EA045030B1 - METABOLICALLY OPTIMIZED CELL CULTURE - Google Patents
METABOLICALLY OPTIMIZED CELL CULTURE Download PDFInfo
- Publication number
- EA045030B1 EA045030B1 EA202291408 EA045030B1 EA 045030 B1 EA045030 B1 EA 045030B1 EA 202291408 EA202291408 EA 202291408 EA 045030 B1 EA045030 B1 EA 045030B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- cells
- cell culture
- lactate
- cell
- culture
- Prior art date
Links
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 title claims description 198
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 287
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 133
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 claims description 80
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 69
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 57
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 claims description 56
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 56
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 55
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 34
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 claims description 25
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 claims description 25
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 22
- 108020001507 fusion proteins Proteins 0.000 claims description 20
- 102000037865 fusion proteins Human genes 0.000 claims description 19
- 150000007523 nucleic acids Chemical group 0.000 claims description 17
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 claims description 13
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 13
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 9
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 8
- 210000004978 chinese hamster ovary cell Anatomy 0.000 claims description 8
- 239000013604 expression vector Substances 0.000 claims description 8
- 108091000831 antigen binding proteins Proteins 0.000 claims description 7
- 102000025171 antigen binding proteins Human genes 0.000 claims description 7
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 claims description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 235000020938 metabolic status Nutrition 0.000 claims description 5
- 210000004408 hybridoma Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 4
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 claims description 4
- 210000000628 antibody-producing cell Anatomy 0.000 claims description 3
- AEMBWNDIEFEPTH-UHFFFAOYSA-N n-tert-butyl-n-ethylnitrous amide Chemical compound CCN(N=O)C(C)(C)C AEMBWNDIEFEPTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 98
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 61
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 61
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 17
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 13
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 11
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 10
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 10
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 108060003951 Immunoglobulin Proteins 0.000 description 8
- 108010091086 Recombinases Proteins 0.000 description 8
- 102000018120 Recombinases Human genes 0.000 description 8
- 102000018358 immunoglobulin Human genes 0.000 description 8
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 8
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 8
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 description 8
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 7
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 7
- 108010034634 Repressor Proteins Proteins 0.000 description 6
- 102000009661 Repressor Proteins Human genes 0.000 description 6
- NKANXQFJJICGDU-QPLCGJKRSA-N Tamoxifen Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(/CC)=C(C=1C=CC(OCCN(C)C)=CC=1)/C1=CC=CC=C1 NKANXQFJJICGDU-QPLCGJKRSA-N 0.000 description 6
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 6
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 6
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 6
- 101150024821 tetO gene Proteins 0.000 description 6
- 108010047041 Complementarity Determining Regions Proteins 0.000 description 5
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 108091006020 Fc-tagged proteins Proteins 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 210000002472 endoplasmic reticulum Anatomy 0.000 description 5
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 5
- 238000002705 metabolomic analysis Methods 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 4
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 4
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 4
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 4
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 4
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 4
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001431 metabolomic effect Effects 0.000 description 4
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 4
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 4
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 description 4
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 description 4
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 4
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108010087819 Fc receptors Proteins 0.000 description 3
- 102000009109 Fc receptors Human genes 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 241001529936 Murinae Species 0.000 description 3
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 3
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 3
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 125000000539 amino acid group Chemical group 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- AIUDWMLXCFRVDR-UHFFFAOYSA-N dimethyl 2-(3-ethyl-3-methylpentyl)propanedioate Chemical class CCC(C)(CC)CCC(C(=O)OC)C(=O)OC AIUDWMLXCFRVDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 210000004602 germ cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 3
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 3
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 3
- 108020001756 ligand binding domains Proteins 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 3
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 3
- 229940066779 peptones Drugs 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 229960001603 tamoxifen Drugs 0.000 description 3
- 229930024421 Adenine Natural products 0.000 description 2
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N Adenine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DCXYFEDJOCDNAF-UHFFFAOYSA-N Asparagine Natural products OC(=O)C(N)CC(N)=O DCXYFEDJOCDNAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 108010051219 Cre recombinase Proteins 0.000 description 2
- 108091005941 EBFP Proteins 0.000 description 2
- 102100039556 Galectin-4 Human genes 0.000 description 2
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 2
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 2
- 102000004144 Green Fluorescent Proteins Human genes 0.000 description 2
- 101000608765 Homo sapiens Galectin-4 Proteins 0.000 description 2
- 102100026120 IgG receptor FcRn large subunit p51 Human genes 0.000 description 2
- 108010054477 Immunoglobulin Fab Fragments Proteins 0.000 description 2
- 102000001706 Immunoglobulin Fab Fragments Human genes 0.000 description 2
- DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N L-asparagine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(N)=O DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 2
- FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N L-methionine Chemical compound CSCC[C@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 2
- COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N L-phenylalanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 2
- 241000713333 Mouse mammary tumor virus Species 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 2
- 108700005077 Viral Genes Proteins 0.000 description 2
- 229960000643 adenine Drugs 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 235000009582 asparagine Nutrition 0.000 description 2
- 229960001230 asparagine Drugs 0.000 description 2
- 229930189065 blasticidin Natural products 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 239000013592 cell lysate Substances 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000002759 chromosomal effect Effects 0.000 description 2
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 108010048367 enhanced green fluorescent protein Proteins 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 2
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005090 green fluorescent protein Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000001900 immune effect Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229930182817 methionine Natural products 0.000 description 2
- 235000006109 methionine Nutrition 0.000 description 2
- 229940126619 mouse monoclonal antibody Drugs 0.000 description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 2
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N phenylalanine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008488 polyadenylation Effects 0.000 description 2
- 238000001742 protein purification Methods 0.000 description 2
- RXWNCPJZOCPEPQ-NVWDDTSBSA-N puromycin Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1C[C@H](N)C(=O)N[C@H]1[C@@H](O)[C@H](N2C3=NC=NC(=C3N=C2)N(C)C)O[C@@H]1CO RXWNCPJZOCPEPQ-NVWDDTSBSA-N 0.000 description 2
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 2
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 2
- 239000004017 serum-free culture medium Substances 0.000 description 2
- 101150015970 tetM gene Proteins 0.000 description 2
- 101150061166 tetR gene Proteins 0.000 description 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 241001515965 unidentified phage Species 0.000 description 2
- 210000003501 vero cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 108091005957 yellow fluorescent proteins Proteins 0.000 description 2
- CXNPLSGKWMLZPZ-GIFSMMMISA-N (2r,3r,6s)-3-[[(3s)-3-amino-5-[carbamimidoyl(methyl)amino]pentanoyl]amino]-6-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)-3,6-dihydro-2h-pyran-2-carboxylic acid Chemical compound O1[C@@H](C(O)=O)[C@H](NC(=O)C[C@@H](N)CCN(C)C(N)=N)C=C[C@H]1N1C(=O)N=C(N)C=C1 CXNPLSGKWMLZPZ-GIFSMMMISA-N 0.000 description 1
- SGKRLCUYIXIAHR-AKNGSSGZSA-N (4s,4ar,5s,5ar,6r,12ar)-4-(dimethylamino)-1,5,10,11,12a-pentahydroxy-6-methyl-3,12-dioxo-4a,5,5a,6-tetrahydro-4h-tetracene-2-carboxamide Chemical compound C1=CC=C2[C@H](C)[C@@H]([C@H](O)[C@@H]3[C@](C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@H]3N(C)C)(O)C3=O)C3=C(O)C2=C1O SGKRLCUYIXIAHR-AKNGSSGZSA-N 0.000 description 1
- NFGXHKASABOEEW-UHFFFAOYSA-N 1-methylethyl 11-methoxy-3,7,11-trimethyl-2,4-dodecadienoate Chemical compound COC(C)(C)CCCC(C)CC=CC(C)=CC(=O)OC(C)C NFGXHKASABOEEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010069754 Acquired gene mutation Diseases 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 229940088872 Apoptosis inhibitor Drugs 0.000 description 1
- 101100394813 Bacillus subtilis (strain 168) hprT gene Proteins 0.000 description 1
- 241000282836 Camelus dromedarius Species 0.000 description 1
- 241000282693 Cercopithecidae Species 0.000 description 1
- 108091035707 Consensus sequence Proteins 0.000 description 1
- 241000557626 Corvus corax Species 0.000 description 1
- 241000699800 Cricetinae Species 0.000 description 1
- 108090000204 Dipeptidase 1 Proteins 0.000 description 1
- YQYJSBFKSSDGFO-UHFFFAOYSA-N Epihygromycin Natural products OC1C(O)C(C(=O)C)OC1OC(C(=C1)O)=CC=C1C=C(C)C(=O)NC1C(O)C(O)C2OCOC2C1O YQYJSBFKSSDGFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010046276 FLP recombinase Proteins 0.000 description 1
- 108700028146 Genetic Enhancer Elements Proteins 0.000 description 1
- 108090000288 Glycoproteins Proteins 0.000 description 1
- 102000003886 Glycoproteins Human genes 0.000 description 1
- 102100026122 High affinity immunoglobulin gamma Fc receptor I Human genes 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 101100064677 Homo sapiens EDEM2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101000913074 Homo sapiens High affinity immunoglobulin gamma Fc receptor I Proteins 0.000 description 1
- 101000917826 Homo sapiens Low affinity immunoglobulin gamma Fc region receptor II-a Proteins 0.000 description 1
- 101000917824 Homo sapiens Low affinity immunoglobulin gamma Fc region receptor II-b Proteins 0.000 description 1
- 101000917858 Homo sapiens Low affinity immunoglobulin gamma Fc region receptor III-A Proteins 0.000 description 1
- 101000917839 Homo sapiens Low affinity immunoglobulin gamma Fc region receptor III-B Proteins 0.000 description 1
- 101710177940 IgG receptor FcRn large subunit p51 Proteins 0.000 description 1
- 108010067060 Immunoglobulin Variable Region Proteins 0.000 description 1
- 102000017727 Immunoglobulin Variable Region Human genes 0.000 description 1
- 108010025815 Kanamycin Kinase Proteins 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 102100029204 Low affinity immunoglobulin gamma Fc region receptor II-a Human genes 0.000 description 1
- 102100029185 Low affinity immunoglobulin gamma Fc region receptor III-B Human genes 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 102000005431 Molecular Chaperones Human genes 0.000 description 1
- 108010006519 Molecular Chaperones Proteins 0.000 description 1
- 229930193140 Neomycin Natural products 0.000 description 1
- 101100030550 Nocardia iowensis npt gene Proteins 0.000 description 1
- 102000007999 Nuclear Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010089610 Nuclear Proteins Proteins 0.000 description 1
- 206010034133 Pathogen resistance Diseases 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 108010008281 Recombinant Fusion Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000007056 Recombinant Fusion Proteins Human genes 0.000 description 1
- 241000607142 Salmonella Species 0.000 description 1
- 241000701835 Salmonella virus P22 Species 0.000 description 1
- 108010003723 Single-Domain Antibodies Proteins 0.000 description 1
- 108700026226 TATA Box Proteins 0.000 description 1
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 1
- GLNADSQYFUSGOU-GPTZEZBUSA-J Trypan blue Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].C1=C(S([O-])(=O)=O)C=C2C=C(S([O-])(=O)=O)C(/N=N/C3=CC=C(C=C3C)C=3C=C(C(=CC=3)\N=N\C=3C(=CC4=CC(=CC(N)=C4C=3O)S([O-])(=O)=O)S([O-])(=O)=O)C)=C(O)C2=C1N GLNADSQYFUSGOU-GPTZEZBUSA-J 0.000 description 1
- 102000044159 Ubiquitin Human genes 0.000 description 1
- 108090000848 Ubiquitin Proteins 0.000 description 1
- 239000005862 Whey Substances 0.000 description 1
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 description 1
- 108010035430 X-Box Binding Protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 102100038151 X-box-binding protein 1 Human genes 0.000 description 1
- 108010084455 Zeocin Proteins 0.000 description 1
- 108020002494 acetyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000006536 aerobic glycolysis Effects 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 101150073130 ampR gene Proteins 0.000 description 1
- 229960000723 ampicillin Drugs 0.000 description 1
- AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N ampicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=CC=C1 AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 1
- 238000003782 apoptosis assay Methods 0.000 description 1
- 239000000158 apoptosis inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 102000006635 beta-lactamase Human genes 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- CXNPLSGKWMLZPZ-UHFFFAOYSA-N blasticidin-S Natural products O1C(C(O)=O)C(NC(=O)CC(N)CCN(C)C(N)=N)C=CC1N1C(=O)N=C(N)C=C1 CXNPLSGKWMLZPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091005948 blue fluorescent proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 210000004899 c-terminal region Anatomy 0.000 description 1
- 230000023852 carbohydrate metabolic process Effects 0.000 description 1
- 235000021256 carbohydrate metabolism Nutrition 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 230000030944 contact inhibition Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012136 culture method Methods 0.000 description 1
- 230000001086 cytosolic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 1
- 229960003722 doxycycline Drugs 0.000 description 1
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 210000001339 epidermal cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 1
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 235000020774 essential nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 102000015694 estrogen receptors Human genes 0.000 description 1
- 108010038795 estrogen receptors Proteins 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 108091006047 fluorescent proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000034287 fluorescent proteins Human genes 0.000 description 1
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 1
- 230000034659 glycolysis Effects 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 101150047832 hpt gene Proteins 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 108010002685 hygromycin-B kinase Proteins 0.000 description 1
- 230000016784 immunoglobulin production Effects 0.000 description 1
- 229940072221 immunoglobulins Drugs 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 1
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 description 1
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 1
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 description 1
- 210000003292 kidney cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000037447 lactate metabolism Effects 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000012007 large scale cell culture Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000004698 lymphocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229960004927 neomycin Drugs 0.000 description 1
- 108010068617 neonatal Fc receptor Proteins 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000021049 nutrient content Nutrition 0.000 description 1
- 235000018343 nutrient deficiency Nutrition 0.000 description 1
- 230000004783 oxidative metabolism Effects 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 1
- 229940127557 pharmaceutical product Drugs 0.000 description 1
- CWCMIVBLVUHDHK-ZSNHEYEWSA-N phleomycin D1 Chemical compound N([C@H](C(=O)N[C@H](C)[C@@H](O)[C@H](C)C(=O)N[C@@H]([C@H](O)C)C(=O)NCCC=1SC[C@@H](N=1)C=1SC=C(N=1)C(=O)NCCCCNC(N)=N)[C@@H](O[C@H]1[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1)O[C@@H]1[C@H]([C@@H](OC(N)=O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1)O)C=1N=CNC=1)C(=O)C1=NC([C@H](CC(N)=O)NC[C@H](N)C(N)=O)=NC(N)=C1C CWCMIVBLVUHDHK-ZSNHEYEWSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000005522 programmed cell death Effects 0.000 description 1
- 210000001236 prokaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000012846 protein folding Effects 0.000 description 1
- 239000012474 protein marker Substances 0.000 description 1
- 230000017854 proteolysis Effects 0.000 description 1
- 238000000575 proteomic method Methods 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 229950010131 puromycin Drugs 0.000 description 1
- 238000002708 random mutagenesis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000022532 regulation of transcription, DNA-dependent Effects 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000012883 sequential measurement Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 238000002741 site-directed mutagenesis Methods 0.000 description 1
- 230000037439 somatic mutation Effects 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000003153 stable transfection Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- -1 such as an antibody Proteins 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 101150006320 trpR gene Proteins 0.000 description 1
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 1
- 241000701447 unidentified baculovirus Species 0.000 description 1
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
Description
Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с 35 USC § 119(e) в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США № 61/889815, поданной 11 октября 2013 г., которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.This application claims priority under 35 USC § 119(e) to US Provisional Patent Application No. 61/889,815, filed October 11, 2013, which is incorporated herein by reference in its entirety.
Область техники, к которой относится настоящее изобретениеField of technology to which the present invention relates
Настоящее изобретение относится к клеткам, которые характеризуются метаболическим сдвигом на потребление лактата в клеточной культуре. Переход на метаболический профиль потребления лактата в культуре в системе посевных ферментеров характеризуется благоприятными эффектами на производственную культуру. При инокуляции производственного реактора клетки проявляют более эффективный метаболизм лактата с низкой скоростью производства лактата, низкими максимальными содержаниями лактата, ранним переходом на потребление лактата и, следовательно, повышенной продуктивностью в периодической культуре клеток млекопитающего с подпиткой. Таким образом, предусмотрен улучшенный способ крупномасштабного производства белков и/или полипептидов в клеточной культуре.The present invention relates to cells that exhibit a metabolic shift to lactate consumption in cell culture. The transition to a metabolic profile of lactate consumption in the culture in a seed fermenter system is characterized by beneficial effects on the production crop. When inoculated into a production reactor, cells exhibit more efficient lactate metabolism with low rates of lactate production, low maximum lactate contents, early transition to lactate consumption, and hence increased productivity in fed-batch mammalian cell culture. Thus, an improved method for large-scale production of proteins and/or polypeptides in cell culture is provided.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Биологические средства, в частности белки и полипептиды, все чаще разрабатываются в качестве новых фармацевтических продуктов. Сконструированные клетки, которые производят нетипично высокие содержания конкретного представляющего интерес белка, становятся критически важными для успешного коммерческого производства указанных фармацевтических средств. Контроль и оптимизация условий культивирования клеток подвергаются изменениям и оказывают значительное влияние на содержание и качество произведенного в культуре терапевтического белка.Biological agents, in particular proteins and polypeptides, are increasingly being developed as new pharmaceutical products. Engineered cells that produce atypically high levels of a particular protein of interest become critical for the successful commercial production of these pharmaceuticals. Control and optimization of cell culture conditions are subject to change and have a significant impact on the content and quality of the therapeutic protein produced in the culture.
Общепринятым является производство белков посредством клеточной культуры в способе периодических культур или периодических культур с подпиткой. Ранние стадии роста инокулята после оттаивания флакона включают в себя культивирование клеток в затравочной культуре. Как правило, клетки выращивают при экспотенциальной скорости роста, такой как в биореакторах с системой посевных ферментеров, для обеспечения непрерывного увеличения размера и/или объема клеточной популяции. После пропорционального увеличения клеточной массы в результате прохождения через несколько стадий в биореакторе клетки переносят в производственный биореактор, пока клетки все еще находятся в фазе экспотенциального роста (фаза логарифмического роста) (Gambhir, A. et al., 2003, J Bioscience Bioeng 95(4):317-327). Как правило, считается нежелательным позволять клеткам в периодической культуре, например, затравочной культуре, переходить в стационарную фазу, минуя фазу логарифмического роста. Согласно рекомендациям культуры необходимо пересевать, пока они находятся в фазе логарифмического роста, до того, как клетки, например прилипающие клетки, достигают конфлюэнтности вследствие контактного торможения, или накопление отходов ингибирует рост клеток, среди прочих причин (Cell Culture Basics, Gibco/Invitrogen Online Handbook, www.invitrogen.com; ATCC® Animal Cell Culture Guide, www.atcc.org).It is common practice to produce proteins by cell culture in a batch or fed-batch culture method. The early stages of inoculum growth after the vial is thawed involve culturing the cells in a seed culture. Typically, cells are grown at an exponential growth rate, such as in seed-seeded bioreactors, to ensure continuous expansion of the size and/or volume of the cell population. After a proportional increase in cell mass as a result of passing through several stages in the bioreactor, the cells are transferred to the production bioreactor while the cells are still in the exponential growth phase (logarithmic growth phase) (Gambhir, A. et al., 2003, J Bioscience Bioeng 95(4 ):317-327). It is generally considered undesirable to allow cells in a batch culture, such as a seed culture, to enter stationary phase without going through a logarithmic growth phase. Recommendations are that cultures should be subcultured while they are in logarithmic growth phase, before cells such as adherent cells become confluent due to contact inhibition, or waste accumulation inhibits cell growth, among other reasons (Cell Culture Basics, Gibco/Invitrogen Online Handbook , www.invitrogen.com; ATCC® Animal Cell Culture Guide, www.atcc.org).
После переноса в периодическую культуру с подпиткой клетки культивируют в течение определенного периода времени, при этом осуществляют мониторинг и контроль за составом среды для обеспечения возможности производства представляющего интерес белка или полипептида. После достижения определенного выхода продукта или уровня жизнеспособности клеток накопление отходов или истощение питательных веществ является определяющим для решения о прекращении культивирования, и осуществляют выделение произведенного белка или полипептида. За последнее десятилетие были осуществлены многочисленные значительные достижения, направленные на улучшение выхода рекомбинантного белка, который в настоящее время достигает титров порядка граммов на литр. Достижения в способах производства белка, а также в конструировании клеточных линий и разработке сред для клеточных культур и систем подпитки вносят свой вклад в увеличении выхода белка.After transfer to fed-batch culture, the cells are cultured for a specified period of time while the composition of the medium is monitored and controlled to allow production of the protein or polypeptide of interest. Once a certain product yield or cell viability level has been reached, waste accumulation or nutrient depletion determines the decision to stop culture and the protein or polypeptide produced is isolated. Over the past decade, numerous significant advances have been made to improve recombinant protein yields, which currently reach titers in the order of grams per liter. Advances in protein production methods, as well as in the engineering of cell lines and the development of cell culture media and feeding systems are contributing to increased protein yields.
Производство с использованием периодической культуры с подпиткой предусматривает добавление небольших объемов подпитки для восполнения питательных веществ, находящихся в биореакторе, по мере роста клеток и производства продукта. Следует понимать, что клетки млекопитающего, как правило, характеризуются тенденцией осуществлять непрерывный метаболизм углеводов, что приводит к накоплению лактата, таким образом, требуя добавления основания для нейтрализации молочной кислоты. Добавление основания повышает осмолярность в клеточной среде, что в свою очередь сильно ограничивает общую достижимую жизнеспособность и/или продуктивность клеток в биореакторе. Накопление лактата в среде негативно влияет на рост клеток и является одним из распространенных факторов, ограничивающих максимальную продуктивность, которая может быть достигнута в периодической культуре. В типичной периодической клеточной культуре рост и продуктивность ингибируются после того, как концентрация лактата в культуре достигает приблизительно 30-50 мМ, и/или концентрация аммиака достигает 3-5 мМ (Ozturk, S.S., Riley, M.R., and Palsson, В.О. 1992. Biotechnol. and Bioeng. 39: 418-431). В настоящее время широко применяемые схемы предусматривают восполнение питательных веществ и разработку бессывороточных сред с установленным химическим составом для поддержки непрерывного клеточного роста и оптимальной секреции продукта.Fed-batch production involves adding small volumes of feed to replenish the nutrients in the bioreactor as cells grow and product is produced. It should be understood that mammalian cells generally have a tendency to continuously metabolize carbohydrates, resulting in the accumulation of lactate, thus requiring the addition of a base to neutralize lactic acid. The addition of base increases the osmolarity in the cellular environment, which in turn severely limits the overall achievable cell viability and/or productivity in the bioreactor. Accumulation of lactate in the medium negatively affects cell growth and is one of the common factors limiting the maximum productivity that can be achieved in batch culture. In a typical batch cell culture, growth and productivity are inhibited once the lactate concentration in the culture reaches approximately 30-50 mM and/or the ammonia concentration reaches 3-5 mM (Ozturk, S.S., Riley, M.R., and Palsson, V.O. 1992. Biotechnol. and Bioeng. 39: 418-431). Currently, commonly used regimens include nutrient replenishment and the development of serum-free media with established chemistry to support continued cell growth and optimal product secretion.
Попытки, относящиеся, в частности, к снижению выхода отходов метаболизма, таких как накопление лактата, в клеточной культуре, улучшили общее количество конечных титров белка. Указанные попытки сфокусированы на способах с применением периодической культуры с подпиткой с контролируе- 1 045030 мым содержанием глюкозы или ограниченным содержанием питательных веществ (см., например, WO2004104186; US8192951B2), улучшенных условиях среды для культивирования клеток (например, US7390660; Zagari, et al., 2013, New Biotechnol., 30(2):238-45) или клеточной инженерии, включая в себя направление ферментов в гликолитический путь (например, Kim, S.H. and Lee, G.M., 2007, Appl. Microbiol. Biotechnol. 74, 152-159; Kim, S.H. and Lee, G.M., 2007, Appl. Microbiol. Biotechnol. 76, 659-665; Wlaschin, K.F. and Hu, W-S., 2007, J. Biotechnol. 131,168-176).Attempts related in particular to reducing the output of metabolic waste products, such as lactate accumulation, in cell culture have improved the overall number of final protein titers. These efforts have focused on methods using fed-batch culture with controlled glucose or limited nutrient content (see, for example, WO2004104186; US8192951B2), improved cell culture media (for example, US7390660; Zagari, et al ., 2013, New Biotechnol., 30(2):238-45) or cell engineering, including directing enzymes into the glycolytic pathway (e.g., Kim, S.H. and Lee, G.M., 2007, Appl. Microbiol. Biotechnol. 74, 152-159; Kim, S. H. and Lee, G. M., 2007, Appl. Microbiol. Biotechnol. 76, 659-665; Wlaschin, K. F. and Hu, W. S., 2007, J. Biotechnol. 131, 168-176).
Контролируемая подпитка клеток используется в попытке достичь более эффективного метаболического фенотипа (Europa, A. F., et al., 2000, Biotechnol. Bioeng. 67:25-34; Cruz et al., 1999, Biotechnol Bioeng, 66(2): 104-113; Zhou et al., 1997, Cytotechnology 24, 99-108; Xie and Wang, 1994, Biotechnol Bioeng, 43:1174-89). Тем не менее, это осложняется тем фактом, что недостаточность питательных веществ, а также быстрые изменения, например, концентрации аммиака, наблюдаемые в периодической культуре с подпиткой с высокой плотностью клеток, могут индуцировать апоптоз (программируемую клеточную смерть) (Newland et al., 1994, Biotechnol. Bioeng. 43(5):434-8). Следовательно, общепринятый подход к оптимизации состоит в том, чтобы выращивать клетки до умеренно высокой плотности в периодической культуре с подпиткой и затем преднамеренно индуцировать пролонгированную, продуктивную стационарную фазу, например, путем изменения температуры или рН (Quek et al., 2010, Metab Eng 12(2): 16171. doi: 10.1016/j.ymben.2009.09.002. Epub 2009 Oct 13).Controlled cell feeding is used in an attempt to achieve a more efficient metabolic phenotype (Europa, A. F., et al., 2000, Biotechnol. Bioeng. 67:25-34; Cruz et al., 1999, Biotechnol Bioeng, 66(2): 104-113 ; Zhou et al., 1997, Cytotechnology 24, 99-108; Xie and Wang, 1994, Biotechnol Bioeng, 43:1174-89). However, this is complicated by the fact that nutrient deficiencies, as well as rapid changes such as ammonia concentrations observed in fed-batch culture at high cell densities, can induce apoptosis (programmed cell death) (Newland et al., 1994 , Biotechnol Bioeng 43(5):434-8). Therefore, a common approach to optimization is to grow cells to moderately high densities in fed-batch culture and then deliberately induce a prolonged, productive stationary phase, for example by changing temperature or pH (Quek et al., 2010, Metab Eng 12 (2): 16171. doi: 10.1016/j.ymben.2009.09.002. Epub 2009 Oct 13).
Обсуждаемые выше техники оптимизации были сфокусированы на периодической культуре с подпиткой клеточная, и этот зависимый от питательных веществ способ необходимо адаптировать для каждой клетки-хозяина, сконструированной для производства представляющего интерес полипептида. Способы адаптации клеток к потребителям лактата в культуре крайне необходимы в процессе производства биологических терапевтических средств. Оптимизация клеточной линии с метаболическим фенотипом, характеризующимся потреблением лактата, оказалась бы полезной для коммерческого производства полипептидов.The optimization techniques discussed above have focused on fed-batch cell culture, and this nutrient-dependent method must be tailored to each host cell engineered to produce the polypeptide of interest. Methods for adapting cells to lactate consumers in culture are essential in the production of biological therapeutics. Optimization of a cell line with a metabolic phenotype characterized by lactate consumption would be useful for the commercial production of polypeptides.
Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief Disclosure of the Present Invention
Согласно настоящему изобретению предусмотрены клетки и способы культивирования клеток, в которых произошел метаболический сдвиг на потребление лактата. Метаболически адаптированные клетки являются оптимальными для крупномасштабного производства белка.The present invention provides cells and methods for culturing cells that have undergone a metabolic shift to consume lactate. Metabolically adapted cells are optimal for large-scale protein production.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ культивирования клеток, предусматривающий перенос клеток из первой клеточной культуры во вторую клеточную культуру после того, как в первой культуре произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of culturing cells comprising transferring cells from a first cell culture to a second cell culture after the first culture has undergone a metabolic shift to consume lactate in the cells.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ культивирования клеток, предусматривающий культивирование клеток в первой клеточной культуре, определение того, что метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках произошел в первой клеточной культуре, и перенос клеток во вторую клеточную культуру после того, как произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, причем концентрация лактата во второй клеточной культуре показывает чистое потребление лактата во время культивирования второй культуры. Согласно одному варианту осуществления способ дополнительно предусматривает уменьшение накопления лактата во второй клеточной культуре по сравнению с указанным параметром, определенным в идентичной в других отношениях клеточной культуре при идентичных в других отношениях условиях за исключением того, что перенос клеток во вторую клеточную культуру происходит до того, как в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of culturing cells comprising culturing cells in a first cell culture, determining that a metabolic shift to lactate consumption in the cells has occurred in the first cell culture, and transferring the cells to a second cell culture after the metabolic shift to lactate consumption has occurred in the first cell culture. lactate consumption in the cells, the concentration of lactate in the second cell culture indicating the net consumption of lactate during the cultivation of the second culture. In one embodiment, the method further comprises reducing lactate accumulation in the second cell culture compared to that determined in an otherwise identical cell culture under otherwise identical conditions, except that transfer of cells to the second cell culture occurs before a metabolic shift occurred in the first cell culture.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ получения белка, предусматривающий перенос клеток из первой клеточной культуры во вторую клеточную культуру после того, как произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, и поддержание второй клеточной культуры в течение некоторого периода времени так, чтобы белок накапливался в клеточной культуре. Согласно родственному аспекту согласно настоящему изобретению предусмотрен способ производства белка, предусматривающий культивирование клеток в первой клеточной культуре, определение того, что метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках произошел в первой клеточной культуре, перенос клеток во вторую клеточную культуру после того, как произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, и поддержание второй клеточной культуры в течение некоторого периода времени так, чтобы белок накапливался в клеточной культуре. Согласно одному варианту осуществления способ дополнительно предусматривает увеличение продуктивности во второй клеточной культуре по сравнению с указанным параметром, определенным в идентичной в других отношениях клеточной культуре при идентичных в других отношениях условиях за исключением того, что перенос клеток во вторую клеточную культуру происходит до того, как в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing protein, comprising transferring cells from a first cell culture to a second cell culture after a metabolic shift to lactate consumption has occurred in the cells, and maintaining the second cell culture for a period of time so that the protein accumulates in cell culture. In a related aspect, the present invention provides a method for producing a protein comprising culturing cells in a first cell culture, determining that a metabolic shift to lactate consumption in the cells has occurred in the first cell culture, transferring the cells to a second cell culture after the metabolic shift to lactate consumption has occurred in the first cell culture. consuming lactate in the cells, and maintaining a second cell culture for a period of time so that the protein accumulates in the cell culture. In one embodiment, the method further comprises increasing the productivity in the second cell culture compared to said parameter determined in an otherwise identical cell culture under otherwise identical conditions except that the transfer of cells into the second cell culture occurs before the first cell culture experienced a metabolic shift.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предусмотрен улучшенный способ культивирования клеток, при котором клетки содержат ген, кодирующий представляющий интерес полипептид, предусматривающий следующие стадии: культивирование клеток в первой клеточной культуре, поддержание первой клеточной культуры при условиях, которые обеспечивают наращивание клеточной массы, перенос клеток во вторую клеточную культуру после того, как произошел метаболический сдвиг на по- 2 045030 требление лактата в клетках, поддержание второй клеточной культуры при условиях, которые обеспечивают экспрессию представляющего интерес полипептида, и сбор представляющего интерес полипептида из второй клеточной культуры. Согласно одному варианту осуществления способ дополнительно предусматривает определение того, что в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках.According to a third aspect of the present invention, there is provided an improved method of culturing cells, wherein the cells contain a gene encoding a polypeptide of interest, comprising the following steps: culturing the cells in a first cell culture, maintaining the first cell culture under conditions that allow cell mass to increase, transferring the cells to a second cell culture. cell culture after a metabolic shift to lactate consumption has occurred in the cells, maintaining the second cell culture under conditions that allow expression of the polypeptide of interest, and collecting the polypeptide of interest from the second cell culture. In one embodiment, the method further comprises determining that the first cell culture has undergone a metabolic shift to lactate consumption in the cells.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предусмотрен улучшенный способ получения полипептида в клеточной культуре, предусматривающий следующие стадии: трансфекция клеток ДНК, кодирующей представляющий интерес полипептид, культивирование клеток в первой клеточной культуре, перенос клеток во вторую клеточную культуру после того, как произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, причем представляющий интерес полипептид экспрессируется при условиях второй клеточной культуры, и поддержание второй клеточной культуры в течение некоторого периода времени так, чтобы полипептид накапливался в клеточной культуре. Согласно одному варианту осуществления способ дополнительно предусматривает определение того, что в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an improved method for producing a polypeptide in cell culture, comprising the following steps: transfecting cells with DNA encoding the polypeptide of interest, culturing the cells in a first cell culture, transferring the cells to a second cell culture after a metabolic shift to lactate consumption has occurred in cells, wherein the polypeptide of interest is expressed under the conditions of the second cell culture, and maintaining the second cell culture for a period of time so that the polypeptide accumulates in the cell culture. In one embodiment, the method further comprises determining that the first cell culture has undergone a metabolic shift to lactate consumption in the cells.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ получения характеризующейся метаболическим сдвигом клеточной линии, предусматривающий следующие стадии: поддержание клеточной популяции в первой клеточной культуре при условиях, которые обеспечивают наращивание клеточной массы, определение того, когда произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, перенос фракции клеточной популяции из первой клеточной культуры во вторую клеточную культуру после того, как произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, поддержание клеточной популяции во второй клеточной культуре в течение некоторого периода времени, и необязательно сбор клеток, тем самым получая характеризующуюся метаболическим сдвигом клеточную линию.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a metabolically shifted cell line, comprising the following steps: maintaining a cell population in a first cell culture under conditions that allow cell mass to increase, determining when a metabolic shift to lactate consumption has occurred in the cells, transferring a fraction of the cell population from the first cell culture to the second cell culture after a metabolic shift to lactate consumption has occurred in the cells, maintaining the cell population in the second cell culture for a period of time, and optionally harvesting the cells, thereby obtaining a metabolically shifted cell line.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрена характеризующаяся метаболическим сдвигом клеточная линия, полученная любым из раскрытых в настоящем документе способов согласно настоящему изобретению.According to another aspect of the present invention, there is provided a metabolically shifted cell line obtained by any of the methods disclosed herein according to the present invention.
Согласно некоторым вариантам осуществления характеризующаяся метаболическим сдвигом клетка содержит последовательность нуклеиновой кислоты, стабильно интегрированную в клеточный геном, причем последовательность нуклеиновой кислоты кодирует представляющий интерес полипептид или белок. Согласно другим вариантам осуществления характеризующаяся метаболическим сдвигом клетка содержит экспрессионный вектор, кодирующий представляющий интерес полипептид или белок.In some embodiments, the metabolically shifted cell comprises a nucleic acid sequence stably integrated into the cell's genome, wherein the nucleic acid sequence encodes a polypeptide or protein of interest. In other embodiments, the metabolic shift cell comprises an expression vector encoding a polypeptide or protein of interest.
Согласно одному варианту осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают с помощью измерений рН, содержания лактата или основания в первой клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления клетки переносят во вторую клеточную культуру, когда обнаруживают потребление лактата. Согласно другим вариантам осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают после повышения рН в первой среде для культивирования клеток без добавления основания. Согласно другим вариантам осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают, когда уровни содержания лактата в первой клеточной культуре выходят на плато. Согласно другим вариантам осуществления способ дополнительно предусматривает определение метаболического сдвига, предусматривающее следующее: измерение рН в первой клеточной культуре, добавление основания для поддержания значения рН выше заданного нижнего предела, определение того, что значение рН выше заданного нижнего предела в течение последовательных временных интервалов, и прекращение добавления основания, тем самым определяя, что в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг на потребление лактата.In one embodiment, the metabolic shift to lactate consumption is detected by measuring the pH, lactate or base content of the first cell culture. In other embodiments, the cells are transferred to a second cell culture when lactate consumption is detected. In other embodiments, a metabolic shift to lactate consumption is detected after increasing the pH of the first cell culture medium without adding base. In other embodiments, a metabolic shift to lactate consumption is detected when lactate levels in the first cell culture plateau. In other embodiments, the method further comprises determining a metabolic shift by: measuring the pH of the first cell culture, adding a base to maintain the pH above a predetermined lower limit, determining that the pH is above the predetermined lower limit for successive time intervals, and stopping addition of base, thereby determining that the first cell culture has undergone a metabolic shift to lactate consumption.
Согласно другим вариантам осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают с помощью индикаторов или продуктов клеточного метаболизма, включая в себя без ограничения потребление кислорода и такие метаболиты, как глицин, триптофан, фенилаланин, аденин, пальмитиновая кислота, глутаминовая кислота, метионин и аспарагин. Согласно другому варианту осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают с помощью метаболомического анализа или протеомного анализа.In other embodiments, the metabolic shift to lactate consumption is detected using indicators or products of cellular metabolism, including but not limited to oxygen consumption and metabolites such as glycine, tryptophan, phenylalanine, adenine, palmitic acid, glutamic acid, methionine, and asparagine. In another embodiment, the metabolic shift to lactate consumption is detected using metabolomic analysis or proteomic analysis.
Согласно одному варианту осуществления метаболический сдвиг происходит, когда клетки выходят из фазы логарифмического (т.е. экспотенциального) роста в первой клеточной культуре. Согласно другому варианту осуществления клетки переносят после того, как клетки выходят из фазы логарифмического роста в первой клеточной культуре.In one embodiment, a metabolic shift occurs when cells exit logarithmic (ie, exponential) growth phase in the first cell culture. In another embodiment, the cells are transferred after the cells exit logarithmic growth phase in the first cell culture.
Согласно другому варианту осуществления метаболический сдвиг происходит, когда клетки достигли фазы стационарного роста в первой клеточной культуре. Согласно другому варианту осуществления клетки переносят после того, как клетки достигли фазы стационарного роста в первой клеточной культуре.In another embodiment, the metabolic shift occurs when the cells have reached the stationary growth phase in the first cell culture. In another embodiment, the cells are transferred after the cells have reached the stationary growth phase in the first cell culture.
Согласно одному варианту осуществления метаболический сдвиг происходит в первой клеточной культуре на 3 день или через 3 дня роста клеток в первой клеточной культуре. Согласно другому варианту осуществления метаболический сдвиг происходит в первой клеточной культуре на 3,5 день или через 3,5 дня роста клеток в первой клеточной культуре.In one embodiment, the metabolic shift occurs in the first cell culture on day 3 or after 3 days of cell growth in the first cell culture. In another embodiment, the metabolic shift occurs in the first cell culture at day 3.5 or after 3.5 days of cell growth in the first cell culture.
- 3 045030- 3 045030
Согласно некоторым вариантам осуществления первая клеточная культура представляет собой затравочную культуру. Согласно некоторым вариантам осуществления вторая клеточная культура представляет собой периодическую культуру с подпиткой. Согласно другим вариантам осуществления вторая клеточная культура представляет собой производственную культуру. Согласно другим вариантам осуществления культивирование второй клеточной культуры осуществляют производственном биореакторе.In some embodiments, the first cell culture is a seed culture. In some embodiments, the second cell culture is a fed-batch culture. In other embodiments, the second cell culture is a production culture. In other embodiments, cultivation of the second cell culture is carried out in a production bioreactor.
Согласно другим вариантам осуществления клетки переносят во вторую клеточную культуру при начальной плотности клеток, составляющей больше чем или равной приблизительно 0,5х106 клеток/мл. Согласно некоторым вариантам осуществления клетки переносят во вторую клеточную культуру при начальной плотности клеток, составляющей приблизительно 0,5-3,0х106 клеток/мл.In other embodiments, the cells are transferred to a second cell culture at an initial cell density of greater than or equal to about 0.5 x 10 6 cells/ml. In some embodiments, the cells are transferred to a second cell culture at an initial cell density of approximately 0.5-3.0 x 10 6 cells/ml.
Согласно некоторым вариантам осуществления концентрация лактата во второй клеточной культуре показывает чистое потребление лактата, например, чистое потребление лактата достигается на 2, 3, 4 или 5 день или через 2 дня, 3 дня, 4 дня или 5 дней роста клеток во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления уменьшение накопления лактата представляет собой снижение максимальной концентрации лактата во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления снижение максимальной концентрации лактата происходит во второй клеточной культуре на 5 день или через 5 дней роста клеток во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления максимальная концентрация лактата во второй клеточной культуре составляет меньше чем приблизительно 6 г/л, 5 г/л, 4 г/л, 3 г/л, 2 г/л или меньше чем приблизительно 1 г/л.In some embodiments, the lactate concentration in the second cell culture indicates net lactate consumption, e.g., net lactate consumption is achieved on day 2, 3, 4, or 5, or after 2 days, 3 days, 4 days, or 5 days of cell growth in the second cell culture. In other embodiments, the reduction in lactate accumulation is a reduction in the maximum lactate concentration in the second cell culture. In other embodiments, the decrease in maximum lactate concentration occurs in the second cell culture on day 5 or after 5 days of cell growth in the second cell culture. In other embodiments, the maximum lactate concentration in the second cell culture is less than about 6 g/L, 5 g/L, 4 g/L, 3 g/L, 2 g/L, or less than about 1 g/L.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения клетка или клетки выбраны из группы, состоящей из следующего: клетка СНО, COS, ретинальная клетка, клетка Vero, CV1, HEK293, 293 EBNA, MSR 293, MDCK, HaK, BHK21, HeLa, HepG2, WI38, MRC 5, Colo25, HB 8065, HL60, Jurkat, Daudi, A431, CV-1, U937, 3Т3, клетка L, клетка С127, SP2/0, NS-0, ММТ, PER.C6, мышиные лимфоидные клетки и клетки мышиной гибридомы.In some embodiments of the present invention, the cell or cells are selected from the group consisting of the following: CHO cell, COS, retinal cell, Vero cell, CV1, HEK293, 293 EBNA, MSR 293, MDCK, HaK, BHK21, HeLa, HepG2, WI38, MRC 5, Colo25, HB 8065, HL60, Jurkat, Daudi, A431, CV-1, U937, 3T3, L cell, C127 cell, SP2/0, NS-0, MMT, PER.C6, mouse lymphoid cells and mouse hybridomas.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
Фиг. 1: Посевной сосуд с производящей слитый белок клеточной линией СНО использовали для инокуляции производственных биореакторов в параллелях при (фиг. 1А) трех различных метаболических состояниях (измерение рН в режиме реального времени и измерение содержания лактата в автономном режиме) и количествах жизнеспособных клеток (VCC). Также показано потребление основания, нормированное к 1 для посевного сосуда. Параметры (время, рН, содержание лактата, VCC и содержание основания) для каждой клеточной культуры (условие № 1, № 2 и № 3), для которой клетки переносили в производственные биореакторы, указаны белыми прямоугольниками (пунктирная линия). Все производственные биореакторы функционировали при одинаковых условиях эксплуатации. Показано воздействие каждой системы посевных ферментеров и ее метаболического состояния на титр белка (фиг. 1В) и лактата (фиг. 1С) в производственном биореакторе. Линии, отражающие основную тенденцию, характерную для производственного биореактора, представляют собой среднее значение от биореакторов в двух параллелях, при этом планки погрешностей представляют ± одно стандартное отклонение.Fig. 1: A seed vessel containing the fusion protein-producing cell line CHO was used to inoculate production bioreactors in parallel at (Figure 1A) three different metabolic states (on-line pH and off-line lactate) and viable cell counts (VCCs). . Base consumption normalized to 1 for the seed vessel is also shown. The parameters (time, pH, lactate content, VCC and base content) for each cell culture (condition #1, #2 and #3) for which cells were transferred to production bioreactors are indicated by white rectangles (dashed line). All production bioreactors operated under the same operating conditions. The impact of each seed fermenter system and its metabolic state on protein (Figure 1B) and lactate (Figure 1C) titers in the production bioreactor is shown. Lines representing the main trend characteristic of the production bioreactor represent the average of the bioreactors in two parallels, with error bars representing ± one standard deviation.
Фиг. 2: Посевной сосуд с производящей антитело клеточной линией СНО использовали для инокуляции производственных биореакторов в параллелях в химически установленном способе при (фиг. 2А) четырех различных метаболических состояниях (измерение значения рН и содержания лактата в автономному режиме) и количествах жизнеспособных клеток. Параметры (время, рН, содержание лактата и VCC) для каждой клеточной культуры (условие № 1, № 2, № 3 и № 4), для которой клетки переносили в производственные биореакторы указаны белыми прямоугольниками (пунктирные линии). Все производственные биореакторы функционировали при одинаковых условиях эксплуатации. Условие № 1 утрачивалось через одну неделю. Также показана воздействие каждой системы посевных ферментеров и ее метаболического состояния на титр белка (фиг. 2В) и накопление лактата (фиг. 2С) в производственном биореакторе. Линии, отражающие основную тенденцию, характерную для производственного биореактора, представляют собой среднее от биореакторов в двух параллелях, при этом планки погрешностей представляют ± одно стандартное отклонение.Fig. 2: A seed vessel containing the antibody-producing cell line CHO was used to inoculate production bioreactors in parallel in a chemically established manner under (FIG. 2A) four different metabolic states (off-line pH and lactate measurements) and viable cell counts. The parameters (time, pH, lactate and VCC) for each cell culture (condition #1, #2, #3 and #4) for which cells were transferred to production bioreactors are indicated by white rectangles (dashed lines). All production bioreactors operated under the same operating conditions. Condition No. 1 was lost after one week. The impact of each seed fermenter system and its metabolic state on protein titer (Figure 2B) and lactate accumulation (Figure 2C) in the production bioreactor is also shown. Lines representing the main trend characteristic of the production bioreactor represent the average of bioreactors in two parallels, with error bars representing ± one standard deviation.
Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed Disclosure of the Present Invention
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено конкретными способами и описанными экспериментальными условиями, поскольку такие способы и условия могут изменяться. Также следует понимать, что терминология, используемая в настоящем документе, представлена исключительно с целью описания конкретных вариантов осуществления, и не предусмотрено, чтобы она являлась ограничивающей, поскольку объем настоящего изобретения определяется формулой изобретения.It should be understood that the present invention is not limited to the specific methods and experimental conditions described, since such methods and conditions may vary. It should also be understood that the terminology used herein is presented solely for the purpose of describing specific embodiments and is not intended to be limiting as the scope of the present invention is defined by the claims.
Используемые в настоящем описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают в себя ссылки на формы множественного числа, если только контекст ясно не диктует иное. Таким образом, например, ссылка на способ включает в себя один или несколько способов и/или стадий типа, описанного в настоящем документе и/или который станет очевидным специалистам в настоящей области техники при чтении настоящего раскрытия.As used in this specification and the accompanying claims, the singular forms include references to the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to a method includes one or more methods and/or steps of the type described herein and/or that will become apparent to those skilled in the art upon reading the present disclosure.
Если не указано иное, все используемые в настоящем документе технические и научные термины имеют такое же значение, которое в большинстве случаев понятно специалисту в настоящей областиUnless otherwise specified, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as would normally be understood by one skilled in the art.
- 4 045030 техники, к которой принадлежит настоящее изобретение. Хотя при практическом осуществлении настоящего изобретения могут быть использованы любые способы и материалы, сходные или эквивалентные описанным в настоящем документе, далее описаны конкретные способы и материалы. Все публикации, упомянутые в настоящем документе, полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.- 4 045030 technology to which the present invention belongs. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein may be used in the practice of the present invention, specific methods and materials are described below. All publications referred to herein are incorporated herein by reference in their entirety.
Клеточная культура.Cell culture.
Используемая в настоящем документе фраза периодическая культура или периодический режим представляет собой фразу, которая относится к установке (например, сосуду для культивирования), которая заполнена клетками и характеризуется исходным полным рабочим объемом среды, которая никогда не заменяется. В такой периодической культуре все компоненты для культивирования клеток поставляют в сосуд для культивирования в начале процесса культивирования. Культивирование, как правило, происходит до тех пор, пока не исчерпаются питательные вещества, или отходы не достигнут токсических уровней, и клетки прекратят расти.As used herein, the phrase batch culture or batch mode is a phrase that refers to a setup (eg, a culture vessel) that is filled with cells and characterized by an initial full working volume of media that is never replaced. In such a batch culture, all cell culture components are supplied to the culture vessel at the beginning of the culture process. Cultivation typically occurs until nutrients are depleted or waste reaches toxic levels and the cells stop growing.
Используемая в настоящем документе фраза затравочная культура или система посевных ферментеров (которая также называется система для инокуляции) включает в себя источник инокуляции клеточной популяции, который, как предусмотрено, размножается в периодической культуре, или серии периодических культур, пока они не будут готовы к промышленному масштабу. Процесс наращивания клеток в системе посевных ферментеров представляет начальную фазу роста клеток, или фазу роста инокулята, после оттаивания замороженных клеток. Интервал между оттаиванием клеток и накоплением достаточной клеточной массы, чтобы инокулировать производственный биореактор, составляет фазу наращивания в системе посевных ферментеров. Клеточная масса может пропорционально увеличиваться, проходя через несколько стадий в биореакторе в затравочной культуре, и клетки выращивают в среде для культивирования клеток при условиях, благоприятных для выживания, роста и жизнеспособности клеточной культуры. Следует понимать, что система посевных ферментеров предусмотрена для того, чтобы сделать максимальной фазу экспотенциального роста, или достичь максимальной скорости роста для конкретного типа клеток, подлежащего культивированию. Следовательно, пассирование клеток из одного биореактора или сосуда в другой может представлять собой один путь достижения максимальной скорости роста. Точные условия будут варьировать в зависимости от типа клеток, организма, из которого происходят клетки, и природы и характера экспрессированного полипептида или белка. Сдвиг на метаболизм, характеризующийся потреблением лактата, может происходить или может быть обнаружен в любом из сосудов в системе наращивания клеток в посевных ферментерах.As used herein, the phrase seed culture or seed fermenter system (also called an inoculation system) includes a source of inoculation of a cell population that is intended to be propagated in a batch culture, or series of batch cultures, until they are ready for commercial scale. . The cell expansion process in a seed fermenter system represents the initial cell growth phase, or inoculum growth phase, after thawing frozen cells. The interval between thawing of cells and accumulation of sufficient cell mass to inoculate the production bioreactor constitutes the expansion phase of the seed fermenter system. The cell mass can be proportionally increased through several stages in the bioreactor in a seed culture, and the cells are grown in a cell culture medium under conditions favorable for the survival, growth and viability of the cell culture. It should be understood that the seed fermenter system is designed to maximize the exponential growth phase, or to achieve the maximum growth rate for the particular cell type to be cultured. Therefore, passaging cells from one bioreactor or vessel to another may represent one way to achieve maximum growth rates. The exact conditions will vary depending on the cell type, the organism from which the cells originate, and the nature and character of the polypeptide or protein expressed. A shift to metabolism characterized by lactate consumption may occur or be detected in any of the vessels in the cell expansion system of seed fermenters.
Используемая в настоящем документе фраза периодическая клеточная культура с подпиткой или периодическая культура с подпиткой относится к периодической культуре, для которой характерно то, что клетки животного и культуральную среду поставляют в сосуд для культивирования изначально и дополнительные питательные вещества для культивирования медленно добавляют, непрерывно или с дискретными шагами приращения, в культуру во время культивирования, с периодическим сбором клеток и/или продукта перед прекращением культивирования или без него. Периодическая культура с подпиткой включает в себя полунепрерывную периодическую культуру с подпиткой, которая характеризуется тем, что периодически всю культуру (которая может включать в себя клетки и среду) удаляют и заменяют свежей средой. Периодическая культура с подпиткой отличается от простой периодической культуры, поскольку в периодической культуре все компоненты для культивирования клеток (включая в себя клетки животного и все питательные вещества для культивирования) поставляют в сосуд для культивирования в начале процесса культивирования. Периодическая культура с подпиткой может дополнительно отличаться от перфузионного культивирования тем, что супернатант не удаляют из сосуда для культивирования во время процесса, тогда как в перфузионном культивировании клетки удерживают в культуре, например, с помощью фильтрации, и культуральную среду непрерывно или периодически вводят и удаляют из сосуда для культивирования. Тем не менее, предусмотрено удаление образцов с целью исследования во время периодического культивирования клеток с подпиткой. Процесс периодического культивирования с подпиткой продолжается, пока не определят, что достигнут максимальный рабочий объем и/или производство белка.As used herein, the phrase fed-batch cell culture or fed-batch culture refers to a batch culture characterized by animal cells and culture medium being supplied to the culture vessel initially and additional culture nutrients being added slowly, continuously or in discrete increments. in incremental steps, into culture during cultivation, with or without periodic collection of cells and/or product before cessation of culture. Fed-batch culture includes semi-continuous fed-batch culture, which is characterized in that periodically the entire culture (which may include cells and media) is removed and replaced with fresh media. Fed-batch culture differs from simple batch culture because in batch culture, all cell culture components (including the animal cells and all culture nutrients) are supplied to the culture vessel at the beginning of the culture process. Fed-batch culture may further differ from perfusion culture in that the supernatant is not removed from the culture vessel during the process, whereas in perfusion culture cells are maintained in culture, for example by filtration, and culture medium is continuously or periodically introduced and removed from culture vessel. However, provision is made for sample removal for research purposes during fed-batch cell culture. The fed-batch culture process continues until it is determined that maximum operating volume and/or protein production has been achieved.
Используемая в настоящем документе фраза непрерывная клеточная культура относится к технике, используемой для выращивания клеток непрерывно, как правило, в конкретной фазе роста. Например, если требуется постоянная подача клеток или требуется получение конкретного представляющего интерес полипептида или белка, может быть необходимо, чтобы клеточная культура поддерживалась в конкретной фазе роста. Таким образом, условия необходимо непрерывно подвергать мониторингу и регулировать соответствующим образом для поддержания клеток в этой конкретной фазе.As used herein, the phrase continuous cell culture refers to a technique used to grow cells continuously, typically at a specific growth phase. For example, if a constant supply of cells is required or a specific polypeptide or protein of interest is required, it may be necessary for the cell culture to be maintained at a specific growth phase. Thus, conditions must be continuously monitored and adjusted accordingly to maintain cells in this particular phase.
Используемая в настоящем документе фраза фаза логарифмического роста означает период роста клеток, как правило, характеризующийся удвоением количества клеток. Фразы фаза экспотенциального роста или экспотенциальная фаза используются взаимозаменяемо с фазой логарифмического роста. В фазе логарифмического роста количество новых клеток, появившихся в единицу времени, пропорционально существующей клеточной популяции, следовательно, график зависимости натурального логарифма количества клеток от времени представляет собой прямую линию. Если рост не ограничивают,As used herein, the phrase logarithmic growth phase refers to a period of cell growth typically characterized by a doubling of the number of cells. The phrases exponential growth phase or exponential phase are used interchangeably with logarithmic growth phase. In the logarithmic growth phase, the number of new cells appearing per unit time is proportional to the existing cell population, therefore, the graph of the natural logarithm of the number of cells versus time is a straight line. If growth is not limited,
- 5 045030 удвоение будет продолжаться с постоянной скоростью, следовательно, как количество клеток, так и скорость роста популяции увеличивается вдвое за каждый последующий период времени.- 5 045030 doubling will continue at a constant rate, therefore both the number of cells and the rate of population growth doubles for each subsequent period of time.
Используемая в настоящем документе фраза стационарная фаза относится к точке, где скорость роста клеток равна скорости гибели клеток. При построении графика стационарную фазу представляют как плато, или сглаженную, горизонтальную линейную часть кривой.As used herein, the phrase stationary phase refers to the point where the rate of cell growth equals the rate of cell death. When plotting a graph, the stationary phase is represented as a plateau, or smoothed, horizontal linear part of the curve.
Используемый в настоящем документе термин клетка включает в себя любую клетку, которая является подходящей для экспрессии рекомбинантной последовательности нуклеиновой кислоты. Клетки включают в себя клетки эукариот, такие как клетки не являющегося человеком животного, клетки млекопитающего, клетки человека или слияния клеток, такие как, например, гибридомы или квадромы. Согласно определенным вариантам осуществления клетка представляет собой клетку человека, обезьяны, не относящейся к человекообразным, человекообразной обезьяны, хомяка, крысы или мыши. Согласно другим вариантам осуществления клетка выбрана из следующих клеток: клетки СНО (например, СНО K1, DXB-11 CHO, Veggie-CHO), COS (например, COS-7), ретинальные клетки, клетки Vero, CV1, клетки почки (например, HEK293, 293 EBNA, MSR 293, MDCK, HaK, BHK21), HeLa, HepG2, WI38, MRC 5, Colo25, HB 8065, HL-60, Jurkat, Daudi, A431 (эпидермальные клетки), CV-1, U937, 3Т3, клетка L, клетка С127, SP2/0, NS-0, клетка ММТ, опухолевая клетка и клеточная линия, полученная из вышеупомянутой клетки. Согласно некоторым вариантам осуществления клетка содержит один или несколько вирусных генов, например, ретинальная клетка, которая экспрессирует вирусный ген (например, клетка PER.C6®). Согласно некоторым вариантам осуществления клетка представляет собой клетку СНО. Согласно другим вариантам осуществления клетка представляет собой клетку СНО K1.As used herein, the term cell includes any cell that is suitable for expressing a recombinant nucleic acid sequence. Cells include eukaryotic cells, such as non-human animal cells, mammalian cells, human cells, or fusions of cells, such as, for example, hybridomas or quadromas. In certain embodiments, the cell is a human, non-human monkey, ape, hamster, rat, or mouse cell. In other embodiments, the cell is selected from the following cells: CHO cells (e.g., CHO K1, DXB-11 CHO, Veggie-CHO), COS (e.g., COS-7), retinal cells, Vero cells, CV1 cells, kidney cells (e.g., HEK293, 293 EBNA, MSR 293, MDCK, HaK, BHK21), HeLa, HepG2, WI38, MRC 5, Colo25, HB 8065, HL-60, Jurkat, Daudi, A431 (epidermal cells), CV-1, U937, 3T3 , L cell, C127 cell, SP2/0, NS-0, MMT cell, tumor cell and a cell line derived from the above cell. In some embodiments, the cell contains one or more viral genes, for example, a retinal cell that expresses a viral gene (eg, a PER.C6® cell). In some embodiments, the cell is a CHO cell. In other embodiments, the cell is a CHO K1 cell.
Используемый в настоящем документе термин клеточная линия относится к клетке или клеткам, полученным из конкретной линии дифференцировки через серийное пассирование или субкультивирование клеток. Термин клетки используется взаимозаменяемо с термином клеточная популяция.As used herein, the term cell line refers to a cell or cells obtained from a particular lineage through serial passaging or subculturing of cells. The term cells is used interchangeably with the term cell population.
Принимая во внимание современные стратегии подпитки, соответствующие последним достижениям, клетки СНО достигают такого количества клеток, как 11x106 клеток/мл (на 8 день) и титров, составляющих, например, 2,3 г/л IgG человека (собранного на 14 день), количества, которые представляют собой типичные промышленные значения для периодических культур клеток СНО с подпиткой (Kim, BJ, et al. Biotechnol Bioeng. 2012 Jan;109(1): 137-45. doi: 10,1002/bit,23289. Epub 2011 Oct 3). Сообщалось о производстве антитела, составляющем даже больше чем 10 г/л, из клеток СНО, которые стали общепризнанными в качестве важной промышленной клеточной линией млекопитающего (Omasa et al., Current Pharmaceutical Biotechnology, 2010, 11:233-240).Taking into account modern feeding strategies in line with the latest advances, CHO cells reach cell counts of 11x106 cells/ml (on day 8) and titers of, for example, 2.3 g/l human IgG (collected on day 14), amounts that represent typical industrial values for fed-batch cultures of CHO cells (Kim, BJ, et al. Biotechnol Bioeng. 2012 Jan;109(1): 137-45. doi: 10.1002/bit.23289. Epub 2011 Oct 3). Antibody production of even more than 10 g/L has been reported from CHO cells, which have become widely recognized as an important industrial mammalian cell line (Omasa et al., Current Pharmaceutical Biotechnology, 2010, 11:233-240).
Термины среда для культивирования клеток и культуральная среда относятся к питательному раствору, используемому для выращивания клеток млекопитающего, который, как правило, обеспечивает необходимые питательные вещества для усиления роста клеток, такие как углеводный источник энергии, незаменимые аминокислоты, микроэлементы, витамины и т.д. Среда для культивирования клеток может содержать экстракты, например, сыворотку или пептоны (гидролизаты), которые обеспечивают сырьевые материалы, поддерживающие рост клеток. Среды могут содержать дрожжевые или соевые экстракты вместо экстрактов животного происхождения. Среда с установленным химическим составом относится к среде для культивирования клеток, в которой все химические компоненты являются известными. Среда с установленным химическим составом абсолютно не содержит компонентов животного происхождения, таких как пептоны из сыворотки или пептоны животного происхождения.The terms cell culture medium and culture medium refer to the nutrient solution used to grow mammalian cells, which typically provides essential nutrients to enhance cell growth, such as carbohydrate energy source, essential amino acids, trace elements, vitamins, etc. The cell culture medium may contain extracts, such as serum or peptones (hydrolysates), that provide raw materials that support cell growth. Media may contain yeast or soy extracts instead of animal extracts. Chemically defined medium refers to a cell culture medium in which all chemical components are known. The chemically defined media is absolutely free of animal components such as whey peptones or animal peptones.
Один аспект настоящего изобретения относится к фазе роста, на которой условия культивирования клеток модифицируют для усиления роста рекомбинантных эукариотических клеток. На фазе роста основную культуральную среду и клетки подают в сосуд для культивирования периодически.One aspect of the present invention relates to a growth phase in which cell culture conditions are modified to enhance the growth of recombinant eukaryotic cells. During the growth phase, the main culture medium and cells are fed into the culture vessel periodically.
Сосуд для культивирования инокулируют клетками. Подходящая плотность посева для начальной фазы роста клеток варьирует в зависимости от исходной клеточной линии, например, в диапазоне, составляющем 0,2-3x106 клеток/мл. Сосуды для культивирования включают в себя без ограничения луночные планшеты, Т-колбы, встряхиваемые колбы, сосуды с мешалкой, роллерные колбы, половолоконные биореакторы, биореакторы с воздушным подъемом и подобное. Подходящий сосуд для культивирования клеток представляет собой биореактор. Биореактор относится к любому сосуду для культивирования, который произведен или сконструирован для управления окружающими условиями или их контроля. Такие сосуды для культивирования хорошо известны в настоящей области техники.The culture vessel is inoculated with cells. Suitable seeding density for the initial phase of cell growth varies depending on the starting cell line, for example, in the range of 0.2-3x106 cells/ml. Culture vessels include, but are not limited to, well plates, T-flasks, shake flasks, stirrer flasks, roller flasks, hollow fiber bioreactors, air-lift bioreactors, and the like. A suitable cell culture vessel is a bioreactor. Bioreactor refers to any culture vessel that is manufactured or designed to manipulate or control environmental conditions. Such culture vessels are well known in the art.
Процессы и системы биореакторов были разработаны для оптимизации газообмена, для подачи достаточного количества кислорода для поддержания роста и продуктивности клеток и для удаления СО2. Поддержание эффективности газообмена является важным критерием для обеспечения успешного пропорционального увеличения клеточной культуры и производства белка. Такие системы хорошо известны специалисту в настоящей области техники.Bioreactor processes and systems have been designed to optimize gas exchange, to supply sufficient oxygen to support cell growth and productivity, and to remove CO 2 . Maintaining efficient gas exchange is an important criterion to ensure successful proportional expansion of cell culture and protein production. Such systems are well known to one skilled in the art.
За фазой экспотенциального роста или затравочной культурой (т.е. первой клеточной культурой), как правило, следует отдельная вторая культура, известная как фаза производства полипептида. Согласно одному варианту осуществления клетки, подвергающиеся метаболическому сдвигу на потребление лактата в первой клеточной культуре, переносят во вторую клеточную культуру. Согласно одному вари- 6 045030 анту осуществления культивирование второй клеточной культуры проводят в другом сосуде для культивирования, чем фазу роста клеток или затравочную культуру. Согласно некоторым вариантам осуществления культивирование второй клеточной культуры происходит в производственному биореакторе. В этом контексте перенос клеток относится к экстракции фракции клеточной популяции из сосуда с первой клеточной культурой и помещение фракции клеточной популяции в сосуд для второй клеточной культуры для закладки второй клеточной культуры.The exponential growth phase or seed culture (ie, the first cell culture) is typically followed by a separate second culture known as the polypeptide production phase. In one embodiment, cells undergoing a metabolic shift to consume lactate in the first cell culture are transferred to a second cell culture. According to one embodiment, the cultivation of the second cell culture is carried out in a different culture vessel than the cell growth phase or seed culture. In some embodiments, cultivation of the second cell culture occurs in a production bioreactor. In this context, cell transfer refers to extracting a fraction of a cell population from a first cell culture vessel and placing a fraction of the cell population into a second cell culture vessel to establish a second cell culture.
Согласно другим аспектам перенос клеток может относиться к объему клеток, содержащему клетки первой клеточной культуры, который помещают в другой сосуд, и объем инокулята представляет собой фракцию конечного объема второй клеточной культуры, например, приблизительно 20%, 30%, 40%, или 50%, или 60%, или 70%, или 80% конечного объема. Согласно другим аспектам перенос клеток может относиться к объему клеток, содержащему клетки первой клеточной культуры, который остался в исходном сосуде, и среду добавляют так, чтобы исходный объем (первая клеточная культура) представлял собой фракцию конечного объема второй клеточной культуры. В этом контексте, первую клеточную культуру разводят, тем самым осуществляя перенос клеток во вторую клеточную культуру.In other aspects, cell transfer may refer to a volume of cells containing cells of a first cell culture that is transferred to another vessel, and the volume of inoculum is a fraction of the final volume of the second cell culture, for example, about 20%, 30%, 40%, or 50% , or 60%, or 70%, or 80% of the final volume. In other aspects, cell transfer may refer to the volume of cells containing cells of the first cell culture that remains in the original vessel, and the medium is added such that the original volume (the first cell culture) is a fraction of the final volume of the second cell culture. In this context, the first cell culture is diluted, thereby effecting the transfer of cells into the second cell culture.
Используемая в настоящем документе фраза выходят из или выходит из относится к переключению с одной фазы на другую фазу, или событиям, относящимся к переключению с одной фазы на другую фазу. Выход из конкретной фазы, например, фазы роста, включает в себя период времени, когда измерения указывают на то, что первая фаза замедляется или почти завершена, и начинается следующая фаза. Выход из фазы логарифмического роста, например, указывает на то, что клетки заканчивают фазу логарифмического роста, и/или начинают или достигли стационарной фазы. Фазы роста, как правило, измеряют по концентрации жизнеспособных клеток.As used herein, the phrase exits or exits refers to a changeover from one phase to another phase, or events related to a changeover from one phase to another phase. Exit from a particular phase, such as the growth phase, involves a period of time when measurements indicate that the first phase is slowing down or almost completed, and the next phase begins. Exit from the logarithmic growth phase, for example, indicates that the cells are ending the logarithmic growth phase and/or have begun or reached stationary phase. Growth phases are typically measured by the concentration of viable cells.
Фраза плотность клеток относится к количеству клеток на объем образца, например, в виде количества общих (жизнеспособных и мертвых) клеток на мл. Количество клеток можно подсчитать вручную или автоматически, например, с помощью проточного цитометра. Автоматизированные счетчики клеток были адаптированы к подсчету количества жизнеспособных или мертвых клеток или как жизнеспособных, так мертвых клеток с использованием, например, стандартной техники поглощения трипанового синего. Фраза плотность жизнеспособных клеток или концентрация жизнеспособных клеток относится к количеству жизнеспособных клеток на объем образца (которое также называется число жизнеспособных клеток). Любое количество хорошо известных неавтоматизированных или автоматизированных техник можно использовать для определения плотности клеток. Можно проводить измерения биомассы культуры в режиме реального времени, где емкость или оптическая плотность коррелируют с количеством клеток на единицу объема.The phrase cell density refers to the number of cells per sample volume, for example as the number of total (viable and dead) cells per ml. The number of cells can be counted manually or automatically, for example using a flow cytometer. Automated cell counters have been adapted to count the number of viable or dead cells, or both viable and dead cells, using, for example, the standard trypan blue uptake technique. The phrase viable cell density or viable cell concentration refers to the number of viable cells per sample volume (also called viable cell count). Any number of well-known manual or automated techniques can be used to determine cell density. Real-time measurements of crop biomass can be made, where capacity or optical density is correlated with the number of cells per unit volume.
Конечная плотность клеток в первой клеточной культуре, такая как плотность в системе посевных ферментеров, варьирует в зависимости от исходной клеточной линии, например, в диапазоне, составляющем приблизительно 1,0-10x106 клеток/мл. Согласно некоторым вариантам осуществления конечная плотность в системе посевных ферментеров достигает 1,0-10x106 клеток/мл перед переносом клеток во вторую клеточную культуру. Согласно другим вариантам осуществления конечная плотность в системе посевных ферментеров достигает 5,0-10x106 клеток/мл переносом клеток во вторую клеточную культуру.The final cell density in the first cell culture, such as that in the seed fermenter system, varies depending on the starting cell line, for example, in the range of approximately 1.0-10 x 106 cells/ml. In some embodiments, the final density in the seed fermenter system reaches 1.0-10 x 106 cells/ml before the cells are transferred to a second cell culture. In other embodiments, the final density in the seed fermenter system is reached to 5.0-10 x 106 cells/ml by transferring the cells into a second cell culture.
Согласно некоторым вариантам осуществления фракцию клеточной популяции в первой клеточной культуре переносят во вторую клеточную культуру. Согласно другим вариантам осуществления клеточную популяцию в первой клеточной культуре переносят во вторую клеточную культуру так, что первая клеточная культура представляет собой фракцию второй клеточной культуры. Начальная плотность клеток второй культуры может быть выбрана специалистом в настоящей области техники. Согласно некоторым вариантам осуществления начальная плотность клеток во второй клеточной культуре составляет приблизительно 0,5x106 клеток/мл - приблизительно 3,0x106 клеток/мл. Согласно другим вариантам осуществления начальная плотность клеток во второй клеточной культуре составляет приблизительно 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9 или 3,0x106 клеток/мл.In some embodiments, a fraction of the cell population in the first cell culture is transferred to a second cell culture. In other embodiments, the cell population in the first cell culture is transferred to a second cell culture such that the first cell culture is a fraction of the second cell culture. The initial cell density of the second culture can be selected by one skilled in the art. In some embodiments, the initial cell density in the second cell culture is approximately 0.5x106 cells/mL to approximately 3.0x106 cells/mL. In other embodiments, the initial cell density in the second cell culture is approximately 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1 ,4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 , 2.7, 2.8, 2.9 or 3.0x106 cells/ml.
Согласно определенным вариантам осуществления клеточный супернатант или клеточный лизат собирают после фазы образования продукта. Согласно другим вариантам осуществления представляющий интерес полипептид или белок извлекают из культуральной среды или клеточного лизата с использованием техник, хорошо известных в настоящей области техники.In certain embodiments, the cell supernatant or cell lysate is collected after the product formation phase. In other embodiments, the polypeptide or protein of interest is recovered from the culture medium or cell lysate using techniques well known in the art.
Свойства клеток и локализация производимого продукта диктуют способ, используемый для выращивания и производства и, следовательно, определяют выбор подходящего типа биореактора или сосуда для культивирования. (Bleckwenn, NA and Shiloach, J. 2004 Large-scale cell culture Curr Protoc Immunol. 59: Appendix 1U.1-Appendix 1U.44.)The properties of the cells and the location of the product being produced dictate the method used for culture and production and therefore determine the selection of the appropriate type of bioreactor or culture vessel. (Bleckwenn, N.A. and Shiloach, J. 2004 Large-scale cell culture Curr Protoc Immunol. 59: Appendix 1U.1-Appendix 1U.44.)
Метаболический сдвиг.Metabolic shift.
Используемая в настоящем документе фраза метаболический сдвиг относится к изменению в клеточном метаболизме, или использованию углеродных источников питательных веществ, от производства лактата на чистое потребление лактата. Не связываясь с какой-либо теорией, наиболее распространенные углеродные источники питательных веществ в бессывороточных средах представляют собой глюкозу иAs used herein, the phrase metabolic shift refers to a change in cellular metabolism, or utilization of carbon nutrient sources, from lactate production to net lactate consumption. Without wishing to be bound by any theory, the most common carbon sources of nutrients in serum-free media are glucose and
- 7 045030 глутамин, которые поддерживают быстрый рост клеток. Глюкоза может полностью окисляться до СО2 и- 7 045030 glutamine, which support rapid cell growth. Glucose can be completely oxidized to CO2 and
H2O, или, исходя из доступности кислорода, может превращаться в лактат, например, в аэробном гликолизе. Быстрорастущие клетки быстро потребляют глюкозу и глутамин, что приводит к неполному окислительному метаболизму и, следовательно, к избытку производства лактата. Метаболизм углеводов может переходить на потребление лактата и, таким образом, снижать накопление лактата.H2O, or based on oxygen availability, can be converted to lactate, for example in aerobic glycolysis. Fast-growing cells rapidly consume glucose and glutamine, resulting in incomplete oxidative metabolism and therefore excess lactate production. Carbohydrate metabolism may switch to lactate consumption and thus reduce lactate accumulation.
Используемая в настоящем документе фраза потребление лактата относится к использованию лактата в качестве источника углерода в клеточном метаболизме.As used herein, the phrase lactate consumption refers to the use of lactate as a carbon source in cellular metabolism.
Используемая в настоящем документе фраза чистое потребление лактата относится к потреблению лактата, при котором клетки одновременно потребляют лактат и производят лактат в качестве побочного продукта клеточного метаболизма, и общая скорость потребления больше или равна скорости производства лактата. Если чистое потребление лактата увеличивается, общее накопление лактата в среде для культивирования клеток уменьшается.As used herein, the phrase net lactate consumption refers to lactate consumption in which cells simultaneously consume lactate and produce lactate as a byproduct of cellular metabolism, and the total rate of consumption is greater than or equal to the rate of lactate production. If net lactate consumption increases, the total accumulation of lactate in the cell culture medium decreases.
При закладке периодической культуры с подпиткой накопление лактата и, возможно, аммиака, вызывает быстрое снижение жизнеспособности клеток. Сообщалось, что в периодических культурах с подпиткой, которые не характеризовались метаболическим сдвигом, невозможно достичь выше 90% жизнеспособности, когда концентрация клеток достигла своего максимума. (Xie and Wang, 1994, Biotechnol. Bioeng. 43(11): 1175-1189). Такой метаболический сдвиг, несмотря на то, что он является желательным для оптимального осуществления процесса, не является типичным, кроме того, его нелегко контролировать (Zagari, et al., 2013, New Biotechnol. 30(2):238-245). Авторы настоящего изобретения обнаружили, что время и условия переноса клеток из первой периодической культуры (например, затравочной культуры) во вторую периодическую культуру (например, периодическую культуру с подпиткой или производственную культуру) оказывают существенное воздействие на конечный титр белка. Неожиданно определили, что клетки, культивируемые в течение более длительного периода времени в первой периодической культуре, будут переходить на потребление лактата и обеспечивать метаболическое предпочтение, или метаболический фенотип, характеризующийся потреблением лактата. Целью настоящего изобретения является создание клеток в состоянии постоянного метаболического сдвига, а значит, клеток с метаболической памятью на потребление лактата. Способ согласно настоящему изобретению хорошо подходит для предварительного приведения клеток в состояние метаболического сдвига так, чтобы клетки можно было использовать в любой второй или последующей клеточной культуре, где потребление лактата является предпочтительным.When establishing a fed-batch culture, the accumulation of lactate and possibly ammonia causes a rapid decrease in cell viability. It was reported that in fed-batch cultures that were not characterized by a metabolic shift, it was not possible to achieve above 90% viability when the cell concentration reached its maximum. (Xie and Wang, 1994, Biotechnol. Bioeng. 43(11): 1175-1189). This metabolic shift, although desirable for optimal process performance, is not typical and is not easy to control (Zagari, et al., 2013, New Biotechnol. 30(2):238-245). The present inventors have discovered that the timing and conditions of transferring cells from a first batch culture (eg, a seed culture) to a second batch culture (eg, a fed batch or production culture) have a significant impact on the final protein titer. Surprisingly, it was determined that cells cultured for a longer period of time in a first batch culture would switch to lactate consumption and provide a metabolic preference, or metabolic phenotype, characterized by lactate consumption. The purpose of the present invention is to create cells in a state of constant metabolic shift, and therefore cells with metabolic memory for lactate consumption. The method of the present invention is well suited for preconditioning cells into a state of metabolic shift so that the cells can be used in any second or subsequent cell culture where lactate consumption is preferred.
Согласно одному варианту осуществления общее накопление лактата уменьшается во второй клеточной культуре. Согласно некоторым вариантам осуществления чистое потребление лактата достигается во время второй клеточной культуры, например, чистое потребление лактата достигается на 2, 3, 4 или 5 день или через 2 дня, 3 дня, 4 дня или 5 дней роста клеток во второй клеточной культуре. В других вариантах осуществления уменьшение накопления лактата представляет собой снижение максимальной концентрации лактата во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления снижение максимальной концентрации лактата происходит во второй клеточной культуре на 5 день ил через 5 дней роста клеток во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления максимальная концентрация лактата во второй клеточной культуре составляет меньше чем приблизительно 6 г/л, 5 г/л, 4 г/л, 3 г/л, 2 г/л или меньше чем приблизительно 1 г/л.In one embodiment, overall lactate accumulation is reduced in the second cell culture. In some embodiments, net lactate consumption is achieved during the second cell culture, for example, net lactate consumption is achieved on day 2, 3, 4, or 5, or after 2 days, 3 days, 4 days, or 5 days of cell growth in the second cell culture. In other embodiments, the reduction in lactate accumulation is a reduction in the maximum lactate concentration in the second cell culture. In other embodiments, the decrease in maximum lactate concentration occurs in the second cell culture on day 5 or after 5 days of cell growth in the second cell culture. In other embodiments, the maximum lactate concentration in the second cell culture is less than about 6 g/L, 5 g/L, 4 g/L, 3 g/L, 2 g/L, or less than about 1 g/L.
Согласно некоторым вариантам осуществления характеризующиеся метаболическим сдвигом клетки производят по меньшей мере в 2 раза, или в 3 раза, или в 4 раза, или в 5 раз, или вплоть до в 10 раз более низкие значения концентрации лактата во второй клеточной культуре. Согласно некоторым дополнительным вариантам осуществления пониженные значения концентрации лактата во второй клеточной культуре или общее уменьшенное накопление лактата во второй клеточной культуре сравнивают с указанным параметром, определенным в идентичной в других отношениях клеточной культуре при идентичных в других отношениях условиях за исключением того, что перенос клеток во вторую клеточную культуру происходит до того, как в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг. Согласно другим вариантам осуществления общее накопление лактата уменьшается во второй клеточной культуре на 5 день ил через 5 дней роста клеток во второй клеточной культуре.In some embodiments, the metabolically shifted cells produce at least 2-fold, or 3-fold, or 4-fold, or 5-fold, or up to 10-fold lower lactate concentrations in the second cell culture. In some further embodiments, the reduced lactate concentration in the second cell culture or the overall reduced lactate accumulation in the second cell culture is compared to that determined in an otherwise identical cell culture under otherwise identical conditions except that the cells are transferred to a second cell culture. cell culture occurs before a metabolic shift has occurred in the first cell culture. In other embodiments, total lactate accumulation is reduced in the second cell culture on day 5 or after 5 days of cell growth in the second cell culture.
Согласно другому варианту осуществления общий титр продукта увеличивается во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления характеризующиеся метаболическим сдвигом клетки производят по меньшей мере в 2 раза, или в 2,5 раза, в 3 раза, или в 4 раза, или в 5 раз, или вплоть до в 10 раз более высокий титр продукта во второй клеточной культуре. Согласно другим вариантам осуществления повышенные значения титра белка во второй клеточной культуре сравнивают с указанным параметром, определенным в идентичной в других отношениях клеточной культуре при идентичных в других отношениях условиях за исключением того, что перенос клеток во вторую клеточную культуру происходит до того, как в первой клеточной культуре произошел метаболический сдвиг.In another embodiment, the total titer of the product is increased in the second cell culture. In other embodiments, metabolically shifted cells produce at least 2-fold, or 2.5-fold, 3-fold, or 4-fold, or 5-fold, or up to 10-fold higher titer of product in the second cell culture. In other embodiments, the elevated protein titer values in the second cell culture are compared to that determined in an otherwise identical cell culture under otherwise identical conditions except that the transfer of cells into the second cell culture occurs before the first cell culture culture has undergone a metabolic shift.
Оптимизация метаболического контроля за клетками в культуре до периодической культуры с подпиткой или стадии образования продукта обладает множеством преимуществ. Метаболический сдвиг на потребление лактата в первой культуре можно определить по многочисленным параметрам. Определение метаболического сдвига предусматривает ряд способов, известных специалисту в настоящей областиThere are many benefits to optimizing the metabolic control of cells in culture prior to the fed-batch or product generation stage. The metabolic shift to lactate consumption in the first culture can be determined by numerous parameters. Determination of metabolic shift involves a number of methods known to one skilled in the art.
- 8 045030 техники для определения метаболического статуса растущих клеток.- 8 045030 techniques for determining the metabolic status of growing cells.
Измерение значений концентрации лактата в первой клеточной культуре можно осуществить с помощью разнообразных биоаналитических систем и наборов, хорошо известных специалисту в настоящей области техники, таких как анализаторы с применением электрохимии (например, Bioprofile® Flex, Nova Biomedical, Waltham, MA), или спектроскопии комбинационного рассеяния, и их можно использовать для автономного мониторинга или мониторинга в режиме реального времени накопления лактата в клеточной культуре.Measurement of lactate concentration values in the first cell culture can be accomplished using a variety of bioanalytical systems and kits well known to one skilled in the art, such as electrochemical analyzers (e.g., Bioprofile® Flex, Nova Biomedical, Waltham, MA), or Raman spectroscopy scattering and can be used for off-line or real-time monitoring of lactate accumulation in cell culture.
Следует понимать, что накопление лактата оказывает неблагоприятное действие на клеточную культуру и, следовательно, оказывает отрицательное действие на выход белкового продукта.It should be understood that the accumulation of lactate has an adverse effect on the cell culture and, therefore, has a negative effect on the yield of the protein product.
Согласно одному варианту осуществления метаболический сдвиг определяют в первой клеточной культуре, когда чистое накопление лактата замедляется или прекращается.In one embodiment, a metabolic shift is determined in the first cell culture when the net accumulation of lactate slows down or stops.
Согласно одному варианту осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают с помощью измерений лактата в первой клеточной культуре. Согласно некоторым вариантам осуществления метаболический сдвиг определяют в первой клеточной культуре, когда определяют плато или по существу горизонтальную линию на графике, представляющем измерение следующих подряд значений концентрации лактата в культуре. Согласно другим вариантам осуществления значение концентрации лактата остается ниже верхнего предела допустимых значений для следующих подряд измерений. Согласно другим вариантам осуществления верхний предел допустимых значений для концентрации лактата не превышает 4 г/л. Следует понимать, что содержания лактата достигают плато, когда клетки испытывают чистое потребление лактата.In one embodiment, the metabolic shift to lactate consumption is detected using lactate measurements in a first cell culture. In some embodiments, a metabolic shift is determined in a first cell culture by detecting a plateau or substantially horizontal line on a graph representing the measurement of successive lactate concentration values in the culture. In other embodiments, the lactate concentration value remains below the upper acceptable limit for successive measurements. In other embodiments, the upper permissible limit for the lactate concentration does not exceed 4 g/L. It should be understood that lactate levels reach a plateau when cells experience net lactate consumption.
Согласно другим вариантам осуществления определение метаболического сдвига предусматривает измерение лактата в первой клеточной культуре с интервалами, и определение того, что содержание лактата находится ниже заданного верхнего предела в течение последовательных временных интервалов, тем самым, определяя, что произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках.In other embodiments, determining the metabolic shift involves measuring lactate in the first cell culture at intervals, and determining that the lactate content is below a predetermined upper limit for successive time intervals, thereby determining that a metabolic shift to lactate consumption in the cells has occurred.
Управление и контроль рН представляет собой важный аспект содержания клеток в культуре биореактора. Рост большинства клеток является оптимальным в пределах узких границ рН. Как правило, клеточную культуру содержат при нейтральном значении рН, составляющем 7,0, в пределах диапазона верхних и нижних установленных значений. Установленные значения определяются специалистом в настоящей области техники в зависимости от конкретной клеточной линии в культуре, состава среды и оптимальных условий роста для данной клетки. Используемое в настоящем документе выражение нейтральное значение рН означает значение рН, составляющее приблизительно 6,85 - приблизительно 7,4. Выражение нейтральное значение рН включает в себя значения рН, составляющие приблизительно 6,85, 6,9, 6,95, 7,0, 7,05, 7,1, 7,15, 7,2, 7,25, 7,3, 7,35 и 7,4.pH management and control is an important aspect of cell maintenance in a bioreactor culture. Most cell growth is optimal within narrow pH limits. Typically, the cell culture is maintained at a neutral pH of 7.0, within the upper and lower pH range. The established values are determined by one skilled in the art depending on the specific cell line in culture, the composition of the medium and the optimal growth conditions for a given cell. As used herein, the expression neutral pH value means a pH value of about 6.85 to about 7.4. The expression neutral pH value includes pH values of approximately 6.85, 6.9, 6.95, 7.0, 7.05, 7.1, 7.15, 7.2, 7.25, 7. 3, 7.35 and 7.4.
Мониторинг рН и добавление основания в режиме онлайн, или в режиме реального времени, можно осуществить с помощью любого количества способов, хорошо известных специалисту в настоящей области техники. В онлайн системе, измерения биологических и химических параметров в клеточной культуре в режиме реального времени путем прямого соединения с анализатором обеспечивает обратную связь для проведения дополнительных действий, например, добавления основания или добавления питательных веществ в культуральную среду. Также можно проводить автономные измерения, при которых имеет место периодический забор образцов и неавтоматизированные манипуляции оператора. Непрерывное измерение рН обеспечивает мониторинг клеточной среды и добавление основания, например, если кислотность достигает нижнего установленного значения за пределами допустимых значений. Если рН достигает установленных верхних пределов допустимых значений (т.е. становится слишком основной), можно добавить СО2.Monitoring pH and adding base online, or in real time, can be accomplished using any number of methods well known to one of ordinary skill in the art. In an online system, real-time measurements of biological and chemical parameters in cell culture through a direct connection to the analyzer provide feedback for additional actions, such as adding base or adding nutrients to the culture medium. It is also possible to carry out autonomous measurements, in which periodic sampling and non-automated operator manipulations take place. Continuous pH measurement allows monitoring of the cellular environment and addition of base, for example, if the acidity reaches a lower set value outside the acceptable range. If the pH reaches the specified upper tolerance limits (ie becomes too basic), CO 2 can be added.
Мониторинг в режиме реального времени можно осуществить с помощью разнообразных способов. Электроды, такие как проточные электроды, широко используют для измерения значения рН или других параметров, таких как содержание растворенного О2 (dO2) и температура, в среде для культивирования клеток. Такие проточные электроды подключают напрямую в любой стандартный ленточный самописец для непрерывной записи или можно соединить с любым стандартным лабораторным рН-метром или милливольтметром. рН также можно измерять с помощью оптического измерения с использованием зоны флуоресцентного сенсора, установленной в биореакторе.Real-time monitoring can be accomplished using a variety of methods. Electrodes, such as flow electrodes, are widely used to measure the pH value or other parameters such as dissolved O 2 (dO 2 ) and temperature in cell culture media. These flow electrodes connect directly to any standard strip recorder for continuous recording or can be connected to any standard laboratory pH meter or millivoltmeter. pH can also be measured by optical measurement using a fluorescent sensor zone installed in the bioreactor.
Любая такая система мониторинга будет интегрировать предел допустимых значений (или зону нечувствительности датчика) вблизи установленных верхних и нижних значений. Зона нечувствительности датчика предохраняет систему дозирования от слишком быстрого включения и выключения. Во время контроля за значением рН не будет происходить дозирование или титрование, если отклонение значения рН от установленного значения находится в пределах допустимых значений. Если измеренные значения рН превышают нижний предел допустимых значений (кислотный), тогда добавят жидкое основание (например, КОН, NaOH, NaHCO3) или газообразный NH3. Если измеренные значения рН превышают верхний предел допустимых значений (основный), тогда добавят кислоту или газ СО2. Установленное значение рН и стратегия контроля, например, зона нечувствительности датчика, связаны с многочисленными параметрами, таким как содержание растворенного CO2, потребление основания для контроля за значением рН, и, следовательно, осмолярностью. (См., например, Li, F., et al., 2010, mAbs 2(5):466-479.)Any such monitoring system will integrate a tolerance limit (or sensor deadband) around specified upper and lower values. The sensor deadband prevents the dosing system from switching on and off too quickly. During pH monitoring, no dosing or titration will occur if the deviation of the pH value from the set value is within acceptable limits. If the measured pH values exceed the lower acceptable limit (acidic), then a liquid base (eg KOH, NaOH, NaHCO 3 ) or gaseous NH3 will be added. If the measured pH values exceed the upper limit of acceptable values (basic), then acid or CO2 gas will be added. The set pH value and the control strategy, such as the dead band of the sensor, are associated with numerous parameters such as dissolved CO2 content, base consumption to control the pH value, and therefore osmolarity. (See, for example, Li, F., et al., 2010, mAbs 2(5):466-479.)
- 9 045030- 9 045030
Согласно одному варианту осуществления метаболический сдвиг определяют в первой клеточной культуре, когда прекращают добавление (т.е. титрование) основания. Тенденция изменения содержания основания включает в себя тенденцию изменения в режиме реального времени, причем автоматизированный способ мониторинга можно использовать для определения значения рН и периодического добавления основания. Согласно настоящему способу установленные значения рН могут варьировать, но повышение значения рН за пределы нижней границы зоны нечувствительности указывает на метаболический сдвиг в первой клеточной культуре. Способы в режиме реального времени и неавтоматизированные способы измерения тенденции изменения содержания основания известны в настоящей области техники, включая в себя способы мониторинга массы сосуда, или объемной скорости потока насоса для обнаружения добавления основания или остановки добавления основания.In one embodiment, the metabolic shift is determined in the first cell culture when base addition (ie, titration) is stopped. The base content trend includes a real-time trend, and an automated monitoring method can be used to determine the pH value and periodically add base. In the present method, the set pH values may vary, but an increase in the pH value beyond the lower limit of the dead zone indicates a metabolic shift in the first cell culture. Real-time and manual methods for measuring the trend of base content are known in the art, including methods for monitoring the mass of a vessel, or the volumetric flow rate of a pump to detect base addition or stop base addition.
Согласно другому варианту осуществления метаболический сдвиг определяют в первой клеточной культуре, если добавление основания больше не требуется для повышения значения рН выше нижнего предела допустимых значений.In another embodiment, a metabolic shift is determined in the first cell culture when base addition is no longer required to raise the pH above the lower tolerance limit.
Согласно некоторым вариантам осуществления метаболический сдвиг определяют в первой культуре, если значение рН увеличивается без добавления основания. Согласно другим вариантам осуществления значение рН увеличивается выше нижнего предела допустимых значений для последовательных измерений.In some embodiments, a metabolic shift is determined in the first culture if the pH value is increased without adding base. In other embodiments, the pH value increases above the lower acceptable limit for sequential measurements.
Согласно другим вариантам осуществления определение метаболического сдвига предусматривает следующее: (а) настройка показывающего рН прибора на обнаружение уровня шума в первой клеточной культуре, (b) непрерывное измерение рН в первой клеточной культуре с регулярными интервалами, (с) добавление основания при необходимости для поддержания рН выше заданного нижнего предела, (d) определение того, что значение рН находится выше заданного нижнего предела в течение нескольких последовательных временных интервалов, и (е) прекращение добавления основания, тем самым, определяя, что произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках.In other embodiments, determining the metabolic shift involves: (a) adjusting the pH meter to detect the noise level in the first cell culture, (b) continuously measuring the pH of the first cell culture at regular intervals, (c) adding base as needed to maintain the pH. above a predetermined lower limit, (d) determining that the pH value is above a predetermined lower limit for several consecutive time intervals, and (e) stopping the addition of base, thereby determining that a metabolic shift to lactate consumption in the cells has occurred.
Согласно одному варианту осуществления нижний предел допустимых значений представляет собой значение рН, составляющее приблизительно 6,5, 6,55, 6,6, 6,65, 6,7, 6,75, 6,8, 6,85, 6,9, 6,95, 7,0, 7,05 или приблизительно 7,1.In one embodiment, the lower acceptable limit is a pH value of approximately 6.5, 6.55, 6.6, 6.65, 6.7, 6.75, 6.8, 6.85, 6.9 , 6.95, 7.0, 7.05 or approximately 7.1.
Согласно некоторым вариантам осуществления метаболический сдвиг на потребление лактата обнаруживают с помощью индикаторов или продуктов клеточного метаболизма в первой клеточной культуре. Один такой индикатор клеточного метаболизма представляет собой потребление кислорода (Zagari, et al., 2013, New Biotechnol. 30(2):238-245). Точное измерение скорости истощения кислорода в среде для культивирования клеток можно использовать для определения присутствия жизнеспособных клеток в культуре после инокуляции, а также скорости роста клеток в культуре (см., например, патенты США №№ 6165741 и 7575890). Измерение потребления кислорода хорошо известно в настоящей области техники.In some embodiments, the metabolic shift to lactate consumption is detected using indicators or products of cellular metabolism in the first cell culture. One such indicator of cellular metabolism is oxygen consumption (Zagari, et al., 2013, New Biotechnol. 30(2):238-245). Accurate measurement of the rate of oxygen depletion in cell culture media can be used to determine the presence of viable cells in the culture after inoculation, as well as the rate of cell growth in the culture (see, for example, US Pat. Nos. 6,165,741 and 7,575,890). Measuring oxygen consumption is well known in the art.
Другие индикаторы клеточного метаболизма, такие как ферменты и метаболиты, можно измерить с помощью протеомных или метаболомных техник, таких как иммунологические чипы, ядерный магнитный резонанс (ЯМР) или масс-спектрометрия. Отмечали корреляцию содержания таких метаболитов, как глицин, триптофан, фенилаланин, аденин, пальмитиновая кислота, глутаминовая кислота, метионин и аспарагин, с увеличением клеточной биомассы (см., например, Jain, M., et al., Science. 2012 May 25; 336(6084): 1040-1044. doi: 10.1126/science. 1218595; и De la Luz-Hdez, K., 2012, Metabolomics and Mammalian Cell Culture, Metabolomics, Dr Ute Roessner (Ed.), ISBN: 978-953-51-0046-1, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/metabolomics/ metabolomics-and-mammalian-cell-cultures). Любое количество молекулярных изменений, которые совпадают или напрямую ведут к метаболическому сдвигу в первой клеточной культуре, можно использовать для определения того, что метаболический сдвиг произошел.Other indicators of cellular metabolism, such as enzymes and metabolites, can be measured using proteomic or metabolomic techniques such as immunochips, nuclear magnetic resonance (NMR), or mass spectrometry. There has been a correlation between the content of metabolites such as glycine, tryptophan, phenylalanine, adenine, palmitic acid, glutamic acid, methionine and asparagine with an increase in cellular biomass (see, for example, Jain, M., et al., Science. 2012 May 25; 336(6084): 1040-1044. doi: 10.1126/science.1218595; and De la Luz-Hdez, K., 2012, Metabolomics and Mammalian Cell Culture, Metabolomics, Dr Ute Roessner (Ed.), ISBN: 978-953 -51-0046-1, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/metabolomics/ metabolomics-and-mammalian-cell-cultures). Any number of molecular changes that coincide with or directly lead to a metabolic shift in the first cell culture can be used to determine that a metabolic shift has occurred.
Получение белка.Getting protein.
Способы согласно настоящему изобретению предусматривают производство представляющего интерес белка или полипептида в клеточной культуры. Для обеспечения получения белка в способах согласно настоящему изобретению, клетки конструируют для того, чтобы они рекомбинантно экспрессировали представляющий интерес полипептид или белок.The methods of the present invention involve the production of a protein or polypeptide of interest in a cell culture. To enable protein production in the methods of the present invention, cells are engineered to recombinantly express the polypeptide or protein of interest.
Клетки переносят во вторую клеточную культуру, например, производственную культуру, после того, как произошел метаболический сдвиг на потребление лактата в клетках, и будут содержать во второй клеточной культуре в течение некоторого периода времени так, чтобы полипептид или белок накапливался в клеточной культуре.The cells are transferred to a second cell culture, such as a production culture, after a metabolic shift to lactate consumption has occurred in the cells, and will be maintained in the second cell culture for a period of time so that the polypeptide or protein accumulates in the cell culture.
Используемый в настоящем документе термин полипептид представляет собой отдельную неразветвленную полимерную цепь аминокислот, соединенную вместе с помощью пептидных связей между карбоксильными и аминогруппами смежных аминокислотных остатков. Термин белок также можно использовать для описания большого полипептида, такого как белок из семи трансмембранных доменов, с конкретной укладкой или пространственной структурой. Таким образом, подразумевается, что термин белок включает в себя четвертичные структуры, третичные структуры и другие сложные макромолекулы, состоящие по меньшей мере из одного полипептида. Если белок состоит из более чем одного поли- 10 045030 пептида, которые физически связаны друг с другом, то используемый в настоящем документе термин белок относится к множественным полипептидам, которые физически соединены и функционируют вместе как отдельная структурная единица. Термин белок включает в себя полипептид.As used herein, a polypeptide is a single unbranched polymer chain of amino acids linked together by peptide bonds between the carboxyl and amino groups of adjacent amino acid residues. The term protein can also be used to describe a large polypeptide, such as a seven transmembrane domain protein, with a particular fold or spatial structure. Thus, the term protein is intended to include quaternary structures, tertiary structures, and other complex macromolecules consisting of at least one polypeptide. When a protein is composed of more than one polypeptide that are physically linked to each other, the term protein as used herein refers to multiple polypeptides that are physically linked and function together as a distinct structural unit. The term protein includes a polypeptide.
Примеры полипептидов и белков, полученных с помощью способов согласно настоящему изобретению, включают в себя антитела, слитые белки, содержащие Fc слитые белки, рецепторы, содержащие рецептор Fc слитые белки и подобное.Examples of polypeptides and proteins produced by the methods of the present invention include antibodies, fusion proteins, Fc-containing fusion proteins, receptors, receptor-containing Fc fusion proteins and the like.
Термин иммуноглобулин относится к классу структурно родственных гликопротеинов, состоящих из двух пар полипептидных цепей, одной пары легких (L) цепей и одной пары тяжелых (Н) цепей, причем все четверо из них могут быть взаимосвязаны с помощью дисульфидных связей. Структура иммуноглобулинов была всесторонне охарактеризована. См., например, Fundamental Immunology Ch. 7 (Paul, W., ed., 2nd ed. Raven Press, N. Y. (1989)). Кратко, каждая тяжелая цепь, как правило, содержит вариабельную область тяжелой цепи (сокращенно представленную в настоящем документе как VH или VH) и константную область тяжелой цепи (CH). Константная область тяжелой цепи, как правило, содержит три домена, CH1, CH2 и CH3. Домены CH1 и CH2 соединены с помощью шарнира. Каждая легкая цепь, как правило, содержит вариабельную область легкой цепи (сокращенно представленную в настоящем документе как VL или VL) и константную область легкой цепи. Существуют два типа легких цепей у людей и других млекопитающих: каппа (к) цепь и лямбда (λ) цепь. Константная область легкой цепи, как правило, содержит один домен (CL). Области VH и VL можно дополнительно подразделить на области гипервариабельности (или гипервариабельные области, которые могут являться гипервариабельными в последовательности и/или могут образовывать структурно определяемые петли), которые также называются определяющие комплементарность области (CDR), чередующиеся с областями, которые являются более консервативными, которые называются каркасные области (FR). Каждая VH и VL, как правило, состоит из трех CDR и четырех FR, расположенных от амино-конца (N-конца) к карбокси-концу (С-концу) в следующем порядке: FR1, CDR1, FR2, CDR2, FR3, CDR3, FR4 (см. также Chothia and Lesk J. MoI. Biol. 196, 901-917 (1987)). Как правило, нумерация аминокислотных остатков в этой области осуществляется согласно IMGT, Sequences of Proteins of Immunological Interest, 5th Ed. Public Health Service, National Institutes of Health, Bethesda, MD. (1991) или по системе нумерации EU согласно Kabat (также известной как нумерация EU или индекс EU), например, как в Kabat, E.A. et al. Sequences of Proteins of Immunological interest. 5th ed. US Department of Health and Human Services, NIH publication No. 91-3242 (1991).The term immunoglobulin refers to a class of structurally related glycoproteins consisting of two pairs of polypeptide chains, one pair of light (L) chains and one pair of heavy (H) chains, all four of which can be interconnected by disulfide bonds. The structure of immunoglobulins has been extensively characterized. See, for example, Fundamental Immunology Ch. 7 (Paul, W., ed., 2nd ed. Raven Press, NY (1989)). Briefly, each heavy chain typically contains a heavy chain variable region (abbreviated herein as VH or VH) and a heavy chain constant region (CH). The heavy chain constant region typically contains three domains, CH1 , CH2 and CH3. The C H 1 and CH2 domains are connected by a hinge. Each light chain typically contains a light chain variable region (abbreviated herein as V L or VL) and a light chain constant region. There are two types of light chains in humans and other mammals: kappa (k) chain and lambda (λ) chain. The light chain constant region typically contains one domain (CL). The VH and VL regions can be further subdivided into hypervariable regions (or hypervariable regions that may be hypervariable in sequence and/or may form structurally definable loops), also called complementarity determining regions (CDRs), interspersed with regions that are more conserved , which are called frame regions (FR). Each VH and VL typically consists of three CDRs and four FRs, arranged from the amino terminus (N-terminus) to the carboxy terminus (C-terminus) in the following order: FR1, CDR1, FR2, CDR2, FR3, CDR3 , FR4 (see also Chothia and Lesk J. MoI. Biol. 196, 901-917 (1987)). As a rule, the numbering of amino acid residues in this region is carried out according to IMGT, Sequences of Proteins of Immunological Interest, 5th Ed. Public Health Service, National Institutes of Health, Bethesda, MD. (1991) or by the EU numbering system according to Kabat (also known as EU numbering or EU index), for example, as in Kabat, EA et al. Sequences of Proteins of Immunological interest. 5 th ed. US Department of Health and Human Services, NIH publication No. 91-3242 (1991).
Термин Fc относится к части константной области тяжелой цепи, которая содержит по меньшей мере домены СН2 и СН3, которые, как правило, связываются с рецептором Fc, например, FcyR, а именно FcyRI (CD64), FcyRII (CD32), FcyRIII (CD16) или FcRn, т.е. неонатальным рецептором Fc. Следует понимать, что содержащий Fc слитый белок может содержать весь нативный домен Fc или его часть или содержать делеции, замены и/или вставки или другие модификации, которые делают его неспособным связываться с любым рецептором Fc, следовательно, делая домен нефункциональным или лишенным функций эффектора в отношении его типичной биологической функции, которая достигается посредством рецептора Fc.The term Fc refers to the portion of the heavy chain constant region that contains at least the CH2 and CH3 domains that typically bind to the Fc receptor, e.g. FcyR, namely FcyRI (CD64), FcyRII (CD32), FcyRIII (CD16) or FcRn, i.e. neonatal Fc receptor. It should be understood that an Fc fusion protein may contain all or part of the native Fc domain or contain deletions, substitutions and/or insertions or other modifications that render it unable to bind to any Fc receptor, thereby rendering the domain non-functional or lacking effector functions in regarding its typical biological function, which is achieved through the Fc receptor.
Используемый в настоящем документе термин антитело (Ab) относится к молекуле иммуноглобулина или ее производному, которое обладает способностью специфически связываться с антигеном. Вариабельные области тяжелой и легкой цепей молекулы иммуноглобулина содержат связывающий домен, который взаимодействует с антигеном, как изложено выше при описании термина иммуноглобулин. Антитело также может представлять собой биспецифическое антитело, диатело или сходную молекулу (см., например, Holliger, et al., 1993, PNAS USA 90(14), 6444-8, в отношении описания диател). Кроме того, было показано, что антигенсвязывающая функция антитела может осуществляться фрагментами полноразмерного антитела, т.е. антигенсвязывающими фрагментами или антигенсвязывающими белками. Как и полноразмерные молекулы антитела, антигенсвязывающие белки могут являться моноспецифическими или мультиспецифическими (например, биспецифическими). Примеры связывающих молекул или фрагментов, предусмотренных в пределах термин антитело, включают в себя без ограничения следующее: (i) фрагмент Fab' или Fab, моновалентный фрагмент, состоящий из доменов VL, VH, CL и CH1, или моновалентное антитело, описанное в международной патентной публикации № WO2007059782; (ii) фрагменты F(ab')2, бивалентные фрагменты, содержащие два фрагмента Fab, связанные дисульфидным мостиком на шарнирной области; (iii) фрагмент Fd, состоящий по существу из доменов VH и CH1; (iv) фрагмент Fv, состоящий по существу из доменов VL и VH, (v) фрагмент dAb (Ward et al., 1989, Nature 341, 544-546), который состоит по существу из домена Vh и также имеет название доменные антитела (Holt et al., 2003, Trends Biotechnol. 21(11):484-90); (vi) верблюжьи антитела или нанотела (Revets et al., 2005, Expert Opin Biol Ther. 5(1): 111-24) и (vii) выделенная определяющая комплементарность область (CDR).As used herein, the term antibody (Ab) refers to an immunoglobulin molecule or derivative thereof that has the ability to specifically bind an antigen. The variable regions of the heavy and light chains of an immunoglobulin molecule contain a binding domain that interacts with an antigen, as described above when describing the term immunoglobulin. The antibody may also be a bispecific antibody, diabody, or similar molecule (see, for example, Holliger, et al., 1993, PNAS USA 90(14), 6444-8, for a description of diabodies). In addition, it has been shown that the antigen-binding function of an antibody can be carried out by fragments of a full-length antibody, i.e. antigen binding fragments or antigen binding proteins. Like full-length antibody molecules, antigen-binding proteins can be monospecific or multispecific (eg, bispecific). Examples of binding molecules or fragments contemplated within the term antibody include, but are not limited to, the following: (i) a Fab' or Fab fragment, a monovalent fragment consisting of the V L , V H , C L and CH 1 domains, or a monovalent antibody , described in international patent publication No. WO2007059782; (ii) F(ab')2 fragments, bivalent fragments containing two Fab fragments linked by a disulfide bridge at the hinge region; (iii) an Fd fragment consisting essentially of the VH and CH1 domains; (iv) an Fv fragment consisting essentially of the VL and VH domains, (v) a dAb fragment (Ward et al., 1989, Nature 341, 544-546), which consists essentially of a Vh domain and is also called domain antibodies ( Holt et al., 2003, Trends Biotechnol. 21(11):484-90); (vi) camel antibodies or nanobodies (Revets et al., 2005, Expert Opin Biol Ther. 5(1): 111-24) and (vii) a dedicated complementarity determining region (CDR).
Используемые в настоящем документе термины моноклональное антитело или композиция моноклональных антител относятся к препарату молекул антитела единого молекулярного состава. Композиция моноклональных антител проявляет единую специфичность и аффинность связывания в отношении конкретного эпитопа.As used herein, the terms monoclonal antibody or monoclonal antibody composition refer to a preparation of antibody molecules of a single molecular composition. A monoclonal antibody composition exhibits uniform specificity and binding affinity for a particular epitope.
- 11 045030- 11 045030
Предусмотрено, что используемый в настоящем документе термин антитело человека включает в себя антитела, содержащие вариабельную и константную области, происходящие из зародышевых последовательностей иммуноглобулина человека. Антитела человека могут включать в себя аминокислотные остатки, не кодируемые зародышевыми последовательностями иммуноглобулина человека (например, мутации, введенные случайным или сайт-специфическим мутагенезом in vitro или во время генной реаранжировки или путем соматической мутации in vivo). Термин моноклональное антитело мыши, или мышиное моноклональное антитело относится к антителам, проявляющим единую специфичность связывания, которые содержат вариабельную и константную области, происходящие из мышиных зародышевых последовательностей иммуноглобулина.The term human antibody, as used herein, is intended to include antibodies containing variable and constant regions derived from human immunoglobulin germline sequences. Human antibodies may include amino acid residues not encoded by human immunoglobulin germline sequences (eg, mutations introduced by random or site-directed mutagenesis in vitro or during gene rearrangement or by somatic mutation in vivo). The term mouse monoclonal antibody, or mouse monoclonal antibody, refers to antibodies exhibiting a single binding specificity that contain variable and constant regions derived from murine immunoglobulin germline sequences.
Используемый в настоящем документе термин слитый белок включает в себя содержащий Fc слитый белок и содержащий рецептор Fc слитый белок. Слитый белок может представлять собой любой полипептид, образованный путем экспрессии химерного гена, образованного путем комбинации более чем одной последовательности ДНК различного происхождения, как правило, путем клонирования одного гена в экспрессионный вектор в рамке считывания со вторым геном так, чтобы два гена кодировали один непрерывный полипептид.As used herein, the term fusion protein includes an Fc-containing fusion protein and a receptor-containing Fc fusion protein. A fusion protein can be any polypeptide formed by expressing a chimeric gene formed by combining more than one DNA sequence of different origins, typically by cloning one gene into an expression vector in frame with a second gene so that the two genes encode one contiguous polypeptide .
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предусмотрен описанный в настоящем документе способ получения рекомбинантного представляющего интерес полипептида или белка. Согласно некоторым вариантам осуществления рекомбинантный представляющий интерес полипептид или белок выбран из группы, состоящей из антитела, антигенсвязывающего белка, слитого белка, содержащего Fc слитого белка и содержащего рецептор Fc слитого белка.According to one aspect of the present invention, there is provided a method described herein for producing a recombinant polypeptide or protein of interest. In some embodiments, the recombinant polypeptide or protein of interest is selected from the group consisting of an antibody, an antigen binding protein, a fusion protein containing an Fc fusion protein, and a receptor containing Fc fusion protein.
Системы экспрессии клеток.Cell expression systems.
Применение системы экспрессии клеток представляет собой необходимое предварительное условие для крупномасштабного получения таких полипептидов или белков в клеточной культуре.The use of a cell expression system is a necessary prerequisite for large-scale production of such polypeptides or proteins in cell culture.
Продукт согласно настоящему изобретению представляет собой полипептид или белок, который экспрессируют в клетках и собирают из системы культивирования, т.е. клеток и/или клеточной среды. Он может представлять собой любой представляющий интерес полипептид или белок (ранее).The product of the present invention is a polypeptide or protein that is expressed in cells and collected from a culture system, i.e. cells and/or cellular environment. It may be any polypeptide or protein of interest (formerly).
В экспрессионных векторах, как правило, используются сильные генные промоторы для управления транскрипцией и РНК продукта. Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к экспрессионному вектору, кодирующему представляющий интерес полипептид, например, антитело, антигенсвязывающий белок или слитый белок. Такие экспрессионные векторы можно использовать в способах согласно настоящему изобретению для рекомбинантного получения представляющих интерес полипептидов или белков с помощью клеточной культуры.Expression vectors typically use strong gene promoters to drive transcription and product RNA. In a further aspect, the present invention provides an expression vector encoding a polypeptide of interest, such as an antibody, antigen binding protein, or fusion protein. Such expression vectors can be used in the methods of the present invention to recombinantly produce polypeptides or proteins of interest by cell culture.
Экспрессионный вектор в контексте способов согласно настоящему изобретению может представлять собой любой подходящий вектор, включая в себя хромосомные, нехромосомные и синтетические нуклеиновокислотные векторы (последовательность нуклеиновой кислоты, содержащая подходящий набор элементов контроля экспрессии). Примеры таких векторов включают в себя производные SV40, бактериальные плазмиды, фаговую ДНК, бакуловирус, дрожжевые плазмиды, векторы, полученые из комбинаций плазмид и фаговой ДНК, и векторы из вирусной нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК). Такие нуклеиновокислотные векторы и их применение хорошо известны в настоящей области техники (см., например, патенты США №№ 5589466 и 5973972).An expression vector in the context of the methods of the present invention can be any suitable vector, including chromosomal, non-chromosomal and synthetic nucleic acid vectors (a nucleic acid sequence containing a suitable set of expression control elements). Examples of such vectors include SV40 derivatives, bacterial plasmids, phage DNA, baculovirus, yeast plasmids, vectors derived from combinations of plasmids and phage DNA, and viral nucleic acid (RNA or DNA) vectors. Such nucleic acid vectors and their use are well known in the art (see, for example, US Pat. Nos. 5,589,466 and 5,973,972).
Вектор, содержащий молекулу нуклеиновой кислоты, кодирующую представляющий интерес полипептид или белок, поставляют в клетку-хозяин, причем молекула нуклеиновой кислоты функционально связана с контролирующей экспрессию последовательностью, подходящей для экспрессии в клеткехозяине млекопитающего.A vector containing a nucleic acid molecule encoding a polypeptide or protein of interest is delivered to a host cell, the nucleic acid molecule being operably linked to an expression control sequence suitable for expression in a mammalian host cell.
Контролирующие экспрессию последовательности конструируют для контроля и управления транскрипцией кодирующих полипептид генов, представляющих интерес, и последующей экспрессией полипептидов или белков в различных клеточных системах. Плазмиды комбинируют экспрессируемый ген, представляющий интерес, с контролирующими экспрессию последовательностями (т.е. экспрессионными кассетами), которые содержат необходимые элементы, такие как, например, промоторы, энхансеры, селектируемые маркеры, операторы и т.д. В экспрессионном векторе молекулы нуклеиновой кислоты могут содержать или могут быть связаны с любым подходящим промотором, энхансером, селектируемым маркером, оператором, репрессорным белком, терминирующими последовательностями полиаденилирования и другими облегчающими экспрессию элементами.Expression control sequences are designed to control and direct the transcription of polypeptide-encoding genes of interest and subsequent expression of polypeptides or proteins in various cellular systems. Plasmids combine an expressible gene of interest with expression control sequences (ie, expression cassettes) that contain necessary elements such as, for example, promoters, enhancers, selectable markers, operators, etc. In an expression vector, the nucleic acid molecules may contain or be associated with any suitable promoter, enhancer, selectable marker, operator, repressor protein, polyadenylation termination sequences and other expression facilitating elements.
Используемый в настоящем документе термин промотор относится к последовательности ДНК, достаточной для направления транскрипции последовательности ДНК, с которой он функционально связан, т.е. связан таким образом, чтобы контролировать транскрипцию нуклеотидной последовательности. Экспрессию нуклеотидной последовательности можно разместить под контроль любого промоторного или энхансерного элемента, известного в настоящей области техники. Примеры таких элементов включают в себя сильные промоторы экспрессии (например, промотор/энхансер IE CMV человек или главный промотор IE CMV (CMV-MIE), а также RSV, поздний промотор SV40, промоторы SL3-3, MMTV, убиквитина (Ubi), убиквитина С (UbC) и HIV LTR).As used herein, the term promoter refers to a DNA sequence sufficient to direct transcription of the DNA sequence to which it is operably linked, i.e. bound in such a way as to control the transcription of a nucleotide sequence. Expression of the nucleotide sequence can be placed under the control of any promoter or enhancer element known in the art. Examples of such elements include strong expression promoters (e.g., human CMV IE promoter/enhancer or CMV IE major promoter (CMV-MIE), as well as RSV, SV40 late promoter, SL3-3, MMTV, ubiquitin (Ubi) promoters C (UbC) and HIV LTR).
Согласно некоторым вариантам осуществления вектор содержит промотор, выбранный из группы,In some embodiments, the vector contains a promoter selected from the group
- 12 045030 состоящей из SV40, CMV, CMV-IE, CMV-MIE, RSV, SL3-3, MMTV, Ubi, UbC и HIV LTR.- 12 045030 consisting of SV40, CMV, CMV-IE, CMV-MIE, RSV, SL3-3, MMTV, Ubi, UbC and HIV LTR.
Молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующие представляющий интерес полипептид или белок, также могут быть функционально связаны с эффективной терминирующей последовательностью полиаденилирования, точкой начала репликации для плазмидного продукта в Е. coli, геном устойчивости к действию антибиотика в качестве селектируемого маркера и/или подходящим сайтом клонирования (например, полилинкером). Нуклеиновые кислоты также могут содержать регулируемый индуцируемый промотор (индуцируемый, репресируемый, регулируемый условиями окружающей среды) в отличие от конститутивного промотора, такого как IE CMV (специалисту в настоящей области техники будет понятно, что такие термины фактически являются дескрипторами степени генной экспрессии при определенных условиях).The nucleic acid molecules encoding the polypeptide or protein of interest may also be operably linked to an effective polyadenylation termination sequence, an origin of replication for the plasmid product in E. coli, an antibiotic resistance gene as a selectable marker, and/or a suitable cloning site (eg , polylinker). Nucleic acids may also contain a regulated inducible promoter (inducible, repressible, regulated by environmental conditions) as opposed to a constitutive promoter such as CMV IE (one skilled in the art will appreciate that such terms are actually descriptors of the degree of gene expression under certain conditions) .
Селектируемые маркеры представляют собой элементы, хорошо известные в настоящей области техники. При селективных условиях могут выжить только клетки, экспрессирующие соответственный селектируемый маркер. Как правило, гены селектируемых маркеров экспрессируют белки, как правило, ферменты, которые обеспечивают устойчивость к различным антибиотикам в клеточной культуре. В других селективных условиях клетки, которые экспрессируют флуоресцентный белковый маркер, визуализируются, и их, таким образом, отбирают. Варианты осуществления включают в себя следующее: бета-лактамаза (bla) (ген устойчивости к антибиотику бета-лактаму или устойчивости к ампициллину, или ampR), bls (ген ацетилтрансферазы, обеспечивающий устойчивость к бластицидина), bsd (ген деаминазы, обеспечивающий устойчивость к бластицидина-S), bsr (ген устойчивости к бластицидину-S), Sh ble (ген устойчивости к Zeocin®), гигромицинфосфотрансфераза (hpt) (ген устойчивости к гигромицину), tetM (ген устойчивости к тетрациклину, или tetR), неомицинфосфотрансфераза II (npt) (ген устойчивости к неомицину, или neoR), kanR (ген устойчивости к канамицину), и рас (ген устойчивости к пуромицину). Селектируемые (или селективные) маркеры, как правило, используют в разработке стабильных клеточных линий.Selectable markers are elements well known in the art. Under selective conditions, only cells expressing the appropriate selectable marker can survive. Typically, selectable marker genes express proteins, usually enzymes, that provide resistance to various antibiotics in cell culture. In other selective conditions, cells that express a fluorescent protein marker are visualized and thus selected. Embodiments include the following: beta-lactamase (bla) (beta-lactam antibiotic resistance or ampicillin resistance gene, or ampR), bls (acetyltransferase gene conferring blasticidin resistance), bsd (deaminase gene conferring blasticidin resistance -S), bsr (blasticidin-S resistance gene), Sh ble (Zeocin® resistance gene), hygromycin phosphotransferase (hpt) (hygromycin resistance gene), tetM (tetracycline resistance gene, or tetR), neomycin phosphotransferase II (npt ) (neomycin resistance gene, or neoR), kanR (kanamycin resistance gene), and ras (puromycin resistance gene). Selectable (or selectable) markers are typically used in the development of stable cell lines.
Согласно определенным вариантам осуществления вектор содержит один или несколько генов селектируемых маркеров, выбранных из группы, состоящей из bla, bls, BSD, bsr, Sh ble, hpt, tetR, tetM, npt, kanR и рас. Согласно другим вариантам осуществления вектор содержит один или несколько генов селектируемых маркеров, кодирующих зеленый флуоресцентный белок (GFP), усиленный зеленый флуоресцентный белок (eGFP), синий флуоресцентный белок (CFP), усиленный синий флуоресцентный белок (eCFP), желтый флуоресцентный белок (YFP) или подобное.In certain embodiments, the vector contains one or more selectable marker genes selected from the group consisting of bla, bls, BSD, bsr, Sh ble, hpt, tetR, tetM, npt, kanR, and races. In other embodiments, the vector contains one or more selectable marker genes encoding green fluorescent protein (GFP), enhanced green fluorescent protein (eGFP), blue fluorescent protein (CFP), enhanced blue fluorescent protein (eCFP), yellow fluorescent protein (YFP) or similar.
Для целей настоящего изобретения экспрессию генов в эукариотических клетках можно точно регулировать с использованием сильного промотора, который контролируется оператором, который, в свою очередь, регулируется регуляторным слитым белком (RFP). RFP состоит по существу из блокирующего транскрипцию домена и лигандсвязывающего домена, который регулирует его активность. Примеры таких экспрессионных систем описаны в US20090162901A1, которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.For purposes of the present invention, gene expression in eukaryotic cells can be precisely regulated using a strong promoter that is controlled by an operator, which in turn is regulated by a regulatory fusion protein (RFP). RFP consists essentially of a transcription blocking domain and a ligand binding domain that regulates its activity. Examples of such expression systems are described in US20090162901A1, which is incorporated herein by reference in its entirety.
Используемый в настоящем документе термин оператор относится к последовательности ДНК, которую вводят в ген или рядом с геном, представляющим интерес, таким образом, чтобы ген мог регулироваться путем связывания RFP с оператором и в результате предотвращать или разрешать транскрипцию представляющего интерес гена. Ряд операторов в прокариотических клетках и бактериофагах был хорошо охарактеризован (Neidhardt, ed. Escherichia coli and Salmonella; Cellular and Molecular Biology 2d. Vol 2 ASM Press, Washington D.C. 1996). Они включают в себя без ограничения операторную область гена LexA E. coli, которая связывает пептид LexA, и операторы лактозы и триптофана, которые связывают репрессорные белки, кодируемые генами LacI и trpR E. coli. Также они включают в себя операторы бактериофагов из лямбда PR и генов ant/mnt фага Р22, которые связывают репрессорные белки, кодируемые лямбда cI и Р22 arc. Согласно некоторым вариантам осуществления, в которых блокирующий транскрипцию домен RFP представляет собой рестрикционный фермент, такой как NotI, оператор представляет собой последовательность распознавания для этого фермента. Специалисту в настоящей области техники понятно, что оператор должен быть расположен рядом, или 3' относительно промотора так, чтобы он был способен контролировать транскрипцию с помощью промотора. Например, в патенте США № 5972650, который включен в настоящий документ посредством ссылки, раскрыто, что последовательности tetO находятся в пределах конкретного расстояния от ТАТА - бокса.As used herein, the term operator refers to a DNA sequence that is introduced into or adjacent to a gene of interest such that the gene can be regulated by binding of RFP to the operator and thereby prevent or permit transcription of the gene of interest. A number of operators in prokaryotic cells and bacteriophages have been well characterized (Neidhardt, ed. Escherichia coli and Salmonella; Cellular and Molecular Biology 2d. Vol 2 ASM Press, Washington D.C. 1996). These include, but are not limited to, the operator region of the E. coli LexA gene, which binds the LexA peptide, and the lactose and tryptophan operators, which bind the repressor proteins encoded by the E. coli LacI and trpR genes. They also include bacteriophage operators from lambda PR and the ant/mnt genes of phage P22, which bind repressor proteins encoded by lambda cI and P22 arc. In some embodiments, in which the transcription blocking domain of the RFP is a restriction enzyme such as NotI, the operator is a recognition sequence for that enzyme. One skilled in the art will appreciate that the operator must be located adjacent to, or 3' to, the promoter so that it is capable of controlling transcription by the promoter. For example, US Pat. No. 5,972,650, which is incorporated herein by reference, discloses that tetO sequences are within a specific distance of the TATA box.
Согласно определенным вариантам осуществления оператор выбран из группы, состоящей из следующего: оператор tet (tetO), последовательность распознавания NotI, оператор LexA, оператор лактозы, оператор триптофана и оператор Arc (АО). Согласно некоторым вариантам осуществления репрессорный белок выбран из группы, состоящей из TetR, LexA, LacI, TrpR, Arc, LambdaC1 и GAL4. Согласно другим вариантам осуществления блокирующий транскрипцию домен происходит из эукариотического репрессорного белка, например, репрессорного домена, происходящего из GAL4.In certain embodiments, the operator is selected from the group consisting of the following: a tet operator (tetO), a NotI recognition sequence, a LexA operator, a lactose operator, a tryptophan operator, and an Arc operator (AO). In some embodiments, the repressor protein is selected from the group consisting of TetR, LexA, LacI, TrpR, Arc, LambdaC1, and GAL4. In other embodiments, the transcription blocking domain is derived from a eukaryotic repressor protein, for example, a GAL4-derived repressor domain.
В иллюстративной системе экспрессии клеток клетки конструируют для экспрессии репрессорного белка тетрациклина (TetR) и представляющий интерес полипептид помещают под транскрипционный контроль промотора, чья активность регулируется TetR. Два тандемных оператора TetR (tetO) располагают непосредственно ниже по ходу транскрипции промотора/энхансера CMV-MIE в векторе. ТрансIn an exemplary cell expression system, cells are engineered to express a tetracycline repressor protein (TetR) and the polypeptide of interest is placed under the transcriptional control of a promoter whose activity is regulated by TetR. Two tandem TetR operators (tetO) are located immediately downstream of the CMV-MIE promoter/enhancer in the vector. Trance
- 13 045030 крипция гена, кодирующего представляющий интерес белок, направляемая промотором CMV-MIE, в таком векторе может блокироваться с помощью TetR при отсутствии тетрациклина или другого определенного подходящего индуктора (например, доксициклина). В присутствии индуктора белок TetR не способен связываться с tetO, следовательно, происходит транскрипция и, таким образом, трансляция (экспрессия) представляющего интерес полипептида. (См., например, патент США № 7435553, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.)- 13 045030 transcription of a gene encoding a protein of interest, directed by the CMV-MIE promoter, in such a vector can be blocked by TetR in the absence of tetracycline or other specific suitable inducer (eg, doxycycline). In the presence of an inducer, the TetR protein is unable to bind to tetO, hence transcription and thus translation (expression) of the polypeptide of interest occurs. (See, for example, US Pat. No. 7,435,553, which is incorporated herein by reference in its entirety.)
Такие системы экспрессии клеток можно использовать для запуска производства представляющего интерес полипептида только во время культивирования производственной культуры. Таким образом, антибиотики, такие тетрациклин или другие подходящие индукторы, можно добавлять в биореактор к первой клеточной культуре.Such cell expression systems can be used to trigger production of the polypeptide of interest only during cultivation of the production culture. Thus, antibiotics, such as tetracycline or other suitable inducers, can be added to the bioreactor to the first cell culture.
Другая иллюстративная система экспрессии клеток включает в себя регуляторные слитые белки, такие как слитый белок TetR-ERLBDT2, в котором блокирующий транскрипцию домен слитого белка представляет собой TetR, и лигандсвязывающий домен представляет собой лигандсвязывающий домен рецептора эстрогена (ERLBD) с мутациями Т2 (ERLBDT2; Feil et al., 1997, Biochem. Biophys. Res. Commun. 237:752-757). Если последовательности tetO расположены ниже по ходу транскрипции и рядом с сильным промотором CMV-MTE, транскрипция представляющей интерес нуклеотидной последовательности из промотора CMV-MIE/tetO блокировалась в присутствии тамоксифена, и это блокирование отменялось при удалении тамоксифена. В другом примере применение слитого белка Arc2-ERLBDT2, слитого белка, состоящего из одноцепочечного димера, состоящего из двух белков Arc, соединенных линкером из 15 аминокислотных остатков и ERLBDT2 (ранее), предусматривает оператор Arc (АО), более конкретно двух тандемные операторы а, непосредственно ниже по ходу транскрипции относительно промотора/энхансера CMV-MIE. Клеточные линии могут регулироваться с помощью Arc2-ERLBDT2, причем клетки, экспрессирующие представляющий интерес белок, управляются промотором CMV-MIE/ArcO2 и индуцируются удалением тамоксифена. (См., например, US 20090162901А1, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.) Согласно некоторым вариантам осуществления вектор содержит гибридный промотор CMV-MIE/TetO или CMV-MIE/AO2.Another exemplary cell expression system includes regulatory fusion proteins, such as a TetR-ER LBD T2 fusion protein, in which the transcription blocking domain of the fusion protein is TetR, and the ligand binding domain is an estrogen receptor ligand binding domain (ER LBD ) with T2 mutations ( ER LBD T2; Feil et al., 1997, Biochem. Biophys. Res. Commun. 237:752-757). If tetO sequences are located downstream and adjacent to the strong CMV-MTE promoter, transcription of the nucleotide sequence of interest from the CMV-MIE/tetO promoter was blocked in the presence of tamoxifen, and this blocking was reversed when tamoxifen was removed. In another example, the use of an Arc2-ER LBD T2 fusion protein, a fusion protein consisting of a single chain dimer consisting of two Arc proteins connected by a 15 amino acid residue linker and the ER LBD T2 (formerly), involves an Arc operator (AO), more specifically two tandem operators a, immediately downstream of the CMV-MIE promoter/enhancer. Cell lines can be regulated by Arc2-ER LBD T2, with cells expressing the protein of interest driven by the CMV-MIE/ArcO2 promoter and induced by tamoxifen removal. (See, for example, US 20090162901A1, which is incorporated herein by reference.) In some embodiments, the vector comprises a CMV-MIE/TetO or CMV-MIE/AO2 fusion promoter.
Подходящие векторы, используемые в способах согласно настоящему изобретению, также могут использовать инструменты Cre-lox для технологии рекомбинации для облегчения репликации представляющего интерес гена. Стратегия Cre-lox требует наличия по меньшей мере двух компонентов: 1) рекомбиназа Cre, фермент, который катализирует рекомбинацию между двумя сайтами loxP; и 2) сайты loxP (например, специфическая последовательность из 34 п.н., состоящая из 8 п.н. сердцевинной последовательности, где происходит рекомбинация, и двух фланкирующих по 13 п.н. инвертированных повторов) или мутантных сайтов lox. (Смотрите, например, Araki et al., 1995, PNAS 92:160-4; Nagy, A. et al., 2000, Genesis 26:99-109; Araki et al., 2002, Nuc Acids Res 30(19):e103; и US20100291626A1, все из которых включены в настоящий документ посредством ссылки). Согласно другой стратегии рекомбинации дрожжевая рекомбиназа FLP может быть использована с консенсусной последовательностью FRT (см. также, например, Dymecki, S., 1996, PNAS 93(12): 6191-6196).Suitable vectors used in the methods of the present invention may also utilize Cre-lox recombination technology tools to facilitate replication of the gene of interest. The Cre-lox strategy requires the presence of at least two components: 1) Cre recombinase, an enzyme that catalyzes recombination between two loxP sites; and 2) loxP sites (eg, a specific 34-bp sequence consisting of an 8-bp core sequence where recombination occurs and two flanking 13-bp inverted repeats) or mutant lox sites. (See, for example, Araki et al., 1995, PNAS 92:160-4; Nagy, A. et al., 2000, Genesis 26:99-109; Araki et al., 2002, Nuc Acids Res 30(19) :e103; and US20100291626A1, all of which are incorporated herein by reference). In another recombination strategy, the yeast FLP recombinase can be used with the FRT consensus sequence (see also, eg, Dymecki, S., 1996, PNAS 93(12): 6191-6196).
Согласно другому аспекту ген (т.е. нуклеотидная последовательность, кодирующая представляющий интерес рекомбинантный полипептид) введен в усиливающую экспрессию последовательность экспрессионной кассеты и необязательно функционально связан с промотором, причем связанный с промотором ген фланкирован 5' первым сайтом распознавания рекомбиназой и 3' вторым сайтом распознавания рекомбиназой. Такие сайты распознавания рекомбиназой обеспечивают опосредованную Cre рекомбинацию в клетке-хозяине экспрессионной системы. В некоторых случаях второй связанный с промотором ген расположен по ходу транскрипции (3') относительно первого гена и фланкирован 3' вторым сайтом распознавания рекомбиназой. В других случаях второй связанный с промотором ген фланкирован 5' вторым сайтом распознавания рекомбиназой и фланкирован 3'третьим вторым сайтом распознавания рекомбиназой. Согласно некоторым вариантам осуществления сайты распознавания рекомбиназой выбраны из сайта loxP, сайта lox511, сайта lox2272 и сайта FRT. Согласно другим вариантам осуществления сайты распознавания рекомбиназой являются различными. Согласно дополнительному варианту осуществления клетка-хозяин содержит ген, способный экспрессировать рекомбиназу Cre.In another aspect, a gene (i.e., a nucleotide sequence encoding a recombinant polypeptide of interest) is introduced into an expression enhancing sequence of an expression cassette and is optionally operably linked to a promoter, wherein the promoter-associated gene is flanked by a 5' first recombinase recognition site and a 3' second recognition site recombinase. Such recombinase recognition sites enable Cre-mediated recombination in the host cell of the expression system. In some cases, a second promoter-bound gene is located downstream (3') of the first gene and is flanked 3' by a second recombinase recognition site. In other cases, the second promoter-bound gene is flanked 5' by a second recombinase recognition site and flanked 3' by a third second recombinase recognition site. In some embodiments, the recombinase recognition sites are selected from a loxP site, a lox511 site, a lox2272 site, and an FRT site. In other embodiments, the recombinase recognition sites are different. In a further embodiment, the host cell contains a gene capable of expressing Cre recombinase.
Согласно одному варианту осуществления вектор содержит первый ген, кодирующий легкую цепь антитела или тяжелую цепь антитела, представляющего интерес, и второй ген, кодирующий легкую цепь антитела или тяжелую цепь антитела, представляющего интерес.In one embodiment, the vector contains a first gene encoding an antibody light chain or an antibody heavy chain of interest and a second gene encoding an antibody light chain or an antibody heavy chain of interest.
Следует понимать, что один или несколько векторов, несущих одну или несколько последовательностей нуклеиновой кислоты, кодирующих и экспрессирующих представляющий интерес белок, можно использовать в такой экспрессионной системе.It should be understood that one or more vectors carrying one or more nucleic acid sequences encoding and expressing a protein of interest can be used in such an expression system.
Клетки согласно настоящему изобретению также можно сконструировать для увеличения экспрессии продукта посредством коэкспрессии таких белков, как шапероны, ингибиторы апоптоза, ингибиторы распада белка или другой белок, который может усиливать экспрессию или стабильность продукта.Cells of the present invention can also be engineered to increase product expression by co-expressing proteins such as chaperones, apoptosis inhibitors, protein degradation inhibitors, or other protein that can enhance product expression or stability.
Согласно некоторым вариантам осуществления вектор дополнительно содержит ген связывающегося с Х-боксом белка 1 (mXBP1) и/или EDEM2, способный усиливать производство белка/секрецию белка посредством контроля за экспрессией генов, вовлеченных в укладку белка в эндоплазматическом рети- 14 045030 кулуме (ER). (См., например, Ron D, and Walter P., 2007, Nat Rev Mol Cell Biol.8:519-529; Olivari et al.,In some embodiments, the vector further comprises an X-box binding protein 1 (mXBP1) and/or EDEM2 gene capable of enhancing protein production/secretion by controlling the expression of genes involved in protein folding in the endoplasmic reticulum (ER). . (See, for example, Ron D, and Walter P., 2007, Nat Rev Mol Cell Biol.8:519-529; Olivari et al.,
2005, J. Biol. Chem. 280(4): 2424-2428, Vembar and Brodsky, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9(12): 944-957, 2008).2005, J. Biol. Chem. 280(4): 2424-2428, Vembar and Brodsky, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9(12): 944-957, 2008).
Применение временно трансфицированных клеток, которые быстро производят значительные количества продукта, также можно осуществить для оптимизации процесса культивирования клеток, хотя стабильную трансфекцию, как правило, используют для промышленных масштабов производства большого объема.The use of transiently transfected cells that quickly produce significant quantities of product can also be implemented to optimize the cell culture process, although stable transfection is typically used for large-scale industrial production.
В контексте настоящего изобретения характеризующаяся метаболическим сдвигом клетка может содержать любой или все элементы системы экспрессии клеток, описанные в настоящем документе, необходимые для эффективного рекомбинантного производства представляющего интерес белка.In the context of the present invention, a metabolically shifted cell may contain any or all of the elements of the cell expression system described herein necessary for efficient recombinant production of the protein of interest.
Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к характеризующейся метаболическим сдвигом рекомбинантной эукариотической клетке - хозяину, которая производит представляющий интерес белок. Примеры клеток-хозяев включают в себя клетки млекопитающего, такие как СНО, PER.C6, мышиные лимфоидные и мышиные гибридомные клеточные линии (ранее). Например, согласно одному варианту осуществления настоящее изобретение предусматривает характеризующуюся метаболическим сдвигом клетку, содержащую последовательность нуклеиновой кислоты, стабильно интегрированную в клеточный геном, которая содержит последовательность, кодирующую представляющий интерес белок. Согласно другому варианту осуществления настоящее изобретение предусматривает характеризующуюся метаболическим сдвигом клетку, содержащую неинтегрированную (т.е. эписомальную) последовательность нуклеиновой кислоты, такую как плазмида, космида, фагемида или линейный экспрессионный элемент, который содержит последовательность, кодирующую представляющий интерес белок.In a further aspect, the present invention relates to a metabolically shifted recombinant eukaryotic host cell that produces a protein of interest. Examples of host cells include mammalian cells such as CHO, PER.C6, murine lymphoid and murine hybridoma cell lines (formerly). For example, in one embodiment, the present invention provides a metabolically shifted cell comprising a nucleic acid sequence stably integrated into the cellular genome that contains a sequence encoding a protein of interest. In another embodiment, the present invention provides a metabolically shifted cell containing a non-integrated (ie, episomal) nucleic acid sequence, such as a plasmid, cosmid, phagemid, or linear expression element, that contains a sequence encoding a protein of interest.
Сбор или сбор клеток происходит в конце производственной серии в процессе накопления клеточной массы. Клетки отделяют от среды с помощью ряда способов, таких как фильтрация, инкапсулирование клеток, прилипание клеток на микрочипы, седиментация клеток или центрифугирование клеток. Очищение белка происходит в дополнительных стадиях для выделения белкового продукта. Полипептиды или белки можно собирать или из клеток, или из сред для культивирования клеток.Harvesting or collection of cells occurs at the end of the production run during the accumulation of cell mass. Cells are separated from the medium using a number of methods, such as filtration, cell encapsulation, cell adherence to microarrays, cell sedimentation, or cell centrifugation. Protein purification occurs in additional steps to isolate the protein product. Polypeptides or proteins can be collected either from cells or from cell culture media.
Стратегии очищения белков хорошо известны в настоящей области техники. Растворимые формы полипептида, такие как антитела, антителосвязывающие фрагменты и Fc-содержащие белки, могут быть подвергнуты действию коммерчески доступным концентрационным фильтрам и впоследствии могут быть аффинно очищены с помощью хорошо известных способов, таких как аффинные смолы, ионообменные смолы, хроматографические колонки и подобное. Связанные с мембранами формы полипептида могут быть очищены путем получения общей мембранной фракции из экспрессирующей клетки и экстракции мембран с помощью неионного детергента, такого как TRITON® Х-100 (EMD Biosciences, San Diego, СА, USA). Цитозольные или ядерные белки можно получить путем лизиса клеток-хозяев (посредством механического воздействия, обработки ультразвуком, детергентом и т.д.), удаления фракции клеточных мембран путем центрифугирования и сохранения супернатанта.Protein purification strategies are well known in the art. Soluble forms of the polypeptide, such as antibodies, antibody binding fragments and Fc-containing proteins, can be subjected to commercially available concentration filters and subsequently can be affinity purified using well known methods such as affinity resins, ion exchange resins, chromatography columns and the like. Membrane-bound forms of the polypeptide can be purified by obtaining a total membrane fraction from the expression cell and extracting the membranes with a nonionic detergent such as TRITON® X-100 (EMD Biosciences, San Diego, CA, USA). Cytosolic or nuclear proteins can be obtained by lysing host cells (through mechanical action, sonication, detergent, etc.), removing the cell membrane fraction by centrifugation, and storing the supernatant.
Согласно дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к способу получения представляющего интерес антитела, или антигенсвязывающего белка, или слитого белка, причем указанный способ предусматривает следующие стадии: а) культивирование клеток согласно способу, описанному в настоящем документе выше, b) сбор клеток и с) очищение полипептида или белка, такого как антитело, или антигенсвязывающий белок, или слитый белок, от клеток или сред для культивирования клеток.According to a further aspect, the present invention provides a method for producing an antibody or antigen binding protein or fusion protein of interest, the method comprising the following steps: a) culturing cells according to the method described hereinabove, b) harvesting the cells, and c) purifying the polypeptide or a protein, such as an antibody, or antigen binding protein, or fusion protein, from cells or cell culture media.
Следующие примеры представлены для описания специалистам в настоящей области техники, как осуществить и применить способы и композиции согласно настоящему изобретению, и не предусмотрено, что они ограничивают объем того, что авторы настоящего изобретения рассматривают как свое изобретение. Были предприняты попытки обеспечить точность используемых числовых выражений (например, количеств, концентраций, температуры и т.д.), однако следует принимать во внимание некоторые экспериментальные погрешности и отклонения.The following examples are provided to describe to those skilled in the art how to make and use the methods and compositions of the present invention, and are not intended to limit the scope of what the inventors consider their invention to be. Attempts have been made to ensure the accuracy of the numerical expressions used (eg amounts, concentrations, temperatures, etc.), but some experimental errors and deviations should be taken into account.
ПримерыExamples
Пример 1. Определение параметров метаболического сдвига: производящая слитый белок клеточная линия.Example 1 Determination of Metabolic Shift Parameters: Fusion Protein Producing Cell Line.
Клетки СНО трансфектировали ДНК, экспрессирующей слитый белок. Производящую слитый белок клеточную линию СНО инкубировали в культуре посевного сосуда, в патентованных средах, содержащий сою, и такие параметры, как значение рН в режиме реального времени, содержание лактата и количество жизнеспособных клеток в автономном режиме, измеряли и регистрировали для определения метаболического статуса (см. № 1, № 2 или № 3 на фиг. 1А). Использование основания также подвергали мониторингу и нормировали к 1 для указанной клеточной линии (также смотрите фиг. 1А).CHO cells were transfected with DNA expressing the fusion protein. The fusion protein-producing cell line CHO was incubated in seed flask culture in proprietary media containing soy, and parameters such as real-time pH, lactate content, and off-line viable cell counts were measured and recorded to determine metabolic status (see No. 1, No. 2 or No. 3 in Fig. 1A). Base utilization was also monitored and normalized to 1 for the indicated cell line (also see Fig. 1A).
Клетки при условии № 1 и условии № 2 использовали для инокуляции производственных биореакторов в параллелях, когда значение рН контролировалось на нижнем пределе контрольного диапазона и содержание лактата и VCC увеличивались. Клетки при условии № 3 инокулировали, когда значение рН начинало увеличиваться выше нижнего предела контрольного диапазона, т.е. прекращали использование основания, что указывало на реметаболизацию лактата (т.е. потребление). Рост клеток при условии № 3 выходил из фазы, следующей за фазой экспотенциального роста. Все производственные биореакторыCells from condition #1 and condition #2 were used to inoculate production bioreactors in parallel when the pH value was controlled at the lower limit of the control range and the lactate and VCC contents were increased. Cells under condition No. 3 were inoculated when the pH value began to increase above the lower limit of the control range, i.e. base use was discontinued, indicating lactate remetabolization (i.e., consumption). Cell growth under condition No. 3 exited the phase following the exponential growth phase. All production bioreactors
--
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US61/889,815 | 2013-10-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA045030B1 true EA045030B1 (en) | 2023-10-26 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2021200193B2 (en) | Metabolically optimized cell culture | |
US9670519B2 (en) | Methods for reducing accumulation of lactate during culturing and method for producing polypeptide | |
US20160244726A1 (en) | Metabolically optimized cell culture | |
RU2017101195A (en) | METHODS OF CULTIVATION OF CELLS AND ENVIRONMENT, PROVIDING N-ACETYLCYSTEINE | |
US20220315644A1 (en) | Metabolically optimized cell culture | |
EA045030B1 (en) | METABOLICALLY OPTIMIZED CELL CULTURE | |
EA040764B1 (en) | METABOLICALLY OPTIMIZED CELL CULTURE | |
US20150252385A1 (en) | Methods for Producing Recombinant Proteins |