פלטפורמה תפוקה גבוהה אוטומטיות לפיתוח קווי ייצור עבור Cell Therapeutics חלבון

Medicine
 

Summary

תפוקה גבוהה, פלטפורמה אוטומטית של פיתוח וייצור קו התא לייצור חלבונים ותרופות מתואר. יישום סדרן BD Cell Aria FACS, CloneSelect Imager וטקאן חופש מערכת EVO טיפול הנוזל הוכיחה יכולת עיבוד גדל באופן משמעותי בפיתוח קו התא עם איכות הקו השתפרה התא reproducibility גבוהה.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Shi, S., Condon, R. G., Deng, L., Saunders, J., Hung, F., Tsao, Y., Liu, Z. A High-throughput Automated Platform for the Development of Manufacturing Cell Lines for Protein Therapeutics. J. Vis. Exp. (55), e3010, doi:10.3791/3010 (2011).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

ענף בצמיחה מהירה ביולוגיות דרישות פיתוח מהיר של מערכות ייצור היעילה ביותר ואמינה כדי לענות על הדרישה הגוברת לאספקת סמים. הדור של שורות תאים הייצור מעורבים באופן מסורתי פעולות ידניות כי הם עתירי עבודה, תפוקה נמוכה ולכן חשוף לטעויות אנוש. אנו מדווחים כאן פלטפורמה תפוקה גבוהה אוטומטיות משולב לפיתוח של תא קווי ייצור לייצור חלבון הרפוי.

השילוב של BD FACS Aria ™ סדרן Cell, CloneSelect ™ Imager וטקאן חופש EVO ® מערכת הטיפול נוזל אפשרה קו תפוקה גבוהה ויעילה יותר התא תהליך הפיתוח. במבצע זה, המארח תאים הייצור transfected הראשון עם וקטור ביטוי נושאת את הגן של עניין 1, ואחריו טיפול עם סוכן הבחירה. ביציבות-transfected התאים מוכתמות ואז עם נוגדן פלואורסצנטי שכותרתו IgG נגד אדם, כפופים לאחר מכן ניתוח תזרים cytometry 2-4. תאים פרודוקטיבי נבחרו בהתבסס על עוצמת הקרינה והם מבודדים ידי מיון תא בודד על FACSAria BD ™. הקמת המושבה משלב תא בודד זוהה מיקרוסקופית סדרה של זמן הקפות תמונות דיגיטליות נלקחים על ידי CloneSelect ™ Imager לתיעוד ההיסטוריה קו התא. לאחר שיבוטים אחד יצרו, שיבוטים אלו הוקרנו על הפרודוקטיביות על ידי ELISA המבוצעות על חופש נץקאן EVO ® מערכת טיפול נוזלי. כ 2,000 - 10,000 שיבוטים יכול להיות מוקרן לכל מחזור פעולה עם הגדרת המערכת הנוכחית.

גישה זו משולבת נעשה שימוש כדי ליצור גבוהה בייצור הסיני השחלה אוגר (CHO) שורות תאים לייצור נוגדנים חד שבטיים טיפולית (מב), כמו גם חלבונים היתוך שלהם. בעזרת סוגים שונים של בדיקות לגילוי, השיטה יכולה לשמש לפיתוח הרפוי חלבון אחרים או להיות מיושם על מערכות אחרות לארח הייצור. השוואת הליך ידני מסורתי, זו פלטפורמה אוטומטית הפגינו היתרונות של קיבולת גדל באופן משמעותי, clonality הבטיחו, עקיבות בהיסטוריה תא בקנה אחד עם התיעוד אלקטרוניים הזדמנות לצמצם הרבה שגיאות המפעיל.

Protocol

1. התא המארח transfection

  1. Seed 2 x 10 6 CHO-DXB11 תאים T75 בקבוק תא קורנינג תרבות במדיום הגידול 15 מ"ל (MEMa עם נוקלאוטידים ו נוקלאוזידים (Gibco, מספר קטלוג 12,571) בתוספת 10% γ-מוקרן מאופיין בסרום שור העובר (cFBS) (HyClone, מספר קטלוג SH30071.03) ו 10 mL / L של תמיסת גלוקוז 45% (Sigma, מספר קטלוג G8769)) יום אחד לפני transfection.
  2. בזמן transfection, להכין מתחמי transfection כדלקמן:
    1. מדולל 8 DNA מיקרוגרם ב 800 μl של מדיום הגידול ללא נסיוב בצינור microcentrifuge סטרילית. מערבבים בעדינות.
    2. מדולל 40 Lipofectamine μl ™ ​​(Invitrogen 18324012) בשנת 800 μl של מדיום הגידול ללא נסיוב בצינור קלקר.
    3. מוסיפים את ה-DNA מדולל ל ™ Lipofectamine בדילול מלא. מערבבים בעדינות דגירה במשך 30 דקות בטמפרטורת החדר.
  3. הסר את מדיום הגידול של התאים T75 ולהחליף עם 6.4 מ"ל של מדיום גידול ללא נסיוב. מוסיפים 1.6 מ"ל של קומפלקסים transfection אל הבקבוק. מערבבים בעדינות על ידי נדנדה את הצלחת.
  4. דגירה התאים ב 37 מעלות צלזיוס CO 2 באינקובטור במשך 6 שעות.
  5. הוסף 8 מ"ל של מדיום הגידול כדי הבקבוק ואת לדגור על 37 מעלות צלזיוס CO 2 באינקובטור במשך הלילה.
  6. הסר בינוני על ידי שאיפה ולהוסיף בינוני צמיחה טריים הבקבוק. דגירה התאים ב 37 מעלות צלזיוס CO 2 באינקובטור במשך הלילה.
  7. החלף את מדיום הגידול עם מבחר בינוני (מדיום MEMa ללא נוקלאוטידים או נוקלאוזידים (Gibco, מספר קטלוג 12,561) בתוספת 10% γ-מוקרן dialyzed בסרום שור העובר (dFBS) (HyClone, מספר קטלוג SH30079.03) ו - 10 mL / L 45 פתרון% גלוקוז (Sigma, מספר קטלוג G8769)).
  8. דגירה התאים ב 37 מעלות צלזיוס CO 2 באינקובטור במשך 2-3 שבועות.

2. שיבוט על ידי cytometry מיון תזרים תא פעיל

  1. לסלק תאים מהבקבוק ו צנטריפוגות בסל"ד 800 במשך 5 דקות ב 4 ° C.
  2. Resuspend התאים בינוני מבחר בתוספת 2% שור נוגדנים בסרום אלבומין ו שכותרתו fluorescently IgG נגד אדם בדילול 01:20.
  3. לדגור על הקרח במשך 15-30 דקות ולאחר מכן לשטוף פעמיים עם PBS קר. Resuspend תאים 1x PBS בתוך צינור פוליפרופילן.
  4. היכונו סוג aseptic על FACSAria BD ™. הכן 96-היטב בתא תרבות צלחת המכילה 200 בינוני מבחר μl היטב כל אחד.
  5. בסביבה נקייה מחיידקים, לטעון את הצינור עם תאים ולנתח על BD FACSAria ™, לרשום את התוצאות עבור תאים מוכתמת בלא כתם, בהתאמה.
  6. הגדר את השערים והגדרות כדי למיין תאים בודדים של הפרופיל הרצוי מכתים הקרינה לתוך צלחת-96 טוב (ים).
    1. תאים transfected מנותחים הראשון המבוסס על פיזור קדימה לעומת פיזור לוואי. השער של תאים חיים עשויה מבוסס על פיזור קדימה, אשר מודד גודל של התא, ולפזר הצד, אשר מודד את המורכבות של התא או גרעיניות.
    2. התאים שנמצאים בתוך השער הזה נבחנים אז על מכתים PE. שער PE שלילי מוגדר עבור תאים transfected בלא כתם או תאים לארח מוכתם. כמו תאים transfected מוכתם נבדקות על ידי FACS, "High PE" שער מותווה אז להקיף את 5% העליונים של כל התאים חיובית מכתים PE.
  7. דגירה צלחות 37 ° C בחממה במשך שבועיים.

3. תיעוד של היווצרות המושבה ידי CloneSelect ™ Imager

המושבה מסמך היווצרות ב 96-היטב הצלחות על CloneSelect Imager ™ ב 0 יום, יום 3, יום 7 ויום 13 FACS לאחר מיון. התיעוד תמונה יבטיח מבחר של שיבוטים שמקורם בתא יחיד. שלב קריטי בתיעוד זה הוא מקבל את מישור המוקד מותאם כראוי למדידת היום 0, שכן יש רק תא אחד טוב כל בנקודה הזאת. חשוב מאוד כי התמונות של אלו תאים בודדים נמצאים להתמקד בניסיון להתאים את להתמקד בהם יכול להיות מטעה במקרה הטוב. המטוס המוקד יכול להשתנות משמעותית בין המותגים של צלחות, ואולי אפילו הרבה הרבה המותג אותו. לפיכך מטוס מראש מוקד צריך להיות בשימוש. ניתן להשיג זאת על ידי התמקדות מבחן מיקרו חרוזים או תאים צפיפות גבוהה שהופקדו על צלחות ממגרש אותו בשימוש. לחלופין, צלחות בוגרת ממגרש אותו עשוי לשמש למטרה זו. לאחר FACS מיון, חשוב גם לתת התאים להתפשר על מינימום של 2 שעות לפני הדמיה, כך שהם יהיו "קבועים" בעמדה על הצלחת.

4. הקרנת הסרט ואת הבחירה של שיבוטים פרודוקטיבי

  1. מדגם מסמך עמדה על 96-היטב צלחות קבלת assay.
  2. העברת aliquots של supernatant 20 μl (לדלל במידת הצורך) תוך 96-assay גם צלחות של חופש נץקאן EVO ® מערכת טיפול נוזלי. רובוט זה גמיש המסוגלפלטפורמה IC הותאם זו תרבות אחרת אוטומטיות לעבוד התא. תוכניות מיוחדות נכתבו הטובה ביותר לנצל ולשפר את יכולות EVO חופש רובוטית לפיתוח קו התא. דוגמה לכך היא הגדרת נץקאן לפרש CloneSelect ™ נתונים Imager הדגימה בארות עם מושבות אחת. תוכניות אחרות נדרשו לבצע משימות נוספות תרבית תאים כגון להפוך את דילולים המתאימה של דגימות שנלקחו, לפרש, קטלוג וצלחות מדגם מסומן באופן ידני אם נדרש, בהיקף של עד שיבוטים ייצור גבוהה, וכו 'רבים של תוכניות אלה ניתן בקלות מוחל על 384 צלחות היטב, כמו גם את הפורמט המקורי 96 היטב.
  3. ייצור נוגדנים בדגימות מנותח על ידי כריך לנוגדנים אנושיים גילוי ELISA (פירס, Rockford, IL) על חופש נץקאן EVO ® מערכת טיפול נוזלי.
    1. דוגמאות סטנדרטיות (האדם מיאלומה IgG1, קאפה) (Sigma, סנט לואיס, מיזורי) הועמסו על טרום מצופה ביו Anti-Human מעיל צלחות Assay IgG (BD Biosciences, בסן חוזה, קליפורניה).
    2. הצלחות הודגרו בטמפרטורת החדר למשך שעתיים ואחריו שלושה שוטף PBS.
    3. עיזים ImmunoPure Anti-Human IgG, (FC-gamma)-HRP (פירס, Rockford, IL) נוספה צלחת בדילול 1:2000 וטופחו במשך שעה אחת בטמפרטורת החדר.
    4. צלחות נשטפו שלוש פעמים עם PBS לפני הוספת ABTS המצע (פירס, Rockford, IL) ו הוקראו על הקורא צלחת באמצעות ספיגת ב 405 ננומטר לצורך זיהוי.
  4. בחר שיבוטים פרודוקטיבי ולהעריך את הפרודוקטיביות בתרבות ההשעיה. במשך תרבות האכילה אצווה, התאים היו מחוסן ב 0.3X106 תאים / מ"ל ​​חלבון חינם יתרונות המדיום JRH מיידי 65,578 (SAFC Biosciences, Lenexa, KS) בתוספת 5 g / L סויה hydrolyzate (משרד הרישוי הבינלאומי, מספר קטלוג SE50MAF-UF, הרבה מספר) ו מודגרות ב 37 ° C עם 7.5% CO 2. תרבות נמשך נוספו עם 2 g / L גלוקוז (Sigma, מספר קטלוג G8769, מספר הרבה 098K2329) כאשר גלוקוז בתוספת ריכוז חומצת החלב בתרבות הגיע למטה 2 g / L, והאכילה 2 מ"מ גלוטמין (Gibco, מספר קטלוג 25030, מספר רב 568177) כאשר רמות הגלוטמין הגיע מתחת 200 מ"ג / ליטר (מטבוליטים נמדד על ידי YSI Bioanalyzer). הפד אצווה תרבויות הופסקה ביום 14 ייצור נוגדנים נמדדה על ידי הפוכה שלב HPLC.
  5. אפיון גנטי של שיבוטים מועמד על ידי הקרינה הכלאה באתרו (FISH) 5.

5. נציג תוצאות:

דוגמה לפתח נוגדנים לייצר שיבוטים עם שיטת תפוקה גבוהה מוצג באיור 1 ואיור 2. בריכת תא transfected היה מוכתם נוגדן שכותרתו fluorescently IgG נגד אדם (איור 1 א), נותחו מיון על BD FACSAria ™ (איור 1B). הקמת המושבה בצלחת 96-גם היה צילמו על CloneSelect Imager ™ (תרשים 1C). תרבות supernatant Cell נדגמה מבארות המכילים מושבת יחיד assayed ידי ELISA על מערכת החירות נץקאן ® EVO טיפול נוזלי (1D איור). שיבוטים פרודוקטיבי נמצאו מתאי כי הפגינו רמה גבוהה יותר נוגדנים השטח לידי ביטוי מכתים עם פלורסנט התווית נגד לנוגדנים אנושיים. כאשר משווים שיבוטים שנוצרו שתי אוכלוסיות של הבריכה התא הראשוני transfected, הבדל עצום בפריון ב-נמאס אצווה תרבות נצפתה (איור 2). במשך שני שיבוטים העליון שנוצר מן האוכלוסייה תא עם הביטוי נוגדנים גבוהה פני השטח (PE גבוהה), את הפרודוקטיביות ספציפי נע בין 50-70 pg / תא / יום. בעוד התפוקה נוגדן היה ~ 20 pg / תא / יום שני שיבוטים העליון שנוצר מן האוכלוסייה תא עם הביטוי נוגדנים נמוך משטח (PE נמוך). יתר על כן, שורות תאים שפותחו על ידי מיון FACS יציבים יותר לגבי ייצור נוגדנים מאשר אלו שהיו משובט באמצעות דילול צביעה ידנית (איור 3A). פריון ספציפיים של שיבוט העליונה, ירדו "Clone 1", שנוצר על ידי דילול צביעה ידנית מ ~ 30 ל ~ 10 PCD PCD לאחר culturing עבור 80 הכפלות התא. מצד שני, את subclone העליון שנוצר על ידי FACS מיון, "שיבוט 2", הצליח לשמור על פרודוקטיביות ספציפי סביב PCD 20 לפחות 100 הכפלות התא. על ידי ניאון הכלאה באתרו (FISH), הפגנו Clone 1 הראה כאוכלוסייה מעורבת של הפנוטיפ (85%) לבין פנוטיפ B (15%). לעומת זאת, FACS מיון שיבוט (שיבוט 2) הראתה להיות אוכלוסייה הומוגנית יותר, עם 99.5% של התאים התבררה הפנוטיפ (איור 3B).

איור 1
באיור 1. ופיתוח של תא קווי ייצור לייצור נוגדנים חד שבטיים מתאי CHO. א) משטח מכתים הבריכה הראשונית תא transfected עם נוגדן שכותרתו fluorescently IgG נגד האדם. ב) מיון של האוכלוסייה תא עם עוצמת הקרינה גבוהה (PE גבוה) ואת עוצמת הקרינה נמוכה (PE נמוך) לתוך צלחת 96-היטב. ג) תיעוד המושבהמיום היווצרות 0 עד 13 יום שלאחר זריעת על CloneSelect Imager ™. ד) על ידי הקרנת שיבוטים ELISA.

איור 2
איור 2. הקשורים Surface רמת נוגדנים בקורלציה עם פריון הנוגדן של התא. המשובטים עם מכתים פלורסנט גבוהים ונמוכים היו שניהם התפתח שורות תאים ומוערכת בתרבות האכילה אצווה. נפחית titer ופריון ספציפי הושוו בין 2 שיבוטים העליון של כל האוכלוסייה.

איור 3
איור 3. המשובטים שנוצר FACS מיון התערוכה הומוגניות גנטית גבוהה ויציבות לשבט. א) ייצור נוגדנים יציבות בתרבות אצווה ~ 80 הכפלות התא הזמן לחלוף תרבות. Δ, לשבט נוצר באמצעות דילול מגבילים, שבו התאים היו זורעים ב 2000 תאים / היטב, 1000 תאים / היטב 500 תאים / היטב. שחור משולש , לשבט נוצר באמצעות FACS בתא 1 / היטב. ב) אתר transgene אינטגרציה בכרומוזום התא CHO מזוהה על ידי ניאון הכלאה באתרה.

Discussion

הצגנו קו ייצור אוטומטי לתא פיתוח פלטפורמה המאפשרת בידוד של שיבוטים פרודוקטיבי, וב מתכוון בעוד מבטיח clonality ויציבות לשבט. מעורבות של נוגדנים מכתים משטח ואחריו מיון התא ™ FACSAria היא המפתח להשגת שיבוטים אחד עם פריון נוגדנים גבוהה. התוצאות שלנו ודוחות אחרים 2-4 מראים כי רמת הנוגדנים transiently המוצג על פני התא מתואמים היטב עם תפוקה של התא. לפיכך, נוגדנים והעמסת-מצומדות ניתן להשתמש כדי לזהות את המוצר קרום הקשורים וסיוע הבידוד של יצרנים גבוהה. לחלופין, coexpression של גנים הכתב microdrop טכנולוגיית הג'ל נעשה שימוש כדי להקל את הבחירה גבוהה לייצר שיבוטים על ידי FACS 6-8. בנוסף בידוד שיבוטים ייצור גבוהה באמצעות FACS, טכנולוגיות אחרות התפתחו כדי להשיג את אותה מטרה. אלו כוללים סבכה טכנולוגיה CellSpot Bioscience המשתמשת microspere זיהוי הנוגדן מערכות הקרנה בטכנולוגיית לייזר כדי לזהות שיבוטים פרודוקטיבי ולחסל תאים לא רצויים, Genetix ClonePix FL ו StemCell טכנולוגיות פלטפורמה ClonaCell EasyPick המבצעות ההקרנה תפוקה גבוהה של תא קווי הייצור באמצעות מערכת זיהוי נוגדן פלואורסצנטי . בחרנו ליישם את שיטת השיבוט FACS בהתבסס על רמת נוגדנים הקשורים פני השטח משום שהוא משלב את קלות תפעול, סלקטיביות על הפרודוקטיביות clonality.

העסקתו של מערכת נץקאן חופש ® EVO טיפול הנוזל הגדילה משמעותית את התפוקה ההקרנה, אשר מספקים את ההזדמנות כדי לבחור עבור שיבוטים תשואה גבוהה מתוך מאגר התא הרבה יותר גדול. מכשור אחרים עבור assay כגון HTRF, BioForte שמינייה, HPLC, וכו ', הם בכל האמצעים האפשריים של בחירת המפיקים גבוהה ההקרנה החוצה המפיקים נמוך. על ידי מעקב אחר היווצרות שיבוט עם CloneSelect Imager ™, אנו התיעוד שנוצר צורך להוכיח clonality עם היסטוריה תא דיגיטציה קו. Clonality עוד אישור גנטית לאפיין אתר יחיד אינטגרציה transgene בכרומוזום. צעד subcloning, אשר נלקח בדרך כלל כדי להבטיח clonality, ובכך עלול להתבטל. זה יחסוך 4-8 שבועות של זמן פיתוח קו התא. לסיכום, איכות תא קווי שנוצר על ידי פלטפורמת תפוקה גבוהה האוטומטית הראה יעילות גבוהה, יציבות בייצור תאים מתועדים בהיסטוריה קו זה אמור לענות על הביקוש לייצור בקנה מידה גדול דרישות רגולטוריות הנוכחי.

Disclosures

המחברים של מאמר זה הינם עובדים של Merck & Co, Inc, אשר משתמש בשיטה זו עבור ייצור בקנה מידה גדול של הרפוי חלבון מן שורות תאים של יונקים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BD FACS Aria™ Cell Sorter BD Biosciences
CloneSelect™ Imager Genetix
TECAN Freedom EVO® liquid handling system Tecan Group Ltd.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hung, F., Deng, L., Ravnikar, P., Condon, R., Li, B., Do, L., Saha, D., Tsao, Y. S., Merchant, A., Liu, Z., Shi, S. mRNA stability and antibody production in CHO cells: improvement through gene optimization. Biotechnol. J. 5, 393-401 (2010).
  2. Brezinsky, S. C., Chiang, G. G., Szilvasi, A., Mohan, S., Shapiro, R. I., MacLean, A., Sisk, W., Thill, G. A simple method for enriching populations of transfected CHO cells for cells of higher specific productivity. J. Immunol. Methods. 277, 141-155 (2003).
  3. Kromenaker, S. J., Srienc, F. Stability of producer hybridoma cell lines after cell sorting: a case study. Biotechnol. Prog. 10, 299-307 (1994).
  4. Marder, P., Maciak, R. S., Fouts, R. L., Baker, R. S., Starling, J. J. Selective cloning of hybridoma cells for enhanced immunoglobulin production using flow cytometric cell sorting and automated laser nephelometry. Cytometry. 11, 498-505 (1990).
  5. Henegariu, O., Heerema, N., Wright, L. L., Bray-Ward, P., Ward, D. C., Vance, G. H. Improvements in cytogenetic slide preparation: controlled chromosome spreading chemical aging and gradual denaturing. Cytomery. 43, 101-109 (2001).
  6. Meng, Y. G. Grenn fluorescent protein (GFP) as a second selectable marker for selection of high producing clones from transfected CHO cells. Gene. 242, 201-207 (2000).
  7. DeMaria, C. T., Cairns, V., Schwarz, C., Zhang, J., Guerin, M., Zuena, E., Estes, S., Karey, K. P. Accelerated clone selection for recombinant CHO cells using a FACS-based high-throughput screen. Biotechnol. Prog. 23, 465-472 (2007).
  8. Weaver, J. C. Gel microdrop technology for rapid isolation of rare an high producer cells. Nat. Med. 3, 583-585 (1997).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics