Генетическая модификация клеток-производителей лекарств решает давнюю проблему биопроизводства
Международная команда исследователей под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего разработала новую стратегию для улучшения фармацевтического производства в клетках яичников китайского хомячка (CHO), которые обычно используются для производства белковых лекарств для лечения рака, аутоиммунных заболеваний и многого другого.
Инактивируя генную цепь, ответственную за производство молочной кислоты — метаболита, который делает среду клеток токсичной, — исследователи устраняют основное препятствие в создании клеток, способных производить большее количество фармацевтических препаратов, таких как Герцептин и Ритуксимаб, без ущерба для их роста или производства энергии.
Исследование "Multiplex genome editing eliminates the Warburg Effect without impacting growth rate in mammalian cells", опубликованное 14 января в Nature Metabolism, также ставит под сомнение давние предположения о необходимости метаболизма молочной кислоты для выживания клеток.
Клетки CHO стали незаменимыми инструментами в современной медицине, выступая в роли "живых фабрик", производящих более половины самых продаваемых сегодня белковых препаратов, включая терапии рака и аутоиммунных заболеваний. Но, несмотря на их успех, у них есть один главный недостаток: низкий выход белка. Клетки CHO не всегда производят достаточное количество желаемых лекарств для удовлетворения спроса, что делает эти фармацевтические препараты более дорогими.
Новый подход нацелен на ключевой метаболический процесс: секрецию молочной кислоты. Во время производства белка клетки CHO выделяют молочную кислоту как побочный продукт своего метаболизма. Чем активнее они работают, тем больше молочной кислоты производят.
"По мере роста клеток для производства большего количества лекарств молочная кислота накапливается и убивает клетки, тем самым снижая выход жизненно важных препаратов и увеличивая стоимость производства", — сказал старший автор исследования Натан Льюис.
Предыдущие попытки остановить производство молочной кислоты были сосредототочены на ингибировании фермента лактатдегидрогеназы, ответственного за этот процесс. Но эти усилия не увенчались успехом, так как лактатдегидрогеназа необходима для выживания клеток.
В новом исследовании учёные выбрали другой подход. Вместо того чтобы фокусироваться на самой лактатдегидрогеназе, они картировали сеть генов — пять в клетках CHO и шесть в человеческих клетках, — которые работают вместе, контролируя производство молочной кислоты. Исследователи предположили, что эта генная цепь ответственна за чрезмерное производство лактата клетками.
Когда исследователи инактивировали эту генную цепь, клетки CHO перестали производить молочную кислоту. Более того, клетки продемонстрировали улучшенный рост и, по сравнению с аналогично обработанными контрольными образцами, производили значительно более высокие выходы белковых препаратов, таких как Герцептин и Ритуксимаб, которые используются для лечения рака молочной железы и лимфомы соответственно.
Модифицированные клетки CHO также успешно производили различные другие терапевтические белки, включая Энбрел (лечение ревматоидного артрита и псориаза) и эритропоэтин (стимулирует производство красных кровяных телец).
Ставя под сомнение эффект Варбурга
Эта работа также проливает свет на ключевой биологический процесс, известный как эффект Варбурга. Впервые наблюдаемый в раковых клетках немецким учёным Отто Варбургом 100 лет назад, эффект Варбурга относится к метаболическому сдвигу, который заставляет клетки чрезмерно производить молочную кислоту. Долгое время считалось, что этот процесс критически важен для пролиферации клеток и производства энергии.
Однако новое исследование ставит эту идею под сомнение. Устранив эффект Варбурга в клетках CHO, исследователи обнаружили, что клетки сохраняют нормальные темпы роста и выработку энергии. Это позволяет предположить, что эффект Варбурга может быть не таким важным, как предполагалось ранее.
Исследователи отмечают, что эти новые инженерные клетки CHO "без эффекта Варбурга" также совместимы с промышленными процессами разработки клеточных линий. Это означает, что эти клетки могут быть легко интегрированы в реальное производство лекарств, что может стать переломным моментом для биопроизводства.
Команда обнаружила дополнительные модификации, которые ещё больше повышают продуктивность клеток CHO, и продолжает изучать их влияние на весь процесс производства лекарств.
"Наша работа может сделать производство лекарств гораздо более эффективным, что может значительно снизить производственные затраты", — сказал Льюис. — "Повышая продуктивность этих клеток, мы делаем важный шаг к тому, чтобы сделать жизненно важные методы лечения, такие как терапия рака и генная терапия, более доступными для пациентов по всему миру".