DE2551017A1 - Verfahren zur herstellung von urokinase - Google Patents
Verfahren zur herstellung von urokinaseInfo
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Description
Es ist seit etwa 1951 bekannt, daß Urokinase die Umwandlung
von Plasminogen in Plasmin bewirkt. Aufgrund dieser Fähigkeit hat die Verbindung als Aktivator, welcher die Auflösung von
Blutgerinnsein bzw. -klumpen fördert, Verwendung gefunden.
Eine zur Auflösung eines Blutgerinnsels befähigte Einzeldosis erfordert jedoch einen ziemlich hohen Anteil an Urokinase,
welche bis 1962 hauptsächlich aus Harn extrahiert wurde. Seitdem wurde die Urokinase aus in geeigneten Nährmedien
gezüchteten Kulturen von Nierenzellen verschiedener Tiere erzeugt. Die auf diese Weise erhaltene Urokinase ist von der
früher verwendeten, aus Harn hergestellten Substanz in immunologischer Hinsicht ununterscheidbar. Nierenzellen können
jedoch vor ihrem Einsatz zur Herstellung von Urokinase zwar im Großmaßstab propagiert werden, die Urokinasesynthese ist
jedoch auch in diesem Falle kostspielig und aufgrund des bei dieser Methode erforderlichen Raumbedarfs nur innerhalb bestimmter
Grenzen möglich.
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Mit dem Ziel, genügende Mengen des Wirkstoffs für die Bekämpfung von Blutgerinnseln in der Humanmedizin zur Verfügung
zu stellen, wurden Forschungen hinsichtlich der Zellkulturen, der zu ihrer Züchtung verwendeten Nährmedien und
der Methode zur Propagierung dieser Zellen unternommen. Diese Versuche zur Optimierung der Urokinasesynthese hatten bisher
jedoch nur wenig Erfolg; die hergestellte Urokinasemenge reichte lediglich für Experimentalzwecke aus. Es besteht daher
insbesondere die Notwendigkeit, die pro Oberflächeneinheit der Kultur und pro Zeiteinheit erzeugte Menge an Urokinase zu
erhöhen, um in diesem fibrinolytischen Enzym ein tatsächlich
verfügbares Mittel zur Blutgerinnselbehandlung in der Humanmedizin zu besitzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Methode zu schaffen, mit deren Hilfe die Urokinaseproduktion propagierter
Zellkulturen gesteigert wird. Im besonderen soll mit Hilfe der Erfindung die Gewinnung von Urokinase aus einer
Zellkultur derart verbessert werden, dass eine wesentlich höhere Ausbeute erzielt wird, ohne dass die Qualität des
Produkts darunter leidet.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Urokinase aus einer zusammenhängenden Nierenzellenkultur
in einem 0,3 bis 1,2 % Glycin enthaltenden organischen Nährmedium.
Nährmedien sind seit langem bekannt und haben dementsprechend Eingang in das Schrifttum gefunden. Die Medien wurden
in Einzelflaschen sowie in Petri-Schalen oder in der unter der Bezeichnung "mass tissue culture propagator" (MTCP) bekannten
Zuchtvorrichtung, welche die Erzeugung von Urokinase aus Nierenzellen im Grossmassstab gestattet, eingesetzt. Mit Hilfe
des MTCP werden einige der bei der Züchtung von Warmblüterzellen in Flaschen auftretenden Nachteile, hauptsächlich das Erfordernis
einer extrem hohen Anzahl von Flaschen für eine· im Gross-
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2551Ql?
maßstab erfolgende Synthese sowie die mit der Verwendung einer derart hohen Piaschenzahl zwangsläufig verbundenen
Probleme, überwunden. Der MTCP schafft ferner ein Mittel zur Beibehaltung derselben Bedingungen für alle Zellen in
den verschiedenen Einzelschichten und gewährleistet die Einheitlichkeit des pH-Wertes sowie der gelösten Sauerstoff-
und Kohlendioxidmenge innerhalb des gesamten Mediums. Der MTCP besteht im wesentlichen aus einem Glasgefäß, welches
mehrere übereinander gestapelte flache Glasplatten oder -schälen enthält. Man füllt den Propagator so weit, daß das
die gewünschte Anzahl von Zellen enthaltende Medium die Platten bzw. Schalen gerade bedeckt. Die Zellen haften und
wachsen an den Platten bzw. Schalen. Man speist ein Kohlendioxid/liuft-Gemisch
kontinuierlich ein, um eine Sauerstoff- und pH-Kontrolle an dem.bekannten (in der Regel mit
Bicarbonat gepufferten) Medium vorzunehmen. Nach Bedarf kann eine mechanische Einrichtung vorgesehen sein, mit
deren Hilfe man das Medium über der Zellkultur zirkulieren läßt.
Bei den Synthesezyklen werden die Zellen zuerst im Zellenwachstumsmedium
bis zum Zusammenwachsen (Konfluenz) kultiviert. Anschließend ersetzt man das Wachstumsmedium vollständig
durch ein zweites Medium, welches sich für die Erzeugung von Urokinase aus den in der erwähnten Weise kultivierten
Zellen eignet. Auf das letztere Medium bezieht sich die vorliegende Erfindung.
Gemäß einer generellen erfindungs gemäß en Ausführungsform werden Zellen mit bekannter Befähigung zur Bildung von
Urokinase in Kunststoff- oder Glaskolben gezüchtet. Anschließend werden die Zellen in ein geeignetes Wachstumsmedium verpflanzt und in einem geschlossenen System nach
Spülen des letzteren mit Kohlendioxid bis zu einem pH-Wert von 7,2 bei 370C inkubiert. Wenn das Konfluenz stadium erreicht
ist, werden die Zellen mit gepufferter Kochsalzlösung gewaschen. Die Waschflüssigkeit wird dann durch ein
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geeignetes Erhaltungsmedium ersetzt, welches verschiedene zur Erhaltung der Zellen und ihrer Urokinaseproduktion
erforderliche Zusätze enthält.
Während sowohl die Kultivierung der Zellen bis zum Konfluenzstadium
als auch die Erhaltung ihrer Produktionsfähigkeit in der Literatur beschrieben sind, wurde nunmehr
festgestellt, daß sich die Urokinaseproduktion beträchtlich
erhöhen läßt, indem man dem Medium pro 100 Volumteile 0,3 bis 1,2 Gewichtsteile Glycin einverleibt. Gewöhnlich produziert
die Kultur nach etwa 4 bis 5 Wochen eine in wirtschaftlicher Hinsicht optimale Urokinasemenge. Dies bedeutet,
daß die erhaltene Urokinasemenge zwar nicht zwangsläufig der maximal erzielbaren Menge entspricht, jedoch dazu
ausreicht, den Nutzeffekt einer weiteren.Urokinasesynthese
so weit herabzusetzen, daß es lohnender erscheint, von einer frischen Charge einer (zusammenhängenden) Monolayer-Wachstumskultur
auszugehen.
Die nachstehenden Beispiele sollen die erfindungsgemäßen Vorteile erläutern, ohne die Erfindung zu beschränken.
Menschliche embryonale Nierenzellen, welche in 75 mm-Palcon-
-Kolben kultiviert wurden, werden in einem Anteil von
5 χ 10 Zellen in 40 ml eines Nährmediums verpflanzt, welches aus Parker-Medium (beschrieben im Grand Island's
Biological Catalog? GIBCO) besteht und 1 χ BRiE (BME =
grundminimale essentielle Vitamine und Aminosäuren; beschrieben ibid.) sowie 10 Volumprozent fetales Kalbserum
enthält. Nachdem Kohlendioxid zur Einstellung des pH-Wertes auf 7,2 eingeleitet wurde, werden die Kolben im geschlossenen
System bei 370C inkubiert. Nach dem Erreichen des
Konfluenzstadiums oder der Bildung einer zusammenhängenden einzelligen Schicht (Monolayer) werden die Zellen mit
0,8prozentiger wäßriger Natriumchloridlösung, welche mit Phosphat auf einen pH-Wert von 7,4 abgepuffert ist, ge-
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waschen. 3
Anschließend ersetzt man die Waschflüssigkeit durch das
Erhaltungsmedium, welches aus 0,5 Gewichtsprozent Lactal"bumin-hydrolysat,
verschiedenen Anteilen (Gewicht/Volumen) von menschlichem Serumalbumin (MSA) und 0,1 Gewichtsprozent
Glukose in O,8prozentiger Earle-Lösung (Earle's balanced salt
solution)besteht und verschiedene Anteile (in Gewichtsprozent; vgl. Tabelle I) Glycin sowie 0,8 g/Liter Natriumbicarbonat
enthält. Tabelle I zeigt die an den angegebenen Tagen erzielten Urokinasetiter pro ml.
Zusatz 10.Tag 19.Tag 33.Tag 42.Tag
0,5 ί 0T5 $ |
; MSA . MSA + 0,6 $ |
■ Glycin | 86 129 |
195 264 |
335 498 |
443 647 |
0,1 £ 0.1 # |
' MSA '< MSA + 0,6 $ |
Glycin | . 80 145 |
179 276 |
275 539 |
396 671 |
0,05 0.05 |
# MSA # MSA +0,6 |
?S Glycin | 96 112 |
164 204 |
309 - 362 |
443 535 |
0,05 0,05 |
$ MSA ^ MSA +0,6 |
$> Glycin | 80 116 |
157 213 |
297 408 |
427 536 |
durchschnittliche Erhöhung, 52 38 48 40
Beispiel 2
Bei einem weiteren Versuch wird die Urokinase erzeugung nach
demselben Nierenzellenkultivierungs- und -waschprozeß wie
in Beispiel 1 unter Verwendung von 5 Zellen-Propagierkolben für jeden Zusatzstoffanteil getestet. Das Erhaltungsmedium
besteht dabei aus demselben Grund-Nährmedium, enthält jedoch 1 g/Liter Glukose sowie verschiedene Anteile von Glycin.
Tabelle II zeigt die Resultate (Mittelwerte aus den 5 Kolben) in Form der Urokinase-CTA Einheiten/ml nach einer unterschiedlichen.
Anzahl von Tagen. Alle Nährmedien enthalten 0,1 Gewichtsprozent (pro Volumen) menschliches Serumalbumin,
x CTA ist die Einheit der Urokinase-Aktivität, vgl.
Joum. Lab. Clin. Med., Bd. 65, S. 713-731 (Mai I965)
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a) Nährmedium*)
+ 0,6 $> Glycin
+ 0,6 $> Glycin
Nährmedium
+ 0,9 i> Glycin
Nährmedium
+ 1,2 $>
Glycin
567 nach 27 Tagen
688 nach 27 Tagen
740 nach 27 Tagen
nach
34 Tagen
34 Tagen
nach
34 Tagen
34 Tagen
nach
34 Tagen
34 Tagen
b) Nährmedium
+ 0,6 $> Glycin
Nährmedium
+ 0,9 # Glycin
Nährmedium
+ 1,2 $> Glycin
357 nach 29 Tagen
377 nach 29 Tagen
589 nach 29 Tagen
nach
36 Tagen
36 Tagen
nach · 36 Tagen nach
36 Tagen
36 Tagen
c) Nährmedium
+ 0,6 $> Glycin
Nährmedium
+ 0,9 $> Glycin
302 nach 28 Tagen
449 nach 28 Tagen
nach
36 Tagen
36 Tagen
nach
36 Tagen
36 Tagen
d) Nährmedium
+ 0,6 $> Glycin
+ 0,6 $> Glycin
Nährmedium
+ 0,9 $> Glycin
Nährmedium
+ 1,2 $> Glycin
652 nach 27 Tagen
714 nach 27 Tagen
820 nach 27 Tagen
nach
34 Tagen nach
34 Tagen
34 Tagen nach
34 Tagen
nach
34 Tagen
34 Tagen
*) wie vorstehend beschrieben
Während die vorangehenden Beispiele klar die verbesserte Urokinasebildung bei Zugabe verschiedener Glycinmengen zum
Erhaltungsmedium zeigen, verdeutlicht dieses Beispiel die besonders günstige Wirkung eines Glycinzusatzes zu allen
Kulturen, welche hinsichtlich ihrer Befähigung zur Urokinaseproduktion
(Erzeugung von 400 oder weniger CTA-Einheiten von Urokinase innerhalb von 30 Tagen) als gerade noch
rentabel anzusehen sind. Es wird dasselbe Nährmedium wie in Beispiel 2 verwendet.
Eine Kultur,- welche innerhalb von 30 Tagen mit 0,6
Glycin
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350 Einheiten erzeugt, produziert mit 1 $ Glycin 584 Einheiten
und mit 1,2 # Glycin 598 Einheiten.
Eine Kultur, welche innerhalb von 35 Tagen mit 0,6 # Glycin
549 Einheiten produziert, erzeugt mit 0,9 $ Glycin 748 Einheiten und mit 1,2 # Glycin 1011 Einheiten.
Drei Kulturen (a, b und c) ergeben nach 35 Tagen mit 0,6 $,
0,9 $> bzw. 1,2 ^ Glycin, folgende Urokinase-CTA-Einheiten:
a) 473 - 793 - 1011; b) 265 - 469 - 449; c) 309 - 547 - 606.
Zwei weitere Kulturen (d und e) liefern nach 34 Tagen nachstehende Urokinase-CTA-Einheiten: d) 265 - 479 - 661 j
e) 265 - 400 - 633.
Beispiel 4
Bei einem weiteren, gemäß Beispiel 1 durchgeführten Versuch wird die günstige Wirkung eines Glycinzusatzes auf die Urokinaseausbeute
getestet. Tabelle III zeigt die nach 3, 4 und 5 Wochen erzielten Resultate (in Urokinase-CTA-Einheiten/
ml).
Tage 21 28 35
92 116
157 158
264 315
329 330
446 419
487 483
Eine weitere Erhöhung der Urokinaseausbeute läßt sich nach Bedarf dadurch erzielen, daß man dem glyc inhalt igen Erhaltungsmedium
eine sehr geringe Menge von Pronase einverleibt. Beispielsweise werden die aus Tabelle IV ersichtlichen Re-
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0 f> | Glycin | 59 |
3,0 | $> Glycin | 104 |
6,0 | # Glycin | 170 |
7,0 | i» Glycin | 234 |
8,0 | <$> Glycin | 303 |
9,0 | $> Glycin | 436 |
sultate erzielt, wenn man als Erhaltungsmedium das Medium von Beispiel 1 mit einem Zusatz von 0,06 bis 0,13/ug Pronase/ml
verwendet.
Tabelle IV Zusatz 8.Tag 15.Tag 22.Tag 29.Tag 36.Tag
Vergleichsprobe | 118 | 222 | 378 | 541 | 632 |
0,06/ug/ml | 226 | 533 | 606 | 950 | 965 |
0,13/ug/ml | 261 | 400 | 574 | 973 | . 927 |
Eine weitere Verbesserung wird außerdem erzielt, wenn man die Pronase erst am 9· Tag des Produktionszyklus zusetzt.
Das Vergleichsmedium von Beispiel 1 liefert am 10. bzw. 17. Tag ürokinasetiter von 298/ml bzw. 490/ml. Bei Verwendung
von 0,5/Ug Pronase/ml Medium betragen diese Titer 508/ml bzw. 792/ml.
Man erkennt aus den vorangehenden Beispielen, daß die Wirkung von Glycin sehr ausgeprägt ist. Sie ermöglicht es,
zur Herstellung von Urokinase Zellkulturen zu verwenden, welche an sich als gerade noch rentabel anzusehen sind.
Jedoch auch bei optimalen Zellkulturen läßt sich die Ausbeute stark erhöhen. Es wird eine 50- bis 600prozentige
Ausbeutesteigerung erzielt, bezogen auf jenen Wert, der bei Verwendung desselben, jedoch keinen Glycinzusatz enthaltenden
Nähr- oder Erhaltungsmediums zu erwarten ist.
Es ist überraschend, daß eine spezielle Aminosäure in einem bestimmten Mengenbereich zu den vorgenannten ausgezeichneten
und unerwarteten Resultaten führt. Glycin ist die einfachste und verbreitetste Aminosäure. Obwohl
ferner bereits die üblicherweise den Produktionsmedien für Nierenzellen einverleibten Aminosäure-Zusätze geringe
Mengen bestimmter Aminosäuren enthalten, ist festzustellen, daß die erfindungsgemäß verwendeten Anteile im
Bereich des lOOfachen der herkömmlich eingesetzten Mengen
liegen. Überraschenderweise wurde weiterhin gefunden, daß sich unbegrenzte Glycinmengen nicht günstig auswirken und daß
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der optimale Anteil des Zusatzstoffes im Bereich von 0,3 bis 1,2 Volumprozent des Produktions-Nährmediums liegt .Anteile von
weniger als 0,3 9^ führen zu einer sehr geringen, vom wirtschaftlichen
Standpunkt jedoch immer noch relevanten Steigerung der Urokinasebildung, auf welche sich Anteile von
mehr als 1,2 Volumprozent andererseits schädlich auswirken. Überraschend ist außerdem, daß die einfachste existierende
Aminosäure die beschriebene, ausgeprägte Wirkung auf die Urokinaseproduktion besitzt. Andere Aminosäuren,
die in mit den erfindungsgemäß eingesetzten Anteilen vergleichbaren
Mengen verwendet wurden, zeigten keine oder zuweilen sogar entgegengesetzte Wirkungen auf die Urokinaseproduktion.
Wie erwähnt, werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn
man zur Urokinaseerzeugung eine an einer festen Oberfläche haftende, zusammenhängende einschichtige. Zellstruktur verwendet.
Derartige Monolayer-Strukturen wurden bereits bei früheren Forschungen verwendet und sind in der Literatur
beschrieben. Die optimale Temperatur für die erfindungsge— mäße Urokinaseerzeugung beträgt 370C - 0,50C. Bei darunterliegenden
Temperaturen erfolgt die Urokinasebildung nicht mit optimaler Geschwindigkeit, während bei höheren Temperaturen
die Gefahr einer Schädigung der Urokinase erzeugenden Zellen so stark in den Vordergrund tritt, daß der Erfolg
der Synthese in Präge gestellt wird.
Wie der mit der Technik der Erhaltung lebender Zellen in einem Nährmedium vertraute Fachmann erkennen wird, läßt
sich die vorgenannte günstige Wirkung mit beliebigen Arten von Nährmedien für Nierenzellen erzielen. Diese Medien
können verschiedene Anteile von Mineralstoffen und/oder Vitaminen, Puffern u.a. enthalten sowie unterschiedliche
Konzentrationen an den Bestandteilen aufweisen. Beispiele für derartige Komponenten sind die gebräuchliche Earie-Lösung,
Natriumbicarbonat sowie andere übliche Zusätze für zum vorgenannten Zweck verwendete Nährmedien.
609841/0964
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Urokinase aus einer
zusammenhängenden Kultur von lebenden Nierenzellen in einem wäßrigen Nährmedium, welches außer den
üblichen Zellkultur-Erhaltungszusätzen pro 100 Volumteile 0,3 bis 1,2 Gewichtsteile Glycin enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glycin in einem Anteil von 0,6 bis 1,2 Gewichtsteilen
eingesetzt wird,
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Nährmedium zusätzlich pro 100 g 6 bis 50 /ug Pronase enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pronase in einem Anteil von 6 bis 20 zug
eingesetzt wird. ·
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Nährmedium pro 100 Gewichtsteile 0,6 bis
—f> —f>
1,2 Gewichtsteile Glycin sowie 6 χ 10 bis 20 χ 10~ Gewichtsteile Pronase enthält.
Rn98A1/0964
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