Controllo' del software, aprire il metodo da eseguire.
    NOTA: Il metodo run è iniziata in una serie di pagine che comprende il controllo delle variabili del metodo, impostazione raccoglitore di frazioni e che definiscono il nome del file risultato e posizione di memorizzazione.
  14. Fare clic su Start per avviare la corsa. La corsa può essere monitorata nel modulo 'Sistema di Controllo'.
  15. Al completamento della corsa di purificazione, controlla il cromatogramma risultante nel modulo 'Evaluation' nel software di sistema.
  16. Unire tutte le frazioni contenenti proteine ​​in un tubo, lo scambio buffer separato e concentrarsi in PBS utilizzando un dispositivo di filtro centrifugo con 30 kDa peso molecolare tagliare. Eseguire le fasi di centrifugazione secondo il fornitore diistruzioni.
  17. Misurare la concentrazione di anticorpi con test di acido bicinconinico (BCA) secondo le istruzioni del produttore.
  18. Se un'altra corsa di purificazione deve essere eseguito, il primo il tubo della pompa di campionamento a tampone di legame e ripetere i passaggi 4,9-4,14.
  19. Al completamento di piste di depurazione, immergere tubi di ingresso di A, B e pompa di campionamento in acqua ultrapura e lavare il sistema e la colonna interpretato nel passaggio 3.
  20. Immergere A, B e tubo della pompa campione in etanolo e ripetere la procedura di lavaggio 20% per la memorizzazione del sistema e colonna.
  21. Scollegare la colonna dalla presa a valle e sostituire colonna tappo, quindi scollegare colonna in ingresso e sostituire tappo, ricollegare tubo al sistema. Conservare la colonna a 4 ° C.

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Representative Results

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 concentrazione di surnatante è stata misurata essere circa 25 mg / ml (campionato da 50 ml raccolti a subcultura) due settimane dopo l'adattamento privo di siero e prima di impostare le cellule per le culture lotti invadere.

Surnatante raccolti ad ogni sottocultura dopo l'adattamento privo di siero è stato riunito e utilizzato per ottimizzare le condizioni di depurazione; scouting di buffer di legame e di eluizione è stata eseguita come illustrato in figura 2 Figura 2A base al segnale UV280. Una volta che la proteina Una colonna equilibra, un aumento del segnale UV280 rappresenta caricamento del campione; tale incremento è dovuto al supernatante eluato passa attraverso la colonna (contenente proteine ​​non legate che assorbono luce UV a questa lunghezza d'onda), mentre gli anticorpi sono stati catturati dalla colonna. Una volta che il campione ha terminato il caricamento, il segnale UV280 ritorna al basale come qualsiasi materiale non legato rimanenti sono lavati via. Eluizione verifica come pH diminuisce il pH ottimale per rilasciare gli anticorpi catturati dalla colonna, rappresentato da un aumento del segnale UV280 con anticorpi eluiti frazionati e raccolti dal collettore di frazioni. Durante la corsa di esempio, variazione di conducibilità in base alla concentrazione di sale nel buffer mentre la pressione del sistema dovrebbero rimanere relativamente costante. Optimal eluizione, pH e tampone stata scoperta prima (Figura 2B); si è osservato che l'anticorpo elbuite più efficiente off colonna a pH inferiore utilizzando 0,1 M glicina HCl o acido citrico. Tuttavia, al di sotto di pH 2,7 c'era alcuna ulteriore miglioramento del profilo di eluizione. Inoltre, picchi di eluizione con 0,1 M glicina HCl apparso meno ampliate rispetto a 0,1 M di acido citrico a pH simile (Figura 2B). Successivamente, 0,1 M glicina-HCl pH 2,7 tampone è stato usato per ottimizzare le condizioni di tampone di legame (Figura 2A). L'effetto di differenti tamponi vincolanti per eluizione è stata inoltre confrontato (Figura 2A). È stato osservato che PBS pH 7,4 e 20 mM sodio fosfato pH 7 aveva profili di eluizione comparabili, mentre l'aggiunta di 3 M NaCl al tampone fosfato di sodio (per migliorare legame dell'anticorpo alla colonna) non era favorevole. Grazie alla facilità di preparazione tampone PBS, PBS pH 7,4 è stato selezionato come il tampone di legame per purificazioni futuri.

I cromatogrammi purificazione del lotto invadere cultures sono mostrati in figura 3; cultura triptone-integrato viene confrontato con la cultura non-integrato. È stato osservato che l'aggiunta di triptone alla cultura integrato comportato un aumento del segnale UV280 durante la fase di caricamento del campione, rispetto alla cultura un-integrato. La cultura triptone-integrato ha prodotto 3.8 mg e il non-integrato cultura 1.7 mg di trastuzumab, a base di proteine ​​recuperato dopo lo scambio di buffer e la concentrazione. Il controllo di qualità di anticorpo purificato è stato confermato da sodio dodecil solfato elettroforesi su gel di poliacrilammide (SDS-PAGE) come mostrato in Figura 4. Trastuzumab cresciuto in non-integrato e condizioni triptone-integrata risultati nei profili degli anticorpi simili sotto non riducente e riducendo condizioni. Come previsto, una band di primo piano a circa 150 kDa conferma anticorpo correttamente piegata; altre bande rappresentano forme frammentate dell'anticorpo, a seguito di rottura legame disolfuro e artefac metodo indottat. Allo stesso modo, due bande a 50 e circa 25 kDa confermano la presenza di anticorpi catene pesanti e leggere, rispettivamente.

Figura 1
Figura 1: La conferma della produzione di proteine da parte stabilmente trasfettate cellule HEK-293 tramite la interferometria bio-layer (BLI). (A) Curva standard è stato generato misurando tasso di legame di IgG standard di anticorpi alle proteine Un biosensore più di 120 secondi (grigio) seguiti da campione surnatante greggio di trastuzumab PEI-transfettate (PEI-TMAb; nera). (B) Concentrazione di proteine anticorpi in surnatante greggio (aperto cerchio nero) è stato interpolato da curva standard (cerchi neri chiusi) tracciando concentrazione standard anticorpi IgG contro il tasso di legame. Clicca qui per vedere una versione più grande di questo f IGURA.

figura 2
Figura 2: cromatogrammi Purificazione di eluizione ed esperimenti scouting tampone di legame. (A) Le fasi di purificazione sono raffigurati in base al segnale UV280 (blu, linee verdi o nere); carico campione attraverso la colonna seguita dalla colonna di lavaggio per lavare via le proteine ​​non legate quindi eluizione di proteine ​​legato dalla colonna. Misurazione del pH (linea rossa), conducibilità (linea marrone) e la pressione del sistema (linea grigia) sia verificata durante la corsa. Tre tamponi sono stati testati per il legame di trastuzumab alla colonna e lavando via di proteine ​​non legato per massimizzare la resa di eluizione ottimale. (B) 0,1 M glicina-HCl (pH 2,5-3,3) e 0,1 M di acido citrico (pH 2,5-3,5) tamponi sono stati testati per eluizione ottimale trastuzumab dalla proteina A colonna.target = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3: cromatogrammi Purificazione di trastuzumab (TMAb) lotto invadere culture cresciute senza alcun supplemento o integrati con triptone. Stabilmente trasfettate HEK-293 cellule sono state configurazione a 2 x 10 5 cellule / ml e coltivate per 8 giorni o non-integrato (120 ml; linea nera) o integrato con 0,5% triptone (90 ml, linea verde). Dopo la raccolta, surnatanti sono stati purificati utilizzando PBS pH 7,4 (tampone di legame) e 0,1 M glicina-HCl pH (tampone di eluizione) 2.7. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4: Analisi di trastuzumab purificato mediante SDS-PAGE. Circa 2 mg di trastuzumab purificato da un-integrato (-) (+) o culture triptone-integrato è stato campionato dal 10% SDS-PAGE in condizioni non ridotte o ridotto. Il gel viene colorato con Coomassie R-250. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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 proteine ​​prodotte in queste cellule sono una corrispondenza più vicino al naturale proteine ​​umane, in termini di posta modifiche traslazionale e la funzione 14, 15.

Linee cellulari di mammiferi tra cui CHO (ad esempio, CHO-DG44 e CHO-K1), così come non-secernenti immunoglobuline linee cellulari murine B NS0 e SP2 / 0 sono prevalentemente utilizzati nella produzione biofarmaceutica. sistemi di espressione basati su queste linee cellulari sono basati sulla selezione processes per cui ad alta produzione di cloni sono indotti e selezionati attraverso incrementale aggiunta di uno specifico farmaco selettivo 16, 17. Il processo di selezione per un clone stabile può quindi essere difficile e richiede tempo. Rispetto a questi metodi esistenti, la linea di cellule HEK-293 transfects robusto ad alta efficienza. Il processo di selezione è semplificato e si adatta facilmente a coltura in sospensione senza siero, rendendolo un sistema di espressione ideale per la produzione su scala di laboratorio di proteine 18.

Una limitazione di trasfezione stabile è il tempo in cui una quantità pratica di proteine ​​può essere prodotto e utilizzato in esperimenti. Per cercare di ovviare a questo, l'attuale protocollo descrive un passo di coltura che può raggiungere notevoli quantità di proteine ​​entro 3-6 settimane di trasfezione. Il lotto invadere le culture (produzione su larga scala) offrono la possibilità di produrre notevoli quantità dianticorpo per la messa a punto di esperimenti in vitro di caratterizzazione in testa fino alla selezione di una linea cellulare clonale e candidati di piombo. Questo ha chiari vantaggi rispetto trasfezione transiente, che può richiedere una maggiore quantità di DNA e reagenti. Inoltre, la resa di proteine ​​non è riproducibile da lotto a lotto poiché espressione è solo temporanea e determinato dalla efficienza di trasfezione.

L'aggiunta di triptone in questo protocollo fornito un aumento della resa in proteina espressione. Aggiunta di triptone culture transfezione è stato precedentemente dimostrato di migliorare la sintesi proteica 19, 20. La cultura triptone integrato determinato migliorate trastuzumab anticorpi resa di 40 mg / L rispetto al coltura non-integrato di 14 mg / L (figura 3). SDS-PAGE verificato che: (1) l'anticorpo veniva prodotto correttamente; e (2) l'aggiunta di triptone non ha alterato struttura basata su comparison delle bande anticorpo in non riducente e riducenti (figura 4). L'aggiunta di triptone alle culture è opzionale ed è particolarmente utilizzato per ottenere rendimenti più elevati della proteina. Altri supplementi sono stati considerati migliorare l'espressione di proteine come butirrato di sodio e acido valproico 21, 22, 23.

Il primo punto di controllo del protocollo è la conferma che la proteina è prodotta dalla linea di cellule transfettate. Questa fase può essere eseguita in qualsiasi momento dopo il periodo di due settimane di pressione selettiva utilizzato per selezionare trasformanti stabili. Un certo numero di metodi possono essere usati per confermare la produzione di proteine compreso interferometria bio-strato (Figura 1) o il metodo simile di un ELISA IgG. In alternativa, un western blot può essere eseguita usando un anticorpo anti-IgG di rilevamento per identificare proteine ​​anticorpo nel surnatante greggioo campione purificato.

Altri ricercatori hanno dimostrato che una maggiore efficienza di trasfezione è ottenuto utilizzando cellule aderenti in mezzi siero contenente 24. La presenza di integratori di origine animale è indesiderabile per la produzione biofarmaceutica. Pertanto, l'adattamento sequenziale a mezzi senza siero è un passaggio fondamentale nel protocollo che richiede pazienza e un attento monitoraggio della vitalità cellulare. Il periodo di rotazione 4 giorni suggerito in questo protocollo è una guida e quindi se si verificano problemi a determinate concentrazioni nel siero, si raccomanda che le cellule possibile replicare 2-3 volte nel rapporto precedente di siero contenente supporti siero senza prima di continuare con il successivo rapporto di. Prima della creazione di culture batch e crioconservazione di cellule, ritengono che la maggior parte delle linee cellulari sono ritenuti pienamente adattati dopo tre sottoculture in 100% mezzi senza siero.

Uno dei passi più importanti nella fase di purificazione è tha scouting di condizioni e buffer ottimali per garantire efficace legame dell'anticorpo alla colonna e quindi completa eluizione off colonna (Figura 2). I media condizionata raccolto in ogni subcultura è utile per questo scopo. In questo caso, il tampone di eluizione di acido citrico a pH 3,5 generalmente raccomandato per proteine ​​Cromatografia di affinità era inadatta per eluizione di trastuzumab dalla colonna. L'esperimento scouting utilizzando due differenti tamponi di eluizione a vari pH chiaramente dimostrato che anche all'interno della gamma ristretta di pH testato, il grado di eluizione è stata influenzata (Figura 2B).

In termini di trattamento a valle delle frazioni anticorpali dopo la purificazione, l'anticorpo può essere bufferizzare-scambiati utilizzando una colonna dissalazione mediante operazione manuale o automatizzato. In alternativa, membrana di dialisi può anche essere usato. concentrazione proteica finale può essere determinata seguendo metodi proteina quantificazione compresa la misurazionedel segnale assorbanza a 280 nm con una concentrazione dedotta dalla legge di Beer Lambert in base al coefficiente di estinzione dell'anticorpo.

Questo protocollo ha prodotto con successo la proteina anticorpi di trastuzumab per trasfezione stabile di cellule HEK-293. L'anticorpo è stato purificato e caratterizzato per confermare l'integrità. I passaggi in questo protocollo dettagliato preparazione del DNA, trasfezione stabile seguito dal libero adattamento di siero, la produzione su larga scala e la purificazione automatizzata possono essere trasferiti alla produzione di altre proteine.

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Materials

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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References

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Elgundi, Z., Sifniotis, V., Reslan,More

Elgundi, Z., Sifniotis, V., Reslan, M., Cruz, E., Kayser, V. Laboratory Scale Production and Purification of a Therapeutic Antibody. J. Vis. Exp. (119), e55153, doi:10.3791/55153 (2017).

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